Что такое средство измерения

Средство измерений

Средство измерений — техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. Законом РФ «Об обеспечении единства измерений» средство измерений определено как техническое средство, предназначенное для измерений. Формальное решение об отнесении технического средства к средствам измерений принимает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии.

Содержание

Классификация средств измерений

По техническому назначению:

измерительная установка (измерительная машина) — совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких физических величин и расположенная в одном месте
измерительная система — совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта и т. п. с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях;
измерительно-вычислительный комплекс — функционально объединенная совокупность средств измерений, ЭВМ и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения в составе измерительной системы конкретной измерительной задачи.

автоматические;
автоматизированные;
ручные.

По стандартизации средств измерений:

стандартизированные;
нестандартизированные.

рабочие средства измерений.

По значимости измеряемой физической величины:

основные средства измерений той физической величины, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей;
вспомогательные средства измерений той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерений необходимо учитывать для получения результатов измерений требуемой точности.

По измерительным физико- химическим параметрам:

для измерения температуры;
давления;
расхода и количества;
концентрации раствора;
для измерения уровня и др.

Метрологические характеристики средств измерений

Согласно ГОСТ 8.009-84, метрологическими характеристиками называются технические характеристики, описывающие эти свойства и оказывающие влияние на результаты и на погрешности измерений, предназначенные для оценки технического уровня и качества средства измерений, для определения результатов измерений и расчетной оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности измерений.

Характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называются нормируемыми, а определяемые экспериментально — действительными. Ниже приведена номенклатура метрологических характеристик:

Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправок):
- Функция преобразования измерительного преобразователя, а также измерительного прибора с неименованной шкалой;
- Значение однозначной меры;
- Цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры;
- Вид выходного кода для цифровых средств измерений;
Поверка и сертификация средств измерений

В Российской Федерации средства измерений используются для определения величин, единицы которых допущены в установленном порядке к применению в Российской Федерации и должны соответствовать условиям эксплуатации и установленным требованиям.

Решения об отнесении технического устройства к средствам измерений, внесении его в государственный реестр средств измерений, допущенных к использованию в Российской Федерации и об установлении интервалов между поверками принимает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии.

На средство измерений утверждённого типа оформляется свидетельство (ранее — сертификат) об утверждении типа средств измерений.

Поверке подлежат только средства измерений, внесенные в государственный реестр средств измерений, допущенных к использованию в Российской Федерации. После процедуры поверки оформляется свидетельство о поверке. Остальные технические устройства подлежат калибровке. После процедуры калибровки оформляется сертификат калибровки.

Нормативная документация и литература

Ссылки

См. также
- Метрология
- Измерительная техника
Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое «Средство измерений» в других словарях:

Средство измерений — – техническое устройство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Средство измерений — 40 Средство измерений Техническое устройство, предназначенное для измерений. Источник: РД 153 34.1 04.504 01: Т … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

средство измерений (СИ) — 3.3 средство измерений (СИ): Техническое устройство, имеющее метрологические характеристики и предназначенное для выполнения измерений. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Средство измерений — 21) средство измерений техническое средство, предназначенное для измерений;. Источник: Федеральный закон от 26.06.2008 N 102 ФЗ (ред. от 28.07.2012) Об обеспечении единства измерений . средство измерений (прибор) техническое средство,… … Официальная терминология

средство измерений — СИ — 3.16 средство измерений СИ : Техническое средство, предназначенное для измерений. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

средство измерений ; СИ — 3.4. средство измерений ; СИ : По title= ГСИ. Метрология. Основные термины и определения . Источник: РМГ 60 2003: Государственная система обеспечения единства измерений. Смеси аттестованные. Общие требования к раз … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

средство измерений — matavimo priemonė statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Normatyvinių metrologinių charakteristikų medžiaga ar terpė, įrankis ar įtaisas matavimams atlikti, išlaikantis ir (ar) atkuriantis dydžio matavimo vienetą. atitikmenys … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

средство измерений — matavimo priemonė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. measuring instrument vok. Meßmittel, n rus. средство измерений, n pranc. instrument de mesure, m … Fizikos terminų žodynas

Средство измерений вспомогательное — средство измерений той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерений необходимо учитывать для получения результатов измерений требуемой точности. Источник: РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МЕЖГОСУДАРСТВЕННОЙ… … Официальная терминология

Средство измерений нестандартизированное — средство измерений, стандартизация требований к которому признана нецелесообразной. Источник: РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МЕЖГОСУДАРСТВЕННОЙ СТАНДАРТИЗАЦИИ. ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЯ. МЕТРОЛОГИЯ. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ … Официальная терминология

Средства измерений. Классификация средств измерений. Условные обозначения

Средство измерений (СИ) – техническое средство, используемое при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики. Метрологическими называют характеристики, оказывающие влияние на результат и погрешность измерения. К ним относятся: пределы измерений, пределы шкалы, цена деления, выходной код, погрешность, вариация показаний прибора, полное входное сопротивление, полное выходное сопротивление, функции влияния).

Все СИ подразделяются по следующим признакам:

1. По используемым физическим процессам СИ разделяют на механические, электромеханические, электронные, оптоэлектронные и т. д.

2. По физической природе измеряемой величины различают, например, вольтметры, амперметры, омметры и т. д. Классификация по этому признаку приведена в ГОСТ.

3. По виду измеряемой величины и по способу обработки приборы делятся на аналоговые и цифровые.

4. По структурному принципу различают СИ прямого действия, в которых реализуется метод непосредственной оценки, и СИ сравнения, работа которых основана на методе сравнения.

5. По структурному признаку СИ также можно классифицировать по числу каналов: одноканальные, двухканальные и многоканальные.

6. По частотному диапазону СИ можно разделить на низкочастотные, высокочастотные и СВЧ.

7. По месту использования (или по метрологическим характеристикам) СИ можно разделить на лабораторные и производственные, которые резко отличаются по условиям эксплуатации, по техническим и метрологическим характеристикам.

8. По точности можно разделить на эталоны, образцовые СИ, и рабочие СИ.

Эталоны СИ – предназначены для хранения единицы физической величины с целью передачи другим СИ.

Образцовые СИ – мера измерения, измерительный прибор или измерительный преобразователь, служащий для проверки по ним других СИ (рабочих).

Поверка средств измерений – определение специальной метрологической службой погрешности средств измерений и установление его пригодности для дальнейшего применения (использования).

Рабочее средство измерений – средство, широко применяется на практике и не связано с передачей размера единиц измерений.

9. По техническому назначению: меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи, измерительные системы и вспомогательные устройства.

Мера СИ предназначена для воспроизводства единиц физической величины заданного размера с необходимой для данных измерений точностью.

Измерительные преобразователи (ИПр) предназначены для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающегося восприятию наблюдателем. В преобразователи могут входить измерительные механизмы.

Измерительные приборы (ИП) предназначены для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем (вольтметр, осциллограф, частотомер).

Требования, предъявляемые к измерительным приборам: потребление минимальной мощности, а также их включение в электрическую цепь не должно оказывать большого влияния на сопротивление этой цепи, т.е. измерительные приборы, применяемые в электрических цепях не должны вносить заметных искажений в режим работы цепи.

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных средств измерений (мер, преобразователей, приборов) и вспомогательных устройств, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для наблюдения, которая, как правило, располагается в одном месте.

Измерительная система – совокупность объединенных между собой каналов связи, предназначена для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и использования в различных системах управления устройств.

Вспомогательное устройство – средство измерения величин, влияющих на метрологические характеристики другого средства измерения, вместе с которым оно применяется.

В качестве вспомогательных устройств применяют образцовые двухполюсники (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности), образцовые и вспомогательные четырехполюсники (магазины затуханий, делители напряжений).

Средства измерений

Средство измерений – это техническое средство, используемое при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства. К средствам измерений относят меры и измерительные приборы, преобразователи, установки и системы. От средств измерений зависит правильное определение значения измеряемой величины в процессе измерения.

Мера – это средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Например, гиря – мера массы, измерительный резистор – мера электрического сопротивления и т.п. К мерам относятся так же стандартные образцы и эталонные вещества.

Стандартный образец – это мера для воспроизведения единиц величин, характеризующих свойства или состав веществ и материалов или среднелегированной стали с аттестованным содержанием химических элементов, образцы шероховатости поверхности.

Эталонное вещество – это вещество с известными свойствами, воспроизводимыми при соблюдении условий приготовления, указанных в утвержденной спецификации, например «чистая» вода, «чистые» газы, «чистые» металлы.

Эталонные вещества воспроизводят строго регламентированный состав веществ и широко используется при производстве количественных химических анализов и в создании реперных точек шкал. Например, «чистый» цинк служит для воспроизведения температуры ≈420 °С.

В случае если мера должна использоваться исключительно со значениями, вычисляемыми согласно инструкции по эксплуатации с учетом поправок, приведенных в сопроводительной документации, то применяют меру не с номинальным, а с действительным значением.

Меры подразделяют на однозначные и многозначные.

Однозначная мера воспроизводит физическую величину одного размера. По сути, она воспроизводит либо единицу измерения, либо некоторое определенное числовое значение данной физической величины. Например, измерительная катушка сопротивления, гиря, плоскопараллельная концевая мера длины, измерительная колба, измерительный резистор, нормальный элемент, конденсатор постоянной емкости.

Из однозначных мер собирают наборы мер. Набор мер – это специально подобранный комплект мер, применяемых не только по отдельности, но и в различных сочетаниях с целью воспроизведения ряда одноименных величин различного размера, например набор измерительных конденсаторов, набор плоскопараллельных концевых мер длины, набор гирь.

Многозначная мера воспроизводит ряд одноименных величин различного размера, например конденсатор переменной емкости, вариометр индуктивности, линейки с миллиметровыми делениями.

Эталонные средства измерений предназначены для передачи размеров единиц физических величин от эталонов или более точных образцовых средств рабочим средствам. Эталонными средствами измерений являются меры, измерительные приборы и устройства, прошедшие метрологическую аттестацию и утвержденные органами государственной или ведомственной метрологической службы в качестве эталонных. По назначению следует различать исходные и подчиненные эталонные средства измерений.

Исходными называют эталонные средства измерений, от которых размер единицы передается с наивысшей в данном подразделении метрологической службы точностью.

Подчиненными называют эталонные средства измерений, которым передается размер единицы от исходного эталонного средства измерений непосредственно или через другие эталонные средства измерений.

В зависимости от погрешности эталонные средства измерений подразделяются на разряды. Для различных видов измерений, проводимых в отрасли, устанавливается различное число разрядов эталонных средств измерений, предусмотренное стандартами на поверочные схемы данного вида средств измерений. Разряды служат основой для их метрологического соподчинения: эталонные средства 1-го разряда поверяются, как правило, непосредственно по рабочим эталонам, а 2-го и последующих разрядов — по эталонным средствам предшествующих разрядов. Например, эталонными мерами электродвижущей силы 1-го разряда служат нормальные элементы с погрешностью ±2·10 -4 %, а эталонными мерами 2-го разряда — нормальные элементы с погрешностью ±5·10 -4 %. Эталонные меры массы (гири) и измерительные приборы для измерения давления делятся на четыре разряда.

Разделение средств измерений на эталонные и рабочие определяется их метрологическим назначением. Различные экземпляры одного и того же средства измерений могут выполнять функции эталонного или рабочего средства. Однако экземпляр средства измерений, выполняющий функции эталонного средства, не используют для обычных технических измерений.

Эталонные средства измерений выполняют в системе обеспечения единства измерений в стране очень ответственную роль, так как они «распространяют» единицы, передавая их размер другим средствам измерений, поэтому они подлежат тщательному хранению и поверку их проводят настолько часто, чтобы была обеспечена требуемая точность и достоверность результатов измерений. Применять их следует только для поверки других средств измерений. Средства измерений, аттестованные в качестве эталонных, допускается применять в качестве рабочих только в особых случаях, с разрешения органа метрологической службы, производившего аттестацию этих средств измерений.

Рабочие средства применяют для измерений, не связанных с передачей размера единиц, то есть они служат для технических измерений в лабораториях или на производстве.

Для эталонного средства измерений не так важно, насколько велики поправки к его показаниям, как важны стабильность и воспроизводимость его показаний. Поэтому к эталонным средствам измерений в отличие от рабочих предъявляют более высокие требования в отношении воспроизводимости показаний. К рабочим же средствам измерений предъявляют специфические требования, связанные с условиями их применения.

Измерительный прибор представляет собой средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Результаты измерений приборами выдаются их отсчетными устройствами. Последние подразделяют на шкальные, цифровые и регистрирующие.

Шкальные отсчетные устройства состоят из шкалы, представляющей собой совокупность отметок и чисел, изображающих ряд последовательных значений измеряемой величины, и указателя (стрелки, электронного луча и др.), связанного с подвижной системой прибора.

Отметки шкалы, у которых проставлено числовое значение, называются числовыми отметками шкалы.

Основными характеристиками шкалы рассматриваемого отсчетного устройства являются: длина деления шкалы — расстояние между осями или центрами двух соседних отметок (штрихов или точек) шкалы, измеренное вдоль ее базовой линии, то есть линии, проходящей через середины ее самых коротких отметок, и цена деления шкалы — значение измеряемой величины, которое вызывает перемещение подвижного элемента отсчетного устройства на одно деление, то есть модуль разности значений измеряемой величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы.

Указанные на шкале наименьшее и наибольшее значения измеряемой величины называются соответственно начальным и конечными значениями шкалы.

Область значений, ограниченная начальным и конечным значениями шкалы, называется диапазоном показаний.

Диапазон измерений — это та часть диапазона показаний, для которой нормированы пределы допускаемых погрешностей средства измерений. Наименьшее и наибольшее значения диапазона измерений называются соответственно нижним и верхним пределами измерений (рис. 1.) В технических приборах диапазон измерений и диапазон показаний, как правило, совпадают.

Значение величины, определяемое по отсчетному устройству средства измерений и выраженное в принятых единицах этой величины, называют показанием средства измерений. Показание может быть выражено как:

где N — отсчет (неименованное число, отсчитанное по отсчетному устройству средства измерений либо полученное счетом последовательных отметок или сигналов); с — постоянная средства измерений (число, именованное в единицах измеряемой величины; N_дел — число делений, подсчитанных по отсчетному устройству); с_дел — цена деления шкалы как разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы.

П р и м е р — На рис. 2 показано различие понятий постоянной прибора с и цены деления с_дел, из видно, что максимальный отсчет N_max = 50, а положению стрелки отвечает отсчет N = 24, Если наибольшее показание вольтметра U_max = 50 В, то постоянная вольтметра:

а показание, отвечающее положению стрелки,

На этой шкале максимальное число делений N_дел _max = 25 дел, а положению стрелки отвечает N_дел = 12 дел. Следовательно, цена деления шкалы вольтметра

U = Nдел · сдел = 12 дел · 2 В/дел = 24 В.

Числовые значения с и сдел = с_U B/дел зависят от конечного значения шкалы данного диапазона измерений.

Шкалы приборов бывают односторонними (рис. 3), двухсторонними

(рис. 4) и безнулевыми (рис. 5). В односторонних шкалах один из пределов равен нулю.

В двухсторонних шкалах нулевое значение расположено на шкале. В безнулевых — на шкале нет нулевого значения.

В соответствии с ГОСТ 8.401—80 «ГСИ. Классы точности средств измерений. Общие требования» практически равномерной шкалой называется шкала, длина делений которой отличается друг от друга не более чем на 30 % и имеет постоянную цену делений. Существенно неравномерная шкала — это шкала с сужающимися делениями, для которой значение выходного сигнала, соответствующее полусумме верхнего и нижнего пределов диапазона измерений входного (выходного) сигнала, находится в интервале между 65 и 100 % длины шкалы, соответствующей диапазону измерений входного (выходного) сигнала. Степенная шкала — это шкала с расширяющимися или сужающимися делениями, отличная от шкал, указанных выше.

Чувствительность измерительного прибора — это отношение изменения сигнала Δl на выходе измерительного прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины ΔА, то есть,

Из формулы следует, что чем меньше изменение измеряемой величины, отмечаемое прибором, тем выше его чувствительность, то есть она обратно пропорциональна цене деления шкалы.

Цифровые отсчетные устройства бывают либо механические, либо световые. Механические отсчетные устройства используют в тех цифровых приборах, у которых измеряемая величина преобразуется в соответствующие углы поворота валов. Световые табло, состоящие, как правило, из системы индикаторных газоразрядных ламп, подсвечивающих те или иные цифры, используются в электронных цифровых приборах, у которых измеряемые величины преобразуются в определенную последовательность импульсных сигналов.

Регистрирующие отсчетные устройства состоят из пишущего или печатного механизма и ленты. Простейшее пишущее устройство представляет собой перо, заполненное чернилами, фиксирующее результат измерения на бумажной ленте. В более сложных устройствах запись результатов измерений может производиться световым или электронным лучом, перемещение которого зависит от значений измеряемых величин.

Измерительные приборы классифицируются по весьма разнообразным признакам, к числу которых относят и рассматриваемые ниже способы определения значений измеряемой величины и образования показаний.

По способу определения значения измеряемой величины приборы делятся на две группы: прямого действия и сравнения.

Приборы прямого действия (непосредственной оценки) позволяют получать значения измеряемой величины на отсчетном устройстве. Такие приборы состоят из нескольких элементов, осуществляющих необходимое преобразование измеряемой величины в сигнал того или иного вида или, если необходимо, усиление этого сигнала, чтобы вызвать перемещение подвижного органа отсчетного устройства. Примером может служить электронный вольтметр, предназначенный для измерения высокочастотного напряжения. Входной сигнал подается на детектор, преобразующий переменное напряжение в постоянное, которое после усиления в усилителе постоянного тока подводится к магнитоэлектрическому вольтметру постоянного тока. Здесь постоянное напряжение, в свою очередь, преобразуется в механический момент, поворачивающий подвижную рамку на угол, пропорциональный значению измеряемого напряжения.

Шкала же вольтметра постоянного тока может быть градуирована в амплитудных или средних квадратических (эффективных) значениях переменного напряжения, подводимого ко входу электронного вольтметра.

Характерной особенностью приборов непосредственной оценки является то, что результаты, полученные с их помощью, не требуют сравнения с показаниями эталонных средств измерений.

К таким приборам относится большая часть вольтметров, амперметров, манометров, термометров и др.

В приборах сравнения значение измеряемой величины определяют сравнением с известной величиной, соответствующей воспроизводящей ее мере, например при измерении массы тел на рычажных весах. Для сравнения измеряемой величины с мерой используют компенсационные или мостовые измерительные цепи. В компенсационных вольтметрах измерение напряжения основано на сравнении измеряемой величины с величиной компенсирующего напряжения, задаваемого мерой напряжения (нормальным элементом или другой эталонной мерой напряжения).

На сравнении измеряемой величины с мерой основана работа грузопоршневых и грузопружинных манометров, где сравниваются силовые эффекты, с которыми действуют на поршень измеряемое давление и мера массы. При измерении линейных размеров тел с использованием концевых мер длины часто используют дифференциальный метод сравнения, то есть для измерения разности между измеряемой величиной и мерой применяют дополнительные приборы непосредственной оценки. Если объектами измерения являются параметры элементов, которые не несут в себе энергии (параметры пассивных элементов), то для сравнения измеряемой величины с мерой чаще всего используют мостовые измерительные схемы. В этих схемах пассивные элементы предварительно активизируются путем подведения для питания моста энергии от специальных источников питания. Сравнение же измеряемой величины, включенной в измерительное плечо моста, с известным значением меры, включенной в плечо сравнения, производят, как правило, нулевым методом, то есть уравновешивая мост путем измерения значения меры. Характерной особенностью приборов, основанных на методе сравнения, является то, что погрешность измерения с их помощью определяется в основном погрешностью мер, с которыми сравнивают измеряемые величины. Следовательно, применение мер более высоких классов точности и разрядов обеспечивает повышение точности измерений.

По способу образования показаний приборы подразделяют на показывающие и регистрирующие Показывающие приборы, в свою очередь, подразделяют на аналоговые и цифровые.

Аналоговые приборы — это, как правило, стрелочные приборы с отсчетными устройствами, состоящими из двух элементов — шкалы и указателя, связанного с подвижной частью прибора. Показания таких приборов являются непрерывной функцией измерений измеряемой величины.

Цифровые измерительные приборы автоматически вырабатывают дискретные сигналы измерительной информации, которые предлагают в цифровой форме. Отсчет у них производится с помощью механических или электронных цифровых отсчетных устройств.

Цифровые измерительные приборы по сравнению со стрелочными имеют

ряд достоинств; процесс измерения автоматизирован, что исключает возникновение погрешностей, обусловленных ошибками оператора; время измерения очень мало; результат измерений, выдаваемый в цифровой форме, легко фиксируется цифропечатающим устройством и удобен для ввода в электронно-вычислительную машину.

Цифровые измерительные приборы широко применяют для измерения электрических напряжений, частоты колебаний, параметров электрических и радиотехнических цепей и многих других физических величин. В последние годы они все чаще заменяют стрелочные приборы.

Регистрирующие измерительные приборы подразделяют на самопишущие (например, барографы, термографы, шлейфовые осциллографы), выдающие показания в форме диаграммы, и печатающие, которые выдают результат измерений в цифровой форме на бумажной ленте. Регистрирующие приборы находят широкое применение при измерении физических величин — параметров процессов или свойств объектов в динамических режимах, когда непрерывно изменяются те или иные условия измерения (температура, давление и т.п.).

Измерительный преобразователь — средство измерений, служащее для выработки измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем.

Преобразуемая физическая величина называется входной, а результат преобразования — выходной величиной. Связь между выходной и входной величинами преобразователя устанавливается функцией преобразования.

Измерительные преобразователи являются составной частью измерительных приборов, различных измерительных систем, системы автоматического контроля или регулирования тех или иных процессов.

Основное требование к измерительным преобразователям — точная передача информации, то есть минимальные потери информации, иначе говоря, минимальные погрешности. Измерительное преобразование — это отражение размера одной физической величины размером другой физической величины, функционально с ней связанной. На принципе измерительного преобразования построены практически все средства измерений, так как любое средство измерений использует те или иные функциональные связи между входной и выходной величинами. Например, в приборах для электрических измерений неэлектрических величин или для измерения геометрических величин, таких как микрометр, когда измеряемая длина отсчитывается по углу поворота микрометрического барабана, или штангенциркуль, когда вместо расстояния между губками штангенциркуля отсчитывается соответствующее расстояние по его шкале. Понятие «измерительный преобразователь» более конкретно, чем «измерительное преобразование», так как одно и то же измерительное преобразование может быть выполнено рядом различных по принципу действия измерительных преобразователей. Например, измерительное преобразование температуры в механическое перемещение может быть выполнено ртутным термометром или биметаллическим элементом либо термопарой, преобразующей температуру в ЭДС, а ЭДС в перемещение указателя.

Измерительный преобразователь, к которому подведена измеряемая величина, называется первичным преобразователем, например термопара в термоэлектрическом термометре.

Измерительный преобразователь, предназначенный для изменения величины в заданное число раз, называется масштабным, например делители напряжений на входе вольтметров или электронных осциллографов, а также измерительные усилители.

Измерительный преобразователь, предназначенный для дистанционной передачи сигнала измерительной информации, называется передающим, например индуктивный и пневматические передающие преобразователи.

Вспомогательным является средство измерений величин, влияющих на метрологические свойства другого средства измерения при его применении или поверке. Например, точность измерения объемного расхода газа или линейных размеров тел зависит от температуры, измеряемой термометром, который и является вспомогательным средством измерений.

Измерительная установка — это совокупность функционально объединенных средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем, и расположенных в одном месте.

Создание измерительных установок, называемых также измерительными стендами, позволяет наиболее рационально расположить все требуемые средства измерений и соединить их с объектами измерений для обеспечения наиболее высокой производительности труда на данном рабочем месте (например, на рабочих местах операторов в конкретных условиях производства или поверочных лаборатории). Так создаются измерительные установки (стенды), например, для контроля работоспособности тех или иных технических устройств, для поверки различных средств измерений и т. п.

Измерительные системы предназначены для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и использования в автоматических системах управления. Их главная цель — автоматизация процесса измерения и использования результатов измерения для автоматического управления различными процессами производства. В состав таких систем могут входить преобразователи одних величин в другие, схемы автоматического регулирования, меры и измерительные приборы. В случае если различные элементы системы разнесены на значительные расстояния друг от друга, связь между ними осуществляется как по проводным, так и проводными каналам.

Средства измерений. Основные понятия и классификация

Средство измерения — это техническое устройство, предназначенное для выполнения намерений и имеющее нормированные метрологические характеристики.

Средства измерений подразделяются на меры, приборы и преобразователи. В практике находят применение также измерительные системы.

Мера — это средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. К мерам относят такие средства, как гири (меры массы), резисторы (меры электрического сопротивления), сосуды (меры вместимости) и др. Учитывая ограниченное применение мер в практике измерений, ниже они специально не рассматриваются.

Измерительный прибор — это средство измерений, предназначенное для выработки измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Измерительные приборы, которые непосредственно воспринимают измеряемую величину, называются приборами прямого, или непосредственного, отсчета.

Измерительные приборы, воспринимающие измеряемую величину, предварительно преобразованную в другую величину, называются вторичными. Различают измерительные приборы аналоговые и цифровые. В аналоговом приборе отсчет показаний производят по шкале, отражающей непрерывную зависимость между измеряемой величиной и перемещением отсчетного устройства. В цифровом приборе измерительная информация выдается с помощью цифрового отсчетного устройства. Измерительные приборы могут быть показывающими, регистрирующими и комбинированными (показывающими и регистрирующими). Регистрация показаний может выполняться с помощью самопишущих или печатающих приборов. Измерительный преобразователь — это средство измерений, предназначенное для выработки измерительной информации в форме, удобной для передачи и обработки. Разделяются измерительные преобразователи на первичные, промежуточные и передающие. Первичным называют преобразователь, к которому подведена измеряемая величина. Иногда эти преобразователи называют датчиками. Промежуточные и передающие преобразователи соответственно воспринимают сигналы, выработанные первичным преобразователем, и обеспечивают дистанционную передачу их. Преобразователи бывают аналоговыми, если входной и выходной сигналы воспроизводятся в аналоговой форме, цифровыми (дискретными), если входной и выходной сигналы представляют собой последовательности импульсов (коды), а также аналого-цифровыми (вход аналоговый, выход цифровой) и цифроаналоговыми (вход цифровой, выход аналоговый). Действующая система приборов (ГСП) предусматривает стандартизованные электрические и пневматические сигналы. В частности, аналоговые электрические сигналы встречаются в следующих основных формах: в виде изменения взаимной индукции в пределах 0—10 мГ или 10-0—10 мГ; в виде сигнала постоянного тока с пределами 0—5: 0—20 и 4—20 мА; в виде сигнала напряжения постоянного тока с пределами 0— 10 и 0—20 В. Наиболее распространенным стандартным пневматическим сигналом является изменение давления в пределах от 0,02 до 0,1 МПа.

Измерительная система — это совокупность средств измерений, вспомогательных устройств и каналов связи, предназначенная для выработки, передачи и обработки измерительной информации. К таким системам относятся, в частности, измерительно-вычислительные комплексы, осуществляющие автоматический сбор и обработку экспериментальных данных.

Ниже перечисляются основные метрологические характеристики средств измерений.

Градуировочная характеристика, или статическая функция преобразован и я,— зависимость между значениями величин на выходе и входе средства измерения в установившемся состоянии, представляемая в табличной, графической или аналитической форме. Начальное и конечное значения отсчетного устройства (шкалы или цифрового отсчетного устройства) — наименьшее и наибольшее значения измеряемой величины, указанные на шкале или воспроизводимые цифровым устройством.

Диапазон показаний — область, ограниченная начальным и конечным значениями отсчетного устройства.

Диапазон измерений (преобразований) — область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности.

Пределы (верхний и нижний) измерений наибольшее и наименьшее значения диапазона измерений.

Абсолютная погрешность — разность между показанием прибора и действительным значением измеряемой величины либо разность между значением измеряемой величины, полученной на выходе преобразователя с помощью градуировочной характеристики, и действительным ее значением на входе.

Относительная погрешность — отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины. Может выражаться дробью или в процентах.

Приведенная погрешность-— отношение абсолютной погрешности к нормированному значению, например диапазону показаний или измерений.

Статическая погрешность — погрешность (абсолютная или относительная) при постоянной во времени входной величине.

Динамическая погрешность — составляющая погрешности, равная разности между погрешностью в динамическом режиме (при переменной входной величине) и статической погрешностью, соответствующей значению величины в данный момент времени.

Основная погрешность — погрешность при условиях работы, принятых за нормальные.

Дополнительная погрешность — изменение погрешности, вызванное отклонением одной или нескольких влияющих величин от значений, принятых за нормальные.

Предел допускаемой погрешности — наибольшая погрешность, при которой средство измерений может быть признано годным (понятие применимо для основной и дополнительной погрешностей).

Класс точности — обобщенная характеристика, определяемая пределами допускаемых погрешностей. В общем случае понятие класса точности устанавливается для каждого конкретногосредства измерения его технической документацией. Однако в целом ряде случаев класс точности принимают численно равным пределу допускаемой приведенной погрешности относительно диапазона измерений.

Кроме приведенной классификации средства измерений разделяются по следующим основным признакам: назначению, виду измеряемой величины, числу пределов измерений. По назначению средства измерений делятся на рабочие, образцовые и индикаторы. Рабочие средства измерений в свою очередь разделяются на технические и лабораторные. Первые предназначаются для измерений в условиях эксплуатации холодильного оборудования, для контроля за ходом технологических процессов, работой систем автоматики, переналадки оборудования и средств автоматизации. Такие средства измерений имеют, как правило, невысокие точностные характеристики. По конструкции технические средства измерений приспособлены для установки на щитах, в шкафах и непосредственно на оборудовании. Лабораторные средства измерений предназначаются для использования в научно-исследовательской практике, при испытаниях оборудования в стендовых условиях. Отличаются более высокими точностными характеристиками. Конструктивно выполняются обычно в переносном исполнении в основном для установки на лабораторных столах и стойках. Образцовые средства измерений предназначаются для поверки рабочих средств или других менее точных образцовых в условиях специализированных измерительных лабораторий.

По конструкции — это переносные приборы или стационарные установки.

По точностным характеристикам они выше остальных средств измерений. В некоторых случаях возникает необходимость использования в научно-исследовательских работах образцовых (по назначению) средств в качестве рабочих. Такая практика допускается. Однако при этом средство измерений считается не образцовым, а рабочим с соответствующей точностной характеристикой. Индикаторами называют средства измерения, не имеющие нормированных точностных характеристик и служащие для ориентировочной оценки измеряемой величины. По виду измеряемой величины средства измерений делятся в соответствии с классификацией измеряемых величин (см. выше). Название они получают по наименованию измеряемой величины (например, манометр, расходомер, частотомер и т. п.), единицы физической величины (амперметр, вольтметр) либо по характерному признаку своего устройства (например, измерительный мост, термоанемометр).

Широко распространены комбинированные средства измерений, предназначенные для измерения разных величин. Так, в электротехнике применяют ампервольтметры, вольтомметры и др. По числу пределов измерений различают одно-, двух- и многопредельные средства измерений. Однопредельные средства позволяют измерить величину, лежащую в интервале между верхним и нижним пределами измерений. В двух- и многопредельных средствах предусматриваются специальные устройства для переключения пределов, в результате чего расширяется диапазон измерений.

Основные определения

Основой измерений являются наблюдения, которые осуществляются персоналом или автоматическими устройствами. Если для проведения одного измерения производят одно наблюдение, то такой метод измерений называется методом однократных наблюдений. При однократных наблюдениях результат измерения равен результату наблюдения. Измерение дополняется оценкой точности, которая должна быть не хуже, чем определено требованиями. В практике испытаний и исследований, где требуется более высокая точность, прибегают к нескольким наблюдениям для проведения одного измерения.

Такой метод называется методом многократных наблюдений. С помощью этого метода удается учесть влияние некоторых случайных факторов. При многократных наблюдениях результат наблюдений, результат измерения, а также оценку точности получают методами статистической обработки случайных величин. Существует также промежуточный метод, когда для исключения грубых ошибок и повышения надежности измерений выполняют несколько наблюдений, однако дальнейшую обработку проводят без применения статистических методов. Мерой оценки точности измерения является погрешность. Погрешность характеризует отклонение измеренного значения некоторой величины от ее истинного (действительного) значения. Следует различать погрешность измерений, получаемую как результат обработки экспериментальных наблюдений, и нормированную погрешность средства измерения, являющуюся его технической характеристикой. Эти погрешности могут совпадать только в отдельных, частных случаях.

В соответствии с делением измерений погрешности подразделяют на статические и динамические. Ниже под термином «погрешность» будет подразумеваться статическая погрешность. В тех случаях, когда под термином «погрешность» подразумевается динамическая погрешность, это будет специально оговариваться. По своей природе погрешности бывают систематическими и
случайными. Систематическими называют погрешности, которые могут быть заранее обнаружены или предсказаны и которые принципиально могут быть исключены или уменьшены специальными мерами. Систематические погрешности, которые действуют в процессе измерения, называются не исключенными.

Случайными называют непредвиденные погрешности, которые могут быть выявлены только статистической обработкой многократных наблюдений. Частным случаем случайных погрешностей являются грубые ошибки наблюдений, которые выявляются при первичной обработке данных и затем отбрасываются. Поскольку точное значение погрешности обычно не известно, пользуются понятием границы погрешности, т. е. предельной величиной, больше которой (без учета знака) погрешность быть не может.

Если погрешность определяется методом статистической обработки, то пользуются понятием доверительной границы погрешности, которая обозначает, что погрешность не выйдет за границу с доверительной вероятностью, равной заданной.