Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Виды средств измерений




Для практического измерения единиц физических величин применяются технические средства, которые имеют нормирован­ные погрешности и называются средствами измерений. К ним от­носятся меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки и системы, измерительные принадлежности.

Мерой называют средство измерения, предназначенное для воспроизведения физических величин заданного размера (напри­мер, гири, концевые меры длины и т.п.). На практике используют однозначные и многозначные меры, а также наборы и магазины мер. Однозначные меры воспроизводят величины только одного размера (гиря). Многозначные меры воспроизводят несколько размеров физической величины (например, миллиметровая ли­нейка позволяет выразить длину предмета в сантиметрах и в мил­лиметрах).

Наборы и магазины представляют собой объединения одно­значных или многозначных мер для воспроизведения некоторых промежуточных значений величин. Набор мер представляет собой комплект однородных мер разного размера, что дает возможность применять их в различных сочетаниях (например, набор лабора­торных гирь). Магазин мер — это сочетание мер, объединенных конструктивно в одно механическое целое, в котором предусмот­рена возможность посредством ручных или автоматизированных переключателей, связанных с отсчетным устройством, соединять соответствующие магазины мер в нужном сочетании. По такому принципу устроены магазины электрических сопротивлений.

К однозначным мерам относят стандартные образцы и стан­дартные вещества. Стандартный образец — это должным обра­зом оформленная проба вещества (материала), которая подвер­гается метрологической аттестации с целью установления коли­чественного значения определенной характеристики. Данная характеристика (свойство) является величиной с известным зна­чением при установленных условиях внешней среды. К подоб-


Глава 3.2. Средства измерений 165

ным образцам относятся, например, наборы минералов с кон­кретными значениями твердости (шкала Мооса) для определе­ния этого параметра из различных минералов.

Стандартным образцом является образец чистого цинка, кото­рый служит для воспроизведения температуры 419,527°С по меж­дународной температурной шкале МТШ-90.

При пользовании мерами следует учитывать номинальное и дей­ствительное значение мер, а также погрешность меры и ее разряд.

Номинальным называют значение меры, указанное на ней. v

Действительное значение меры должно быть указано в специ­альном свидетельстве как результат высокоточного измерения с использованием официального эталона.

Разность между номинальным и действительным значениями называется погрешностью меры. Величина, противоположная по знаку погрешности, представляет собой поправку к указанному на мере номинальному значению. Поскольку при аттестации (поверке) также могут быть погрешности, меры подразделяют на разряды (1-го, 2-го и т.д.) и называют разрядными эталонами (образцовые из­мерительные средства), которые используют для поверки измери­тельных средств. Величина погрешности меры служит основой для разделения мер на классы, что обычно применимо к мерам, исполь­зуемым для технических измерений.

Измерительный преобразователь — это средство измере­ний, которое служит для преобразования сигнала измеритель­ной информации в форму, удобную для обработки или хране­ния, а также передачи в показывающее устройство. Измеритель­ные преобразователи либо входят в конструктивную схему измерительного прибора, либо применяются совместно с ним, но сигнал преобразователя не поддается непосредственному восприятию наблюдателем. Например, преобразователь может быть необходим для передачи информации в память компьюте­ра, для усиления напряжения и т.д. Преобразуемую величину называют входной, а результат преобразования — выходной ве­личиной. Основной метрологической характеристикой измери­тельного преобразователя считается соотношение между вход­ной и выходной величинами — функция преобразования.


166 Раздел 3 Организационно-методические основы метрологии

Преобразователи подразделяются на первичные (непосред­ственно воспринимающие измерительную величину); передаю­щие, на выходе которых величина приобретает форму, удобную для регистрации или передачи на расстояние; промежуточные, работающие в сочетании с первичными и не влияющие на измене­ние рода физической величины.

Измерительные приборы — это средства измерений, которые позволяют получать измерительную информацию в форме, удоб­ной для восприятия пользователем. Различают измерительные приборы прямого действия и приборы сравнения.

Приборы прямого действия отображают измерительную величи­ну на показывающем устройстве, имеющем соответствующую граду­ировку в единицах этой величины. Измерение рода физической вели­чины при этом не происходит. К приборам прямого действия отно­сятся, например, амперметры, вольтметры, термометры и т.п.

Приборы сравнения предназначаются для сравнения измеряе­мых величин с величинами, значения которых известны. Подоб­ные приборы широко используются в научных целях, а также на практике для измерения таких величин, как яркость источников излучения, давление сжатого воздуха и др.

Иногда технические средства сравнения снабжаются средствами измерений, обеспечивающими функции сравнения. Например, рычаж­ные весы, на одну чашу которых устанавливается эталонная гиря, а на другую проверяемая, представляют собой средство для их сравнения.

Измерительные установки и системы — это совокупность средств измерений, объединенных по функциональному признаку со вспомогательными устройствами (средствами измерений той физической величины, влияние которой на основные средства из­мерений необходимо учитывать для получения измерений требуе­мой точности) для измерения одной или нескольких физических величин объекта измерений. Обычно такие системы автоматизи­рованы и обеспечивают ввод информации в систему, автоматиза­цию самого процесса измерения, обработку и отображение резуль­татов измерений для восприятия их пользователем. Подобные сис­темы используются для контроля производственных процессов, что особенно актуально для метода статистического контроля, а, также принципа Total Quality Management в управлении качество


Глава 3 2. Средства измерений 167

Измерительные принадлежности представляют собой вспо­могательные средства измерений величин. Они необходимы для вычисления поправок к результатам измерений, когда требуется высокая степень точности. Например, термометр может быть вспомогательным средством, если показания прибора достоверны при строго регламентированной температуре; психрометр — если строго оговаривается влажность окружающей среды.

Следует учитывать, что измерительные принадлежности вно­сят в результат измерений определенные погрешности, связанные с погрешностью самого вспомогательного средства.

По метрологическому назначению все средства измерений де­лятся на два вида — рабочие средства измерений и эталоны.

Рабочие средства измерений предназначены для измерений, не связанных с передачей размера единицы другим средствам измере­ний. Они применяются для определения параметров (характеристик) технических устройств, технологических процессов, окружающей среды и др. Рабочие средства могут быть лабораторными (для науч­ных исследований), производственными (для обеспечения и контроля заданных характеристик технологических процессов), полевыми (для самолетов, автомобилей, судов и т.п.). Каждый из этих видов характе­ризуется особыми свойствами Так, лабораторные средства измере­ний — самые точные и чувствительные, их показатели отличаются высокой стабильностью. Производственные средства обладают ус­тойчивостью к воздействиям различных факторов производственных процессов: температуры, влажности, вибрации и т.п., что может ска­заться на достоверности и точности показаний приборов. Полевые средства измерений работают в постоянно изменяющихся в широких пределах условиях благодаря внешним воздействиям.

Все средства измерений подразделяются на стандартизирован­ные и нестандартизированные, автоматические и автоматизиро­ванные, узаконенные средства и измерительные цепи.

Стандартизированное средство измерений изготовлено и применяется в соответствии с требованиями государственного или отраслевого стандарта (обычно подвергается государственным ис­пытаниям и вносится в Госреестр).

Стандартизация требований к нестандартизированному сред-i тву измерений признана нецелесообразной.


168 Раздел 3 Организационно-методические основы метрологии

Автоматическое средство измерений производит без непос­редственного участия человека измерения и все операции, связан­ные с обработкой результатов измерений, их регистрацией, пере­дачей данных или выработкой управляющего сигнала. Подобные средства применяются в автоматических линиях, гибких автома­тических системах и др.

Автоматизированное средство измерений производит в авто­матическом режиме одну или часть измерительных операций Например, электрический счетчик электроэнергии выполняет из­мерение и регистрацию данных нарастающим итогом.

Узаконенные средства измерений признаны годными и допу­щены к применению уполномоченным на то органом. Например, рабочие средства измерений, предназначенные для серийного вы­пуска, узакониваются путем утверждения типа; уникальные рабо­чие средства измерений, измерительные и поверочные установки, измерительные системы и их разновидности — путем метрологи­ческой аттестации, проводимой метрологическими службами.

Измерительные цепи представляют собой совокупность эле­ментов средств измерений, образующих непрерывные пути про­хождения измерительных сигналов одной физической величины от входов до выходов. Измерительную цепь измерительной систе­мы называют измерительным каналом.

Важной составной частью средств измерений является шкала — часть показывающего устройства, представляющая собой упорядо­ченный ряд отметок вместе со связанной с ними нумерацией. Отметки на шкалах могут быть нанесены равномерно или неравномерно. В свя­зи с этим шкалы называют равномерными или неравномерными.

Отметка шкалы — это знак на шкале средства измерений (черточка, зубец, точка и др.), соответствующий некоторому зна­чению физической величины. Числовая отметка шкалы представ­ляет собой отметку шкалы средства измерений, у которой простав­лено число. Деление шкалы — промежуток между двумя соседни­ми отметками шкалы средства измерений Длина деления шкалы есть расстояние между осями двух соседних отметок шкалы, изме­ренное вдоль воображаемой линии, проходящей через середины самых коротких отметок шкалы. Цена деления шкалы — это р i <-


Глава 3 2 Средства измерений 169

ность значений величины, соответствующих двум соседним от­меткам шкалы средства измерений.

Начальное значение шкалы представляет собой наименьшее значение измеряемой величины, а конечное значение шкалы — наибольшее значение измеряемой величины, которое может быть отсчитано по шкале средства измерений. Например, для медицин­ского термометра начальным значением шкалы является 34,3°С, а конечное — 42°С.

Табло цифрового измерительного прибора — это показываю­щее устройство данного прибора.

3.2.2. Погрешности измерений

Погрешность результатов измерения представляет собой отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины. Например, погрешность измеряе­мой величины (AХизм) может быть определена по формуле

где Хизм — измерительное значение величины;

Хд — действительное значение измеряемой величины.

Как правило, истинное (действительное) значение величины не­известно. Оно применяется только в теоретических исследованиях.

Систематическая погрешность измерения представляет собой составляющую погрешность результата измерения, остающуюся постоянной или же закономерно изменяющуюся при повторных измерениях одной и той же физической величины.

В зависимости от характера изменения систематические пог­решности подразделяются на постоянные, прогрессивные, перио­дические и изменяющиеся по сложному закону.

Постоянные погрешности длительное время сохраняют свое значение, например, в течение времени выполнения всего ряда измерений.

Прогрессивные погрешности непрерывно возрастают или убы­вают. К ним относятся, например, погрешности вследствие износа измерительных наконечников, контактирующих с деталью при контроле ее прибором активного контроля


170 Раздел 3. Организационно-методические основы метрологии

Значение периодических погрешностей является периодичес­кой функцией времени или перемещения указателя измеритель­ного прибора.

Погрешности, изменяющиеся по сложному закону, происхо­дят вследствие совместного действия нескольких систематичес­ких погрешностей.

Погрешность метода измерения является составляющей пог­решности измерения, обусловленной несовершенством принятого метода измерений (в зависимости от принятого метода нередко возникают существенные погрешности, для ликвидации которых, как правило, вводятся поправки).

Погрешность из-за изменений условий измерения представляет собой составляющую систематической погрешности измерения и является следствием неучтенного влияния отклонения в одну сто­рону какого-либо из параметров, характеризующих условия изме­рений, от установленного значения (например, недостаточно уч­тенное изменение температуры, атмосферного давления, влажнос­ти воздуха, вибрации и др.).

Субъективная погрешность измерения — это составляющая систематической погрешности измерений, обусловленная индиви­дуальными особенностями оператора. Например, оператор в силу своей неорганизованности, систематически опаздывает (или опе­режает) снимать отсчеты показаний средств измерений.

Неисключенная систематическая погрешность является сос­тавляющей погрешности результата измерений, обусловленной погрешностями вычисления и выведения поправок на влияние систематических погрешностей. Такая погрешность характеризу­ется своими границами.

Границы неисключенной систематической погрешности при числе слагаемых N < 3 вычисляются по формуле

где Q — размер границы погрешности;

Qi — граница i-й составляющей неисключенной системати­ческой погрешности.


Глава 3.2. Средства измерений 171

При числе слагаемых N>4 границы неисключенной система­тической погрешности вычисляются по формуле

где k — коэффициент зависимости отдельных неисключенных систематических погрешностей от выбранной доверительной вероятности Р при их равномерном распределении (при Р = 0,99, k - 1,4). Здесь Q рассматривается как доверительная ква­зислучайная погрешность.

Случайная погрешность измерения — это составляющая пог­решности результата измерения, Изменяющаяся случайным обра­зом при повторных измерениях одной и той же физической вели­чины, проведенных с одинаковой тщательностью.

Абсолютная погрешность измерения выражается в единицах изме­ряемой физической величины. Абсолютное значение погрешности представляет собой ее значение без учета знака (модуль погрешности). Относительная погрешность измерения выражается отноше­нием абсолютной погрешности измерения к действительному или измеренному значению измеряемой величины. Относительная погрешность определяется в долях или процентах по формулам

где АX— абсолютная погрешность измерения;

X— действительное или измеренное значение физической ве­личины.

Рассеяние результатов в ряде измерений — это несовпадение результатов измерений одной и той же величины в ряду равноточ­ных измерений, как правило, обусловленное действием случайных погрешностей.

Оценками рассеяния результатов в ряду измерений могут быть размах, средняя арифметическая погрешность (по модулю), сред­няя квадратическая погрешность или стандартное отклонение (среднее квадратическое отклонение, экспериментальное среднее квадратическое отклонение), доверительные границы погрешнос­ти (доверительная граница или доверительная погрешность).


172 Раздел 3 Организационно-методические основы метрологии

Поправка к результату измерения представляет собой значе­ние величины, вводимое в неисправленный результат с целью ис­ключения составляющих систематической погрешности. Поправ­ку, прибавляемую к номинальному значению меры, называют поп­равкой к значению меры, а поправку, вводимую в показание измерительного прибора, — поправкой к показанию прибора.

Поправочный множитель — это числовой коэффициент, на который умножают неисправленный результат измерения с целью исключения влияния систематической погрешности.

Точность результата измерений является характеристикой ка­чества измерения, отражающей близость к нулю погрешности ре­зультата измерения.

Погрешностью метода поверки считают погрешность приме­няемого метода передачи размера единицы при поверке.

Погрешность воспроизведения единицы физической величи­ны — это погрешность результата измерений, выполняемых при воспроизведении единицы физической величины.

Погрешность передачи размера единицы физической величи­ны представляет собой погрешность результата измерений, вы­полняемых при передаче размера единицы.

Статистическая погрешность измерений — это погрешность результата измерений, свойственная условиям статистического измерения. В свою очередь динамическая погрешность измерений свойственна условиям динамического измерения.

Промах — это погрешность результата отдельного измерения, входящего в ряд измерений, которая для данных условий резко от -личается от остальных результатов этого ряда.

Погрешность результата однократного измерения (не входя­щего в ряд измерений) оценивается на основании известных пог­решностей средства и метода измерений в данных условиях. Возьмем для примера однократное измерение микрометром ка­кого-либо размера детали. Пусть еще до измерения известно, что погрешность микрометра в данном диапазоне составляет ±0,01 мм, а погрешность метода можно принять равной нулю Следовательно, погрешность полученного результата будет рав­на ±0,01 мм.


Глава 3 2. Средства измерений 173

Суммарная средняя квадратическая погрешность результата измерений представляет собой погрешность результата измерений (состоящую из случайных и неисключенных систематических пог­решностей) и вычисляется по формуле

мы неисключенных систематических погрешностей при рав­номерном распределении (принимаемых за случайные). При необходимости указания суммарной погрешности с боль­шей вероятностью, чем Р = 0,68, она вычисляется как доверитель­ные границы суммарной погрешности:

3.2.3. Погрешности средств измерений

Погрешность средств измерений — это разность между пока­занием средства измерений и истинным (действительным) значе­нием измеряемой физической величины. Например, для меры по­казанием является ее номинальное значение.

Систематическая погрешность средства измерений представ­ляет собой составляющую погрешности средства измерений, при­нимаемую постоянной или закономерно изменяющейся.

Систематическая погрешность данного средства измерений, как правило, отличается от систематической погрешности другого экземпляра средства измерений аналогичного типа. Поэтому для группы однотипных средств измерений систематическая погреш­ность может иногда рассматриваться как случайная погрешность.


174 Раздел 3. Организационно-методические основы метрологии

Последнее представляет собой составляющую погрешности сред­ства измерений, изменяющуюся случайным образом.

Выделяют несколько видов погрешностей средств измерений.

Абсолютная погрешность средства измерений выражается в единицах измеряемой физической величины.

Относительная погрешность средства измерений выражается отношением абсолютной погрешности к результату измерений или к действительному значению измеренной физической величины.

Приведенная погрешность средства измерений — это относи­тельная погрешность, выраженная отношением абсолютной пог­решности средства измерений к условно принятому значению ве­личины (как правило, принимается верхний предел измерений), постоянному во всем диапазоне измерений или части диапазона. Такую погрешность обычно выражают в процентах.

Основная погрешность средства измерений представляет со­бой погрешность средства измерений, применяемого в нормаль­ных условиях (например, при температуре окружающей среды не выше 18—20°С, вибрации — не выше 0,8 амплитуда • мм, частоте колебаний — 15 Гц).

Дополнительная погрешность средства измерений является составляющей погрешности средства измерений, возникающей дополнительно к основной погрешности вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от нормального ее значения или в результате ее выхода за пределы нормальной области значений.

Статистическая погрешность средства измерений — это погрешность средства измерений, применяемого при измерении физической величины, которая полагается неизменной.

Динамическая погрешность средства измерений возникает при измерении изменяющейся физической величины.

Погрешность меры представляет собой разность между номи­нальным значением меры и действительным значением воспроиз­водимой ею величины.

Стабильность средства измерений является качественной ха­рактеристикой средства измерений, отражающей неизменность во времени его метрологических характеристик.


Глава 3 2 Средства измерений 175

Нестабильность средств измерений представляет собой из­менение метрологических характеристик средства измерений за установленный интервал времени. Например, для ряда средств измерений, особенно некоторых мер, нестабильность является одной из важнейших точностных характеристик. Для нормаль­ных элементов нестабильность устанавливается государствен­ным стандартом технических условий на их изготовление. Неста­бильность определяют на основании длительных исследований средства измерений. В этом случае полезны периодические сли­чения с более стабильными средствами измерений.

Точность средства измерений является характеристикой качества средства измерений, отражающей близость его по­грешности к нулю.

Класс точности средства измерений — это обобщенная ха­рактеристика данного типа средств измерений, как правило, отра­жающая уровень их точности. Она выражается пределами допус­каемых основной и дополнительной погрешностей, а также други­ми характеристиками, влияющими на точность.

Класс точности позволяет судить о том, в каких пределах нахо­дится погрешность средств измерений одного типа. Однако дан­ная характеристика не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью каждого из этих средств. Класс точности важен при выборе средств измерений в за­висимости от заданной точности средств измерений.

Класс точности средств измерений конкретного типа устанавли­вают в стандартах технических требований (условий) или в другой технической документации, утвержденной в установленном порядке.

Предел допускаемой погрешности средства измерений пред­ставляет собой наибольшее значение погрешности средств изме­рений, устанавливаемое нормативно-техническими документами для данного типа средств измерений, при котором оно еще призна­ется годным к применению.

Инструментальная погрешность измерения является состав­ляющей погрешности измерения, обусловленной погрешностью применяемого средства измерения.


176 Раздел 3 Организационно-методические основы метрологии

Погрешность градуировки средства измерений — это погреш­ность действительного значения величин, приписанного той или иной отметке шкалы средства измерений в результате градуировки.

Нормируемые метрологические характеристики типа средств измерений представляют собой совокупность метрологических ха­рактеристик данного типа средств измерений, устанавливаемую нормативно-техническими документами. В свою очередь точност­ные характеристики средства измерений являются совокупностью метрологических характеристик средств измерений, влияющих на погрешность измерения. К таким характеристикам, как правило, относят погрешность средства измерений, нестабильность, порог чувствительности, дрейф нуля и др.

На погрешность средств измерений значительное'влияние ока­зывают условия измерений: нормальные условия измерений, нор­мальное значение влияющей величины, нормальная область зна­чений влияющей величины, рабочие условия, рабочее простран­ство, предельные условия измерений и др. Нормальные условия измерений устанавливаются в нормативно-технических докумен­тах на средства измерений конкретного типа. Для измерения мно­гих величин нормируется значение температуры, вибрации, влаж­ности, запыленности и др. На нормальные условия обычно рассчи­тана основная погрешность средств измерений.







Дата добавления: 2014-10-22; просмотров: 586. Нарушение авторских прав


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2018 год . (0.011 сек.) русская версия | украинская версия