Виды и методы измерений

Лекция 8.

Раздел 1. Основы технического нормирования и стандартизации

Стандартизация метрологического обеспечения

Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их един­ства и способах достижения требуемой точности.

В практической жизни человек всюду имеет дело с измерениями. На каждом шагу встречаются и известны с незапамятных времен измерения таких величин, как длина, объем, вес, время и др.

Велико значение измерений в современном обществе. Они служат не только ос­новой научно-технических знаний, но имеют первостепенное значение для учета материальных ресурсов и планирования, для внутренней и внешней торговли, для обеспечения качества продукции, взаимозаменяемости узлов и деталей и со­вершенствования технологии, для обеспечения безопасности труда и других ви­дов человеческой деятельности.

Метрология имеет большое значение для прогресса естественных и технических наук, так как повышение точности измерений — одно из средств совершенство­вания путей познания природы человеком, открытий и практического примене­ния точных знаний.

Для обеспечения научно-технического прогресса метрология должна опережать в своем развитии другие области науки и техники, ибо для каждой из них точ­ные измерения являются одним из основных путей их совершенствования.

Основными задачами метрологии являются:

· установление единиц физических величин, государственных эталонов и образцовых средств измерений;

· разработка теории, методов и средств измерений и контроля;

· обеспечение единства измерений;

· разработка методов оценки погрешностей, состояния средств измерении и контроля;

· разработка методов передачи paзмеров единиц oт эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.

Виды и методы измерений

Измерение — совокупность операций по применению системы измерений для получения значения измеряемой физической величины.

Можно выделить следующие виды измерений.

1. По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения ме­тоды измерений подразделяются на:

· статические, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени;

· динамические, в процессе которых измеряемая величина изменяется и яв­ляется непостоянной во времени.

Статическими измерениями являются, например, измерения размеров тела, постоянного давления; динамическими — измерения пульсирующих давле­ний, вибраций.

2. По способу получения результатов измерений (виду уравнения измерений) методы измерений разделяют на прямые, косвенные, совокупные и совмест­ные.

· При прямом измерении искомое значение величины находят непосредст­венно из опытных данных, например, измерение угла угломером или изме­рение диаметра штангенциркулем.

· При косвенном измерении искомое значение величины определяют на ос­новании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям, например определение среднего диа­метра резьбы с помощью трех проволочек или угла с помощью синусной линейки.

· Совместными называют измерения, производимые одновременно (прямые или косвенные) двух или нескольких неодноименных величин. Целью со­вместных измерений является нахождение функциональном зависимости между величинами, например зависимости длины тела от температуры, зависимости электрического сопротивления проводника от давления и г. п.

· Совокупные — это такие измерения, в которых значения измеряемых вели­чии находят но данным повторных измерении одной или нескольких од­ноименных величии при различных сочетаниях мер или этих величин. Результаты совокупных измерений находят путем решения системы уравнений, составляемых по результатам нескольких прямых измерений. На­пример, совокупными являются измерения, при которых массы отдельных гирь набора находят по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь.

3. По условиям, определяющим точность результата измерения, методы делятся на три класса.

· Измерения максимально возможной точности, достижимой при существую­щем уровне техники. К ним относятся в первую очередь эталонные изме­рения, связанные с максимально возможной точностью воспроизведения установленных единиц физических величин, и, кроме того, измерения фи­зических констант, прежде всего универсальных (например, абсолютного значения ускорения свободного падения и др.).

К этому же классу относятся и некоторые специальные измерения, требую­щие высокой точности,

· Контрольно-поверочные измерения, погрешность которых с определенной вероятностью не должна превышать некоторое заданное значение. К ним относятся измерения, выполняемые лабораториями государственного над­зора за внедрением и соблюдением стандартов и состоянием измерительной техники и заводскими измерительными лабораториями с погрешностью заранее заданного значения.

· Технические измерения в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений. Примерами технических измерений являются измерения, выполняемые в процессе производства на машино­строительных предприятиях, на щитах распределительных устройств элек­трических станций и др.

4. По способу выражения результатов измерений различают абсолютные и от­носительные измерения.

· Абсолютное измерение основано на прямых измерениях величины и (или) использовании значений физических констант, например, измерение раз­меров деталей штангенциркулем или микрометром.

· При относительных измерениях величину сравнивают с одноименной, иг­рающей роль единицы или принятой за исходную, например измерение диаметра вращающейся детали по числу оборотов соприкасающегося с ней аттестованного ролика.

5. В зависимости от совокупности измеряемых параметров изделия различают поэлементный и комплексный методы измерения.

· Поэлементный метод характеризуется измерением каждого параметра из­делия в отдельности (например, эксцентриситета, овальности, огранки ци­линдрического вала).

· Комплексный метод характеризуется измерением суммарного показателя качества (а не физической величины), на который оказывают влияние от­дельные его составляющие (например. измерение радиального биения ци­линдрической детали, на которое влияют эксцентриситет, овальность и др.).

Можно выделить следующие методы измерений.

1. По способу получения значений измеряемых величин различают два основных метода измерений: метод непосредственной оценки и метод сравнения с ме­рой.

· Метод непосредственной оценки — метод измерения, при котором значе­ние величины определяют непосредственно по отсчетному устройству из­мерительного прибора прямого действия (например, измерение длины с помощью линейки или размеров деталей микрометром, угломером и т. д.).

· Метод сравнения с мерой — метод измерения, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Например, для измерения диаметра калибра микрокатор устанавливают па нуль по блоку концевых мер длины, а результаты измерения получают по отклонению стрелки микрокатора от нуля, то есть сравнивается измеряемая величина с размером блока концевых мер. О точности размера судят по отклонению стрелки микрокатора относительно нулевого положения.

Существуют несколько разновидностей метода сравнения:

· метод противопоставления, при котором измеряемая величина и величи­на, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор срав­нения;

· дифференциальный метод, при котором измеряемую величину сравнивают с известной величиной, воспроизводимой мерой. Этим методом, напри­мер, определяют отклонение контролируемое диаметра детали па опти­метре после его настройки на нуль по блоку концевых мер длины;

· нулевой метод, при котором результирующий эффект воздействия вели­чин на прибор сравнения доводят до нуля. Подобным методом измеряют электрическое сопротивление по схеме моста с полным его уравновешива­нием;

· метод совпадений, при котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, определяют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов (например, при измерении штангенциркулем используют совпадение отметок основной и нониусной шкал).

2. При измерении линейных величин независимо от рассмотренных методов раз­личают контактный и бесконтактный методы измерений.

3. В зависимости от измерительных средств, используемых о процессе измере­ния, различают инструментальный, экспертный, эвристический и органолептический методы измерений.

· Инструментальный метод основан на использовании специальных техни­ческих средств, в том числе автоматизированных и автоматических.

· Экспертный метол оценки основан на использовании данных нескольких специалистов. Широко применяется и квалиметрии, спорте, искусстве, ме­дицине.

· Эвристические метилы оценки основаны на интуиции. Широко используется способ попарного сопоставления, когда измеряемые величины сначала сравниваются между собой попарно, а затем производится ранжирование на основании результатов этого сравнения.

· Органолептические методы оценки основаны на использовании органов чувств человека (осязания, обоняния, зрения, слуха и вкуса). Часто ис­пользуются измерения на основе впечатлений (конкурсы мастеров ис­кусств, соревнования спортсменов).

Средства измерений

Средство измерения — это техническое устройство, используемое при измерени­ях и имеющее нормированные метрологические свойства.