Средства измерения

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ          03

1 Средства измерения         04

1.1 Классификация средств  измерений      04

1.2 Метрологические характеристики средств измерений   06

1.3 Нормирование метрологических характеристик средств измерения 08

1.4 Классы точности средств измерений      10

1.5 Погрешности средств измерения      14

2 Практические задания (4 вариант)      19

ЗАКЛЮЧЕНИЕ          22

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ     23

Приложение 1          24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Поэт начала ХХ века Осип Мандельштам писал: «Красота – не прихоть полубога, а хищный глаз простого столяра». Хорошо и образно сказано о наших предках, создавших такие шедевры древнерусского зодчества, как храм Василия Блаженного, храм Покрова на Нерли, деревянные церкви Кижей и др. Но не только глазомер помогал русским умельцам. Издавна каменщик, плотник и столяр использовали отвес, уровень, то есть средства измерений.

Средство измерений  – техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные  метрологические свойства.

Успех измерений зависит  от грамотного использования средств  измерений, от знания их свойств.

В первую очередь надо знать классификацию средств  измерений, их метрологические характеристики, погрешности средств измерений. Уже по обозначениям на школе прибора можно определить, с какой погрешностью мы будем измерять.

Современные приборы  не должны вносить искажения в  значения измеряемых ими величин, а  если  этого нельзя избежать, то они  должны допускать возможность учета  или исключения этих искажений каким-либо приемом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ

1.1 КЛАССИФИКАЦИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

Средство измерения — это техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики.

Классификация средств  измерений приведена в Приложении 1. Кратко дадим  пояснения к классификации по РМГ 29—99.

Меры — это средства измерения, воспроизводящие или хранящие  физическую величину заданного размера. Меры могут быть однозначными, воспроизводящими одно значение физической величины (гиря, калибр на заданный размер, образцы твердости,  шероховатости и др.), и многозначными — для воспроизведения плавно или дискретно ряда значений одной и той же  физической величины (измерительный конденсатор переменной емкости, набор конечных мер, магазин емкостей, индуктивности и сопротивления, измерительные линейки).

Измерения методом сравнения с  мерой выполняют с  помощью  специальных технических средств  — компараторов (равноплечие весы, измерительный мост и т. д.). Иногда в  качестве компаратора выступает человек, например при измерении длины линейкой.

Измерительные преобразователи — средства измерения, предназначенные для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Это термопары, измерительные трансформаторы и усилители, преобразователи давления. По месту, занимаемому измерительной цепи, они делятся на первичные, промежуточные и т. п. Конструктивно они выполняются либо отдельными блоками, либо составной частью средства измерения. Не следует отождествлять измерительные преобразователи с преобразовательными элементами. Последние не имеют метрологических характеристик, как, например, трансформатор тока или напряжения.

Измерительный прибор —  средство измерения, предназначенное для переработки сигнала измерительной информации в другие, доступные для непосредственного восприятия наблюдателем формы.  Различают приборы прямого действия (амперметры, вольтметры,  манометры) и приборы сравнения (компараторы).

По способу отсчета  измеряемой величины средства измерения делятся на показывающие (аналоговые, цифровые), регистрирующие (на бумажную или магнитную ленту) и т. п.

Измерительная установка  — совокупность функционально объединенных средств измерения и вспомогательных устройств, расположенных в одном месте. Например, поверочные установки, установки для испытания электротехнических, магнитных и других материалов. Измерительная установка позволяет предусмотреть определенный метод измерения и заранее оценить погрешность измерения.

Измерительная система  — это комплекс средств измерений и вспомогательных устройств с компонентами связи (проводные, телевизионные и др.), предназначенный для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и/или использования в автоматических системах управления.

В отличие от измерительных  установок, предусматривающих изменения  режима и условий функционирования, измерительная система не воздействует на режимы работы, а предназначена только для сбора и/или хранения информации. Частными случаями  измерительной системы являются информационно-вычислительный комплекс, информационно-измерительные системы. К последним можно отнести системы автоматического контроля, системы технического диагностирования, системы распознавания образов, системы для передачи неизмерительной информации. При организации поверки рабочих средств измерений используют различные эталоны и образцовые средства измерения.

Средства измерения, как правило, работают совместно с датчиками (измерительными преобразователями), имеющими свои метрологические характеристики.

 

1.2 МЕТРОЛОГИЧЕСИКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ

Качество измерений  зависит от многих факторов, в том  числе и от свойств средства измерения. Их учитывают в следующих случаях:

- априорная, т.е. до  проведения измерений, оценка  их точности. Для этого надо  знать точность имеющихся средств измерения;

- выбор средства измерения для обеспечения требуемой точности измерений (обратная задача по отношению к предыдущей);

- сравнение средств измерения по метрологическим свойствам при их проектировании и эксплуатации.

    Поэтому для  эффективного использования средства измерения необходимо знать их метрологические характеристики, т.е. такие характеристики их свойств, которые оказывают влияние на результаты и погрешности измерений. Номенклатура нормируемых метрологических характеристик средств измерений зависит от его назначения и условий эксплуатации. Большинство средств измерений предназначено для выполнения технических измерений – статических, с однократными наблюдениями и невысокими требованиями к точности. Однако все большее распространение получают средства измерения, используемые для высокоточных статических и динамических измерений. К их характеристикам предъявляются более жесткие требования.

    Обычно их  разбивают на группы.

   1. Характеристики  для определения показаний средств измерения (функция преобразования измерительного преобразователя и измерительного прибора с неименованной шкалой или со шкалой в единицах, отличных от единиц входной величины; значения однозначной или многозначной меры и т.д.).

   2. Характеристики  качества показаний – точности  и правильности. Точность показания определяется его средним квадратическим отклонением. Правильность обеспечивается внесением поправок, устанавливаемых при метрологических аттестациях средств измерения.

   3. Характеристики  чувствительности средств измерения к влияющим величинам. К ним относят функции влияния таких величин на результат измерений и учет изменений метрологических характеристик средств измерения, вызванных изменениями влияющих величин.

   4. Динамические  характеристики средств измерения, учитывающие их  инерционные свойства.

   5. Характеристики  взаимодействия с объектами или устройствами на входе и  выходе средства измерения.

   6. Неинформативные  параметры выходного сигнала,  обеспечивающие нормальную работу устройств, подключенных к средству измерения.

    Неинформативным  называется параметр входного  сигнала измерительного устройства, не связанный функционально с измеряемым свойством объекта измерения, например, частота переменного тока при измерении его амплитуды.

    Условия эксплуатации (температура, атмосферное давление  и т.п.), неинформативные параметры  входного сигнала и другие, так называемые, влияющие величины могут значительно изменить характеристики средств измерения. Обычно метрологические характеристики нормируют для нормальных и рабочих условий применения средств измерения.

  Погрешность средства измерения, используемого в нормальных условиях, называется, основной погрешностью.

    Для рабочих  условий с более широкими диапазонами  влияющих величин нормируется  при необходимости дополнительная  погрешность средства измерения. Нормальные и рабочие условия указывают в стандартах технических требований и другой нормативно-технической документации на конкретные виды средств измерения.

    Метрологические  характеристики являются показателями  качества и технического уровня  всех без исключения средств измерения. Обычно пользуются сведениями о метрологических характеристиках, содержащимися в нормативно-технических документах на средства измерения. Соответствие этим требованиям метрологических характеристик каждого отдельного экземпляра средства измерения должно проверяться.

    Проверка метрологическим  органом или специально на  то уполномоченным лицом соответствия  метрологических средств измерений к применению называется поверкой. Применение непроверенных средств измерений запрещено. Подробно все вопросы нормирования метрологических характеристик средств измерения регламентируются ГОСТ 8.009-84.

 

1.3 НОРМИРОВАНИЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ  ХАРАКТЕРИСТИК СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ

Под нормированием понимается установление границ на допустимые отклонения реальных метрологических характеристик средств измерения от их номинальных значений. Только посредством нормирования метрологических характеристик можно добиться их взаимозаменяемости и обеспечить единство измерений в государстве. Реальные значения метрологических характеристик определяют при изготовлении средств измерений и затем проверяют периодически во время эксплуатации. Если при этом хотя бы одна из метрологических характеристик выходит за установленные границы, то такое средство измерения либо подвергают регулировке, либо изымают из обращения.

Нормы на значения метрологических  характеристик устанавливаются  стандартами на отдельные виды средств измерения. При этом делается различие между нормальными и рабочими условиями применения средства измерения.

Нормальными считаются  такие условия применения средства измерения, при которых влияющие на процесс измерения величины (температура, влажность, частота, напряжение питания, внешние магнитные поля и т.д.), а также неинформативные параметры входных и выходных сигналов находятся в нормальной для данных средств измерения области значений, т.е. в такой области, где их влиянием на метрологические характеристики можно пренебречь. Нормальные области значений влияющих величин указываются в стандартах или технических условиях на средства измерения данного вида в форме номиналов с нормированными отклонениями, например, температура должна составлять 20±2°С, напряжение питания – 220 В±10% или в форме интервалов значений (влажность 30 – 80 %).

Рабочая область значений влияющих величин шире нормальной области  значений. В ее пределах метрологические характеристики существенно зависят от влияющих величин, однако их изменения нормируются стандартами на средства измерения в форме функций влияния или наибольших допустимых изменений. За пределами рабочей области метрологические характеристики принимают неопределенные значения.

Для нормальных условий  эксплуатации средства измерения должны нормироваться характеристики суммарной погрешности и ее систематической и случайной составляющих. Суммарная погрешность средства измерения в нормальных условиях эксплуатации называется основной погрешностью и нормируется заданием предела допускаемого значения, т.е. того наибольшего значения, при котором средство измерения еще может быть признано годным к применению.

Перечисленные выше метрологические характеристики следует нормировать не только для нормальной, но и для всей рабочей области эксплуатации средств измерения, если их колебания, вызванные изменениями внешних влияющих величин и неинформативных параметров входного сигнала в пределах рабочей области, существенно меньше номинальных значений. В противном случае эти характеристики нормируются только для нормальной области, а в рабочей области нормируются дополнительные погрешности путем задания функций влияния  или наибольших допустимых изменений  раздельно для каждого влияющего фактора; в случае необходимости – и для совместного изменения нескольких факторов. Функции влияния нормируются формулой, числом, таблицей или задаются в виде номинальной функции влияния и предела допускаемых отклонений от нее.

Для используемых по отдельности средств измерения, точность которых заведомо превышает требуемую точность измерений, нормируются только пределы допускаемого значения суммарной погрешности и наибольшие допустимые изменения метрологических характеристик. Если же точность средства измерения соизмерима с требуемой точностью измерений, то необходимо нормировать раздельно характеристики систематической и случайной погрешности и функции влияния. Только с их помощью можно найти суммарную погрешность в рабочих условиях применения средства применения.