Меню

Чтобы прибор являлся средством измерения



Средства измерения, меры, измерительные приборы, установки и системы.

Средство измерения (СИ)- это техническое средство или совокупность средств, применяющееся для осуществления измерений и обладающее нормированными метрологическими характеристиками. При помощи средств измерения физическая величина может быть не только обнаружена, но и измерена.

Средства измерения классифицируются по следующим критериям:

1) по способам конструктивной реализации;

2) по метрологическому предназначению.

По способам конструктивной реализации средства измерения делятся на:

1) меры величины;

2) измерительные преобразователи;

3) измерительные приборы;

4) измерительные установки;

5) измерительные системы.

Меры величины — это средства измерения определенного фиксированного размера, многократно используемые для измерения.

1) однозначные меры;

2) многозначные меры;

Измерительный прибор — это средство измерения, посредством которого получается значение физической величины, принадлежащее фиксированному диапазону. В конструкции прибора обычно присутствует устройство, преобразующее измеряемую величину с ее индикациями в оптимально удобную для понимания форму. Для вывода измерительной информации в конструкции прибора используется, например, шкала со стрелкой или цифроуказатель, посредством которых и осуществляется регистрация значения измеряемой величины. В некоторых случаях измерительный прибор синхронизируют с компьютером, и тогда вывод измерительной информации производится на дисплей.

В соответствии с методом определения значения измеряемой величины выделяют:

1) измерительные приборы прямого действия;

2) измерительные приборы сравнения.

Измерительные приборы прямого действия — это приборы, посредством которых можно получить значение измеряемой величины непосредственно на отсчетном устройстве.

Измерительный прибор сравнения — это прибор, посредством которого значение измеряемой величины получается при помощи сравнения с известной величиной, соответствующей ее мере.

Измерительные приборы могут осуществлять индикацию измеряемой величины по-разному. Выделяют:

1) показывающие измерительные приборы;

2) регистрирующие измерительные приборы.

Разница между ними в том, что с помощью показывающего измерительного прибора можно только считывать значения измеряемой величины, а конструкция регистрирующего измерительного прибора позволяет еще и фиксировать результаты измерения, например, посредством диаграммы или нанесения на какой-либо носитель информации.

Измерительная установка— это средство измерения, представляющее собой комплекс мер, ИП, измерительных приборов и прочее, выполняющих схожие функции, используемые для измерения фиксированного количества физических величин и собранные в одном месте. В случае, если измерительная установка используется для испытаний изделий, она является испытательным стендом.

Измерительная система— это средство измерения, представляющее собой объединение мер, ИП, измерительных приборов и прочее, выполняющих схожие функции, находящихся в разных частях определенного пространства и предназначенных для измерения определенного числа физических величин в данном пространстве.

39. Технические характеристики средств измерения: погрешность, точность, стабильность, чувствительность, диапазон измерений.

Погрешность средства измерений – разность между показанием средства измерений и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины. Погрешность может быть систематической, случайной, абсолютной, относительной, приведенной, основной, дополнительной, систематической, динамической.

Точность средства измерений – характеристика качества средства измерений, отражающая близость его погрешности к нулю.
Примечание. Считается, что чем меньше погрешность, тем точнее средство измерений.

Стабильность средства измерений – качественная характеристика средства измерений, отражающая неизменность во времени его метрологических характеристик.
Примечание. В качестве количественной оценки стабильности служит нестабильность средства измерений.

Чувствительность измерительного прибора — отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины. Для шкальных измерительных приборов абсолютная чувствительность численно равна передаточному отношению и с изменением цены деления шкалы чувствительность прибора остаётся неизменной. Однако на разных участках шкалы чувствительность может быть разной. Понятие чувствительности может определяться передаточной функцией, как функцией отношения сигналов на входе и на выходе преобразователя, В зависимости от вида функции чувствительность может быть либо постоянной величиной, либо величиной, зависящей от этой функции. Если функция линейная, то прибор имеет линейную шкалу, в противном случае — нелинейную. Линейность шкалы зависит не только от характеристик преобразователя, но и от выбора единиц физических величин.

Диапазон измерений — область значений измеряемой величины с нормированными допускаемыми погрешностями средства измерений.

Больше метрологии по ссылкам ниже, в т.ч. по видам погрешности:

http://www.vniims.ru/inst/termin/pogreshnostsi.html

http://micromake.ru/old/msisbook/msismetrol5c.htm

40. Классы точности измерительных приборов. Проверка приборов на точность, организация проверки.

Неотъемлемой частью экспериментальных исследований являются средства измерений, т.е. совокупность технических средств (имеющих нормированные погрешности), которые дают необходимую информацию для эксперимента.

В настоящее время приборостроением выпускается большое количество средств измерений и наблюдений.

Среди них можно выделить такие основные группы приборов для измерения показателей: физических, механических, химических свойств, а также структуры материала и изделия.

Наряду с этим можно выделить средства измерения, позволяющие непосредственно определить испытуемый показатель (например, пресс для определения прочности материалов), и измерения, которые дают возможность косвенно судить об исследуемом показателе (ультразвуковые дефектоскопы, что позволяют оценить прочность материала по скорости прохождения ультразвука).

Читайте также:  Совместные методы измерения это

К средствам измерений относят измерительный инструмент, измерительные приборы и установки.

Класс точности измерительного прибора — это обобщенная характеристика, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами, влияющими на точность, значения которых установлены в стандартах на отдельные виды средств измерений. Класс точности средств измерений характеризует их свойства в отношении точности, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых при помощи этих средств.

Для того чтобы заранее оценить погрешность, которую внесет данное средство измерений в результат, пользуются нормированными значениями погрешности. Под ними понимают предельные для данного типа средства измерений погрешности.

Погрешности отдельных измерительных приборов данного типа могут быть различными, иметь отличающиеся друг от друга систематические и случайные составляющие, но в целом погрешность данного измерительного прибора не должна превосходить нормированного значения. Границы основной погрешности и коэффициентов влияния заносят в паспорт каждого измерительного прибора.

Основные способы нормирования допускаемых погрешностей и обозначения классов точности средств измерений установлены ГОСТ.

Пределы допускаемых основной и дополнительных погрешностей могут быть выражены в форме абсолютной, относительной или приведенной погрешностей. Это зависит от характера изменения погрешностей средства измерений в пределах диапазона измерений и условий его применения и назначения.

Пределы допускаемой абсолютной основной погрешности определяются в виде

(1)

(2)

где Dx – пределы допускаемой абсолютной основной погрешности, выраженной в единицах измеряемой величины на входе (выходе) или условно в делениях шкалы;

х – значение измеряемой величины на входе (выходе) средств измерений или число делений, отсчитанных по шкале;

а, b – положительные числа, не зависящие от х.

Пределы допускаемой относительной основной погрешности определяются по формуле

, (3)

если Dx определяется по выражению (1)

, (4)

если Dx определяется по выражению (2). В формулах (3) и (4) δ – пределы допускаемой относительной основной погрешности выражаются в %;

q – положительное число, выбираемое из ряда: 1·10n; 1,5·10n; (1,6·10n); 2·10n; 2,5·10n; (3·10n); 4·10n; 5·10n; 6·10n; (n= 1; 0; -1; -2; и т.д.);

x – значение измеряемой величины на входе (выходе) средств измерений или числа делений, отсчитанных по шкале;

xk – больший (по модулю) из пределов измерений;

с,d – положительные числа, выбираемые из ряда: 1·10n; 1,5·10n; (1,6·10n); 2·10n; 2,5·10n; (3·10n); 4·10n; 5·10n; 6·10n; (n= 1; 0; -1; -2; и т. д.).

Пределы допускаемой приведенной основной погрешности определяют по формуле

(5)

где γ – пределы допускаемой приведенной основной погрешности, %;

Dx – пределы допускаемой абсолютной основной погрешности, устанавливаемые по формуле (4);

xN – нормирующее значение, выраженное в тех же единицах, что и Dx;

р — отвлеченное положительное число, выбираемое из ряда: 1·10n; 1,5·10n; (1,6·10n); 2·10n; 2,5·10n; (3·10n); 4·10n; 5·10n; 6·10n; (n= 1; 0; -1; -2; и т. д.).

Числа с, d, q и р определяют значение класса точности измерительного средства измерений.

Классы точности средств измерений обозначаются условными знаками (буквами латинского алфавита, цифрами). Для средств измерений, пределы допускаемой основной погрешности которых выражают в форме приведенной погрешности или относительной погрешности, классы точности обозначаются числами, равными этим пределам, выраженным в процентах.

Чтобы отличить относительную погрешность от приведенной, обозначение класса точности в виде относительной погрешности обводят кружком, например . Значение приведенной погрешности кружком не обводят, например 2,5.

Если погрешность нормирована в процентах от длины шкалы, то под обозначением класса ставится знак Ú.

Если погрешность нормирована в соответствии формулой (5), то класс точности обозначается как c/d, например 0,02/0,01.

Источник

Основные понятия, связанные со средствами измерений

Средством измерения (СИ) называется техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.

Средства измерения классифицируют по следующим признакам:

по конструктивному исполнению;

По конструктивному исполнению СИ подразделяются на: меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи, измерительные установки, измерительные системы.

Мера — это средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Например: гиря — мера массы, резистор — мера электрического сопротивления.

Измерительный преобразователь — это средство измерения, предназначенное для выработки измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки или хранения, но недоступной для непосредственного восприятия наблюдателем (термопара, частотный преобразовател ь).

Читайте также:  Протокол измерения сопротивления изоляции doc

Измерительные преобразователи могут быть первичными, к которым подведена измеряемая величина, и промежуточными, которые располагаются в измерительной цепи за первичными. Примерами первичных измерительных преобразователей являются термопары, датчики.

Измерительный прибор — средство измерения, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне (рН-метры, весы, фото-электроколориметры и т.д.).

Под измерительной установкой понимают совокупность средств измерений (мер, измерительных приборов, преобразователей) и вспомогательных устройств для выработки сигналов информации в форме, удобной для восприятия и расположенных в одном месте (испытательный стенд).

Измерительная система — это совокупность средств измере-ний и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, размещенных в разных точках контролируемого пространства с целью измерения одной или нескольких физических величин, свойственных этому пространству (контролирующие, управляющие системы с ЭВМ).

По метрологическому назначению СИ подразделяются на рабочие и метрологические. Рабочие средства измерения предназначены непосредственно для измерений в различных сферах деятельности, а именно в науке, технике, в производстве, медицине, то есть там, где необходимо получить значение той или иной физической величины. Метрологическое средство измерения предназначено для метрологических целей: воспроизведения единицы и ее хранения или передачи размера единицы рабочим СИ. К ним относятся эталоны, образцовые СИ, поверочные установки, стандартные образцы.

По уровню стандартизации различают стандартизованные и нестандартизованнные средства измерения. Стандартизованными считаются средства измерения, изготовленные в соответствии с требованиями государственного стандарта и соответствующие техническим характеристикам установленного типа средств измерения, полученным на основании государственных испытаний, и внесенные в Государственный реестр СИ. Нестандартизованные — уникальные средства измерения, предназначенные для специальной измерительной задачи, в стандартизации требований к которым нет необходимости. Они не подвергаются государственным испытаниям, а подлежат метрологической аттестации.

Метрологическое средство измерения чаще именуется «эталон».

Чтобы обеспечить единство измерений, необходима тождественность единиц, в которых проградуированы все средства измерений одной и той же физической величины. Для этого применяют средства измерений, хранящие и воспроизводящие установленные единицы физических величин и передающие их соответствующим средствам измерений. Высшим звеном в метрологической передаче размеров единиц являются эталоны.

Эталон единицы — средство измерений (или комплекс средств), обеспечивающее воспроизведение и (или) хранение единицы с целью передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений, выполненное по особой спецификации и официально утвержденное в установленном порядке в качестве эталона.

Эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью, называется первичным.

Специальный эталон воспроизводит единицу в особых условиях и заменяет при этих условия первичный эталон.

Первичный или специальный эталон, официально утвержденный в качестве исходного для страны, называется государственным.

В метрологической практике широко используют вторичные эталоны, значения которых устанавливается по первичным эталонам. Вторичные эталоны являются частью подчиненных средств хранения единиц и передачи их размера. Они создаются и утверждаются в тех случаях, когда это необходимо для обеспечения наименьшего износа государственного эталона.

Вторичные эталоны по своему назначению делятся на эталоны-копии, эталоны сравнения, эталоны-свидетели и рабочие эталоны.

Эталон-копия предназначен для передачи размеров единиц рабочим эталонам. Он не всегда является физической копией государственного эталона.

Эталон-свидетель предназначен для проверки сохранности государственного эталона и для замены его в случае порчи или утраты.

Эталон сравнения применяют для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемы друге другом (например, так называемый нормальный элемент, используемый для сличения государственного эталона Вольта с эталоном Вольта Международного бюро мер и весов).

Рабочий эталон применяют для передачи размера единицы образцовым средствам измерений высшей точности, а в отдельных случаях — наиболее точным средствам измерений.

Образцовое средство измерения — мера, измерительный прибор или измерительный преобразователь, служащие для поверки по ним других средств измерений и утвержденные в качестве образцовых.

Поверка средств измерений — определение метрологическим органом погрешности средств измерений и установления его пригодности к применению.

Образцовые средства измерений могут иметь разные разряды. Между ними существует соподчиненность: образцовые средства измерений первого разряда поверяют, как правило, непосредственно по рабочим эталонам, образцовые средства измерений второго и последующих разрядов подлежат поверке по образцовым средствам измерений непосредственно предшествующих разрядов. Для разных видов измерений устанавливается, исходя из требований практики, различное число разрядов образцовых средств измерений.

Рабочее средство измерений применяют для измерений, не связанных с передачей размеров единиц.

Средство измерений — техническое средство, имеющее нормированные метрологические характеристики. Все средства измерений, независимо от их конкретного исполнения, обладают рядом общих свойств, необходимых для выполнения ими их функционального назначения. Технические характеристики, описывающие эти свойства и оказывающие влияние на результаты и на погрешности измерений, называются метрологическими характеристиками. Перечень важнейших из них регламентируется ГОСТ «Нормируемые метрологические характеристики средств измерений». Комплекс нормируемых метрологических характеристик устанавливается таким образом, чтобы с их помощью можно было оценить погрешность измерений, осуществляемых в известных рабочих условиях эксплуатации, посредством отдельных средств измерений или совокупности средств измерений, например, автоматических измерительных систем.

Читайте также:  Измерение резьбы по проволочкам гост

Одной из основных метрологических характеристик измерительных преобразователей является статическая характеристика преобразования (иначе называемая функцией преобразования или градуировочной характеристикой). Она устанавливает зависимость y = f(x) информативного параметра у выходного сигнала измерительного преобразователя от информативного параметра х входного сигнала. Если статическая характеристика преобразования линейна, т.е. у= Кх, то коэффициент К называется чувствительностью измерительного прибора (преобразователя).

Важной характеристикой шкальных измерительных приборов является цена деления, т.е. то изменение измеряемой величины, которому соответствует перемещение указателя

на одно деление шкалы. Если чувствительность постоянна в каждой точке диапазона измерения, то шкала называется равномерной. При неравномерной шкале нормируется наименьшая цена деления шкалы измерительных приборов. У цифровых приборов шкалы в явном виде нет, и на них вместо цены деления указывается цена единицы младшего разряда числа в показании прибора.

Важнейшей метрологической характеристикой средств измерений является погрешность.

Под абсолютной погрешностью меры понимается алгебраическая разность между ее номинальным Хн и действительным ХД значениями:

а под абсолютной погрешностью измерительного прибора — разность между его показанием ХП и действительным значением Хп измеряемой величины:

Однако в большей степени точность средства измерений характеризует относительная погрешность, т.е. выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой или воспроизводимой данным средством измерений величины:

Обычно лямда регистрирующих приборах, как правило, осуществляется печатание показаний с помощью алфавитно-цифровых печатающих устройств со скоростью до 10 3 знаков в секунду. Для долговременного хранения информации используются также различные виды запоминающих устройств.

Цифровое отсчетное или регистрирующее устройство никак не ограничивает точность цифрового прибора, так как цифровой код без какой-либо погрешности может быть изображен на цифровом отсчетном устройстве.

Однако не всегда цифровое отсчетное или регистрирующее устройство лучше аналогового. При большом числе одновременно измеряемых величин (контроль сложного объекта) показания аналоговых приборов воспринимаются легче, так как независимо от цифр на шкале пространственное положение указателя и характер его перемещения или осциллограмма регистрируемого процесса позволяет более оперативно проводить анализ контролируемого процесса.

Для показывающих приборов обычно не требуется высокого быстродействия в силу ограниченности возможностей оператора при приеме информации.

По структурному принципу различают измерительные устройства прямого действия (преобразования), в которых реализуется метод непосредственной оценки; измерительные устройства, работа которых основана на методе сравнения. В измерительных приборах прямого действия преобразование сигнала происходит в одном направлении последовательно. Операция сравнения осуществляется с помощью сравнивающего устройства (СУ), в котором обычно одна величина вычитается из другой. Используя выходной сигнал СУ, с помощью преобразователя можно управлять мерой и реализовать нулевой метод сравнения. В связи с тем что в измерительных устройствах, основанных на методе сравнения, измеряемая

величина уравновешивается (компенсируется) величиной, воспроизводимой мерой, их также называют измерительными устройствами с уравновешивающим (компенсационным) преобразователем. Измерительные устройства в общем случае имеют более высокую точность за счет использования меры. Отмечают также различие требований к отдельным преобразователям измерительных устройств с точки зрения обеспечения измерительных устройств. Так, в ИУ непосредственной оценки общий коэффициент передачи К = К1 К2 и его точность определяются соответствующей точностью всех преобразователей.

По структурным признакам ИУ также можно классифицировать по числу каналов и по временной последовательности преобразований входных сигналов. В зависимости от числа входных сигналов, несущих информацию об измеряемой величине, ИУ бывают с одним (например, вольтметр), двумя (фазометр) и более входами, т.е. соответственно одно-, двух- и многоканальными. В зависимости от временной последовательности преобразований входных сигналов (если их более двух) различают ИУ с одновременным (параллельным) и последовательным преобразованием. При последовательном преобразовании сигналы обрабатываются поочередно, причем за цикл измерения каждый сигнал через входное переключающее устройство (коммутатор) подается на вход преобразователя один раз. Разновидностью последовательного преобразователя является периодическое устройство, когда за время одного цикла измерения сигналы переключаются многократно. Последовательное преобразование позволяет уменьшить аппаратурные затраты за счет перехода от многоканальной структуры к одноканальной с входным коммутатором.

Источник