Средства измерений, их свойства и характеристики. Основные свойства измерений, характеризующие их качество. Элементы теории и методики измерений.

Классификация измерений

По способу получения измерения:

Прямые — когда физическая величина непосредственно связывается с её мерой;

Косвенные — когда искомое значение измеряемой величины установлено по результатам прямых измерений величин, которые связаны с искомой величиной известной зависимостью;

Совокупные — когда используются системы уравнений, составляемых по результатам измерения нескольких однородных величин.

Совместные — производятся с целью установления зависимости между величинами. При этих измерениях определяется сразу несколько показателей.

По характеру изменения измеряемой величины:

Статические — связаны с такими величинами, которые не изменяются на протяжении времени измерения.

Динамические — связаны с такими величинами, которые в процессе измерений меняются.

По количеству информации:

Однократные;

Многократные (> 3);

По отношению к основным единицам измерения:

Абсолютные (используют прямое измерение одной основной величины и физической константы).

Относительные — базируются на установлении отношения измеряемой величины, применяемой в качестве единицы.

Классы точности

Учет всех нормируемых метрологических характеристик средств измерений является сложной и трудоемкой процедурой. Поэтому для средств измерений, используемых в повседневной практике, принято деление на классы точности. Классы точности присваиваются средствам измерений с учетом результатов приемочных испытаний. Обозначения классов точности наносятся на циферблаты, щитки и корпуса средств измерений, приводятся в нормативно-технических документах. Классы точности могут обозначать буквами (М, С и т.д.) или римскими цифрами (I, II, III ). Обозначения классов точности может сопровождаться дополнительными условными знаками:

0,5; 1,6; 2,5 - для приборов, погрешность которых составляет 0,5; 1,6; 2,5 % от нормирующего значения X_N.

Средства измерений, их свойства и характеристики. Основные свойства измерений, характеризующие их качество. Элементы теории и методики 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 на образцовые и рабочие состоит не в конструкции и не в точности, а в их назначении.

К средствам измерения относятся:

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 величин. В магазинах объединены в одно механическое целое, снабженное специальными переключателями, кото­рые связаны с отсчетным и 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. Образцовые вещества играют большую роль в создании реперных точек при осуществлении шкал. Например, чистый цинк служит для воспроизведения температуры 419,58 °С

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.

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 масштабным, или усилите­лем (усилители напряжения, измерительные микроскопы, электронные уси­лители). Слово «усилитель» обычно употребляется с определением, которое приписывается ему в зависимости от рода преобразуемой величины (усили­тель напряжения, гидравлический усилитель) пли от вида единичных преоб­разований, происходящих в нем (ламповый усилитель, струйный усилитель).

В тех случаях, когда в преобразователе входная величина превращается в дру­гую по физической природе величину,«он получает название но видам этих величии (электромеханический, ппевмоемкостный и так далее).По месту, занимаемому в приборе, преобразователи 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

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.). Сравнение проводится путем встречного включения этих величии в единый контур и наблюдения их разностного эффекта. По этому принципу работают такие приборы, как равноплечие и не равноплечные весы (сравнение на рычаге силовых эффектов действия масс), грузопоршневые и грузопружинные манометрические в вакуумметрические приборы (сравнение на поршне силовых эффектов измеряемого давления и мер массы) и др.

Для сравнения пассивных величин (электрические, гидравлические, пневма­тические и другие сопротивления) применяются мостовые цепи типа элек­трических уравновешенных или неуравновешенных мостов.

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

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

Автоматические приборы сравнения выпускаются чаще всего в виде комби­нированных приборов, в которых шкальный или цифровой отсчет сочетается с записью на диаграмме или с печатанием результатов измерений.

Вспомогательные средства измерений. К этой группе относятся средства из­мерений величин, 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).

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.

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.

При выборе средства измерения в зависимости от заданной точности изготовления деталей необходимо учитывать их метрологические показатели. К ним относятся:

Длина деления шкалы - это расстояние между серединами двух соседних от­меток (штрихов, точек и т. п.) шкалы.

Цена деления шкалы - это разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы (у микрометра она равна 0,01 мм).

Градуированная характеристика - зависимость между значениями величин на выходе и входе средства измерений.

Диапазон показаний - область значений шкалы, ограниченная конечным и начальным значениями шкалы, то есть наибольшим и наименьшим значения­ми измеряемой величины.

Диапазон измерений - область значений измеряемой величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измере­ния.

Чувствительность прибора - отношение изменения сигнала на выходе изме­рительного прибора к изменению измеряемой величины (сигнала) на входе

Вариация (нестабильность) показаний прибора - алгебраическая разность между наибольшим и наименьшим результатами измерений при многократ­ном измерении одной и той же величины в неизменных условиях

Стабильность средства измерений - свойство, выражающее неизменность во времени его метрологических характеристик (показаний).

Обработка равноточных много кратных наблюдений при прямых измерениях.

Будет Рассмотрена отдельно.