Виды средств измерений

По метрологическому назначению средства измерений делятся на образцовые и рабочие.

Образцовые предназначены для поверки по ним других средств измерений как рабочих, так и образцовых менее высокой точности.

Рабочие средства измерений предназначены для измерения размеров величин, необходимых в разнообразной деятельности человека.

Сущность разделения средств измерений па образцовые и рабочие состоит не и конструкции и не в точности, а в их назначении.

К средствам измерения относятся:

1. Меры, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера. Различают однозначные и многозначные меры, а также наборы мер (гири, кварцевые генераторы и т. п.). Меры, воспроизводящие физиче­ские величины одного размера, называются однозначными. Многозначные ме­ры могут воспроизводить ряд размеров физической величины, часто даже не­прерывно заполняющих некоторый промежуток между определенными границами. Наиболее распространенными многозначными мерами являются миллиметровая линейка, вариометр и конденсатор переменной емкости.

В наборах и магазинах отдельные меры могут объединяться в различных со­четаниях для воспроизведения некоторых промежуточных или суммарных, но обязательно дискретных размеров величии. В магазинах объединены в одно механическое целое, снабженное специальными переключателями, кото­рые связаны с отсчетными устройствами. В противоположность этому набор состоит обычно из нескольких мер, которые могут выполнять свои функции как в отдельности, так и в различных сочетаниях друг с другом (набор конце­вых мер длины, набор гирь, набор мер добротности и индуктивности и т. д.).

Сравнение с мерой выполняют с помощью специальных технических средств — компараторов (равноплечие весы, измерительный мост и т. п.).

К однозначным мерам относятся также образцы и образцовые вещества. Стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов представля­ют собой специально оформленные тела или пробы вещества определенного и строго регламентированного содержания, одно из свойств которых при оп­ределенных условиях является величиной с известным значением. К ним от­носятся образцы твердости, шероховатости, белой поверхности, а также стан­дартные образцы, используемые при поверке приборов для определения механических свойств материалов.

В зависимости от погрешности аттестации меры подразделяются на разряды (меры 1-го. 2-го и т. д. разрядов), а погрешность мер является основой их де­ления на классы. Меры, которым присвоен тот или иной разряд, применяют­ся для поверки измерительных средств и называются образцовыми.

2. Измерительные преобразователи — это средства измерений, перерабатываю­щие измерительную информацию в форму, удобную для дальнейшего преоб­разования, передачи, хранения и обработки, но, как правило, не доступную для непосредственного восприятия наблюдателем (термопары, измеритель­ные усилители и др.).

Преобразуемая величина называется входной, а результат преобразования — выходной величиной. Соотношение между ними задается функцией преобра­зования (статической характеристикой). Если в результате преобразования физическая природа величины не изменяется, а функция преобразования яв­ляется линейной, то преобразователь называется масштабный, или усилите­лем (усилители напряжения, измерительные микроскопы, электронные уси­лители).

По месту, занимаемому в приборе, преобразователи (рис. 3.1) подразделя­ются на: первичные, к которым подводится непосредственно измеряемая фи­зическая величина; передающие, на выходе которых образуются величины, удобные для их регистрации и передачи на расстояние; промежуточные, за­нимающие в измерительной цепи место после первичных.

3. Измерительные приборы относятся к средствам измерений, предназначенным для получения измерительной информации о величине, подлежащей измере­нию, в форме, удобной для восприятия наблюдателем.

Наибольшее распространение получили приборы прямого действия, при исполь­зовании которых измеряемая величина подвергается ряду последовательных преобразований в одном направлении, то есть без возвращения к исходной величине. К приборам прямого действия относится большинство манометров, термометров, амперметров, вольтметров и т. д.

Значительно большими точностными возможностями обладают приборы сравнения, предназначенные для сравнения измеряемых величин с величина­ми, значения которых известны. Сравнение осуществляется с помощью ком­пенсационных или мостовых цепей. Компенсационные цепи применяются для сравнения активных величин, то есть несущих в себе некоторый запас энер­гии (сил, давлений и моментов сил, электрических напряжений и токов, яр­кости источников излучения и т. д.).

По способу отсчета значений измеряемых величин приборы подразделяются на показывающие, в том числе аналоговые и цифровые, и на регистрирующие.

Наибольшее распространение получили аналоговые приборы, отсчетные уст­ройства которых состоят из двух элементов — шкалы и указателя, причем один из них связан с подвижной системой прибора, а другой — с корпусом. И цифровых приборах отсчет осуществляется с помощью механических, электронных или других цифровых отсчетных устройств.

По способу записи измеряемой величины регистрирующие приборы делят­ся на самопишущие и печатающие. В самопишущих приборах (например, ба­рограф или шлейфовый осциллограф) запись показаний представляет собой график или диаграмму. В печатающих приборах информация о значении из­меряемой величины выдается в числовой форме на бумажной ленте.

4. Вспомогательные средства измерений. К этой группе относятся средства из­мерений величии, влияющих на метрологические свойства другого средства измерений при его применении или поверке. Показания вспомогательных средств измерений используются для вычисления поправок к результатам из­мерений (например, термометров для измерения температуры окружающей среды при работе с грузопоршневыми манометрами) или для контроля за поддержанием значений влияющих величин в заданных пределах (например, психрометров для измерения влажности при точных интерференционных из­мерениях длин).

5. Измерительные установки. Для измерения какой-либо величины или одно­временно нескольких величин иногда бывает недостаточно одного измери­тельного прибора. В этих случаях создают целые комплексы расположенных в одном месте и функционально объединенных друг с другом средств измере­ний (мер, преобразователей, измерительных приборов и вспомогательных средств), предназначенных для выработки сигнала измерительной информа­ции в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем.

6. Измерительные системы — это средства и устройства, территориально разоб­щенные и соединенные каналами связи. Информация может быть представ­лена в форме, удобной как для непосредственного восприятия, так и для ав­томатической обработки, передачи и использования в автоматизированных системах управления.

Технические устройства, предназначенные для обнаружения (индикации) физи­ческих свойств, называются индикаторами (стрелка компаса, лакмусовая бума­га). С помощью индикаторов устанавливается только наличие измеряемой фи­зической величины интересующего нас свойства материи. В качестве примера индикатора можно привести указатель количества бензина в бензобаке автомо­биля. I

Погрешность измерений

Погрешность измерений — это отклонение значений величины, найденной путем ее измерения, от истинного (действительного) значения намеряемой величины.

Погрешность прибора — это разность между показанием прибора и истинным (действительным) значением измеряемой величины.

Разница между погрешностью измерения и погрешностью прибора заключается в том, что погрешность прибора связана с определенными условиями его по­верки.

Погрешность может быть абсолютной и относительной.

Абсолютной называют погрешность измерения, выраженную в тех же единицах, что и измеряемая величина. Например. 0.4 В, 2.5 мкм и т. д. Абсолютная погреш­ность

где А — результат измерения;

Х_ист— истинное значение измеряемой величины; Х_Д — действительное значение измеряемой величины.

Относительная погрешность измерения представляет собой отношение абсо­лютной погрешности измерения к истинному (действительному) значению из­меряемой величины и выражается в процентах или долях измеряемой величины:

В зависимости от условий измерения погрешности подразделяются на статиче­ские и динамические.

Статической называют погрешность, не зависящую от скорости изменения из­меряемой величины по времени.

Динамической называют погрешность, зависящую от скорости изменения изме­ряемой величины во времени. Возникновение динамической погрешности обу­словлено инерционностью элементов измерительной цепи средства измерений. Динамической погрешностью средства измерений является разность между по­грешностью средства измерений в динамических условиях и его статической по­грешностью, соответствующей значению величины в данный момент времени.