Лекция № 4 «Классификация средств измерений»

Лекция № 4 «Классификация средств измерений»

К средствам измерительной техники, непосредственно участвующим в получении и преобразовании измерительной информации относятся средства измерений.

РМГ 29-99

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МЕЖГОСУДАРСТВЕННОЙ СТАНДАРТИЗАЦИИ

Государственная система обеспечения
единства измерений

МЕТРОЛОГИЯ

Основные термины и определения

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ
ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ

В РМГ 29 – 99 средства измерительной техники (измерительная техника) – обобщающее понятие, охватывающее технические средства, специально предназначенные для измерений.

В примечании поясняется, что к средствам измерительной техники относят средства измерений и их совокупности (измерительные системы, измерительные установки), измерительные принадлежности, измерительные устройства. Измерительные принадлежности -вспомогательные средства, служащие для обеспечения необходимых условий для выполнения измерений с требуемой точностью..."

Основным признаком в данном определении являются нормированные метрологические характеристики, что подразумевает и возможность воспроизведения единицы физической величины с требуемой точностью, и ее сохранение на протяжении всего периода метрологической пригодности средства 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.

Под нормированием понимается установление границ на допустимые отклонения реальных метрологических характеристик средств измерений от их номинальных значений. Только посредством нормирования метрологических характеристик можно добиться их взаимозаменяемости и обеспечить единство измерений в государстве.

В зависимости от функционального назначения и конструктивного исполнения различают такие виды средств измерений, как меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, индикаторы, измерительные установки, измерительные системы.

«Элементарные средства измерений»

Простейшим средством измерений является мера. Главная отличительная особенность меры – отсутствие каких-либо преобразований измерительной информации самим средством измерений.

Мера физической величины (мера величины; мера) – средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью. Например.

· набор концевых мер длины,

· гиря,

· концевые плоскопараллельные меры (они предназначены для использования в качестве рабочих мер для регулировки и настройки показывающих измерительных приборов и для непосредственного измерения линейных размеров промышленных изделий).

1.Меры, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера, называют однозначными. В качестве примеров однозначных мер можно назвать гирю (мера массы), угольник (мера прямого угла).

2. Меры, воспроизводящие физические величины ряда размеров называются многозначными.

Набор мер – комплект мер разного размера одной и той же физической величины, предназначенных для применения на практике как в отдельности, так и в различных сочетаниях (например, наборы концевых мер длины, угловых концевых мер, наборы разновесов, измерительную линейку, транспортир, измерительный сосуд.

Меры могут комплектоваться в наборы или конструктивно объединяться в так называемые «магазины». Магазин мер – набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство, в котором имеются приспособления для их соединения в различных комбинациях (например, магазин электрических сопротивлений).

Средства сравнения

4. Компаратор (устройство сравнения)– дает возможность выполнять сравнение мер однородных величин или показаний измерительных приборов, а также сравнивать участки (точки) шкал измерений. Компаратором может быть как техническое устройство, так и естественная или специально созданная среда.

Можно выделить следующие типы компараторов:

1. - соответствующий функциональный узел измерительного прибора: компарирующая ячейка (например, в стрелочном гальванометре это узел рамки, где сравниваются два крутящих момента – возникающий от взаимодействия магнитных полей рамки и магнита и развиваемый пружинкой);

2. - "классический" компаратор, то есть средство измерений, не содержащие меру (равноплечие рычажные весы);

3. - естественная биологическая система: органы чувств человека (зрение, слух, обоняние, вкус);

4.- компарирующие факторы (среды, устройства, процессы, явления), от которых требуется лишь стабильность во времени и однородность в объеме – гравитационное поле Земли при сличении мер массы и силы, температурное поле термостата для сравнения показаний термометров.

Калибр (от лат. qua libra — сколько с фунта. Сколько пуль можно сделать из 1 фунта свинца) по старой традиции, измеряется числом круглых пуль, которые можно изготовить из одного английского фунта (453,6 г) чистого свинца и измеряется в 220 мм от казенного среза ствола.

Кали́бр — диаметр канала ствола по нарезам или полям; одна из основных величин, определяющих мощность огнестрельного оружия.

Калибром называется диаметр канала ствола, а также диаметр пули.

Калибр — бесшкальный инструмент, предназначенный для контроля размеров, формы и взаимного расположения поверхностей детали при их изготовлении.

Калибрами называются бесшкальные контрольные инструмен­ты, предназначенные для ограничения отклонений размеров, формы и взаимного расположения поверхностей изделий. Кон­троль калибрами не позволяет определить действительных отклонений размеров изделия, но позволяет установить — находятся или нет отклонения размеров изделия в заданных пределах.

Следует отметить, что долгое время калибры очень широко применялись на машиностроительных заводах, потому что не было других измерительных инструментов, пригодных для быстрого контроля в цеховых условиях. Была разработана конструкция калибров и нормативные документы

Независимо от типа и назначения калиб­ров к ним предъявляются следующие основные требования.

1. Точность изготовления. Рабочие размеры калибра должны быть выполнены в соответствии с допусками на его изготовление.

1. Высокая жесткость при малом весе. Жесткость необходи­ма для уменьшения погрешностей от деформаций калибров (особенно скоб больших размеров) при измерении. Малый вес требуется для повышения чувствительности контроля и облегче­ния работы контролера при проверке средних и больших размеров.-
2. Износоустойчивость. Для снижения расходов на изготов­ление и периодическую проверку калибров необходимо прини­мать меры к повышению их износоустойчивости. Измерительные поверхности калибров выполняют из легированной стали, закаливают до высокой твердости и покрывают износостойким покрытием (например, хромируют). Выпускают также калибры небольших размеров, изготовленные из твердого сплава.
3. Производительность контроля обеспечивается рациональ­ной конструкцией калибров; по возможности следует применять односторонние предельные калибры.
4. Стабильность рабочих размеров достигается соответствую­щей термообработкой (искусственным старением).
5. Устойчивость против коррозии, необходимая для обеспече­ния сохранности калибров, достигается применением антикорро­зионных покрытий и выбора материалов, мало подверженных коррозии.

Различают: регулируемые, нерегулируемые, непроходные, рабочие, приемные и другие

Проходной калибр - калибр, выполненный по наименьшему предельному размеру отверстия

Непроходной калибр – калибр, выполненный по наибольшему предельному размеру отверстия

Предельный калибр с геометрическими параметрами контролируемого изделия, соответствующими минимально допустимому количеству материала изделия.

Нормальный калибр - калибр, воспроизводящий номинальный размер контролируемого изделия.

К калибрам относятся:

Измерительное лекало – шаблон: - предназначенный для контроля или разметки криволинейных контуров изделий; - представляющий собой стальную пластинку с рабочей кромкой, очерченной по обратному профилю изделия.

Калибр-пробка - калибр, предназначенный для контроля отверстий

Калибр-скоба – калибр, предназначенный для измерения валов

Измерительный преобразователь– техническое средство с нормированными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи. Примеры измерительных преобразователей – термопара, микрометрическая пара винт-гайка, пружина динамометра, расходомер.

1. « Термопара». Термоэлектрический эффект

В технике широко известен эффект возникновения термоЭДС в спаянных проводниках, контакты (места спаев) между которыми поддерживаются при различных температурах (эффект Зеебека). В том случае, когда через цепь двух разнородных материалов пропускается постоянный ток, один из спаев начинает нагреваться, а другой — охлаждаться. Это явление носит название термоэлектрического эффекта или эффекта Пельтье.

2. «Винтовая пара винт гайка»

Микрометр относится к классу микрометрических измерительных инструментов, принцип действия которых основан на использовании винтовой пары винт гайка, позволяющей преобразовать вращательное движение микровинта в поступательное стебля.

Измеряемая деталь охватывается измерительными поверхностями микровинта и пятки. Барабан присоединен к микровинту установочным колпачком Результат получают суммированием отсчетов по шкале стебля и отсчета по шкале барабана.
3.Динамо́ме́тр(от греч δύναμις — «сила» и μέτρεω — «измеряю») —прибор для измерения силы или момента силы, состоит из силового звена (упругого элемента) и отсчетного устройства.

4. Расход вещества измеряется с помощью расходомеров. Расходомер в технике, прибор для измерения расхода — объёма или массы среды, протекающей через прибор в единицу времени.

Используется для контроля и учёта жидкости, пара или газа при их производстве, отпуске, потреблении и хранении, а также служит для регулирования технологических и теплоэнергетических процессов в автоматических системах контроля и регулирования.

( расходомер для нефтепродуктов: бензин, дизельное топливо)

Массовый расход может быть вычислен через плотность вещества, площадь сечения потока и среднюю скорость потока в этом сечении:

, где:

— массовый расход;

ρ — плотность вещества;

V — средняя скорость потока;

S — площадь сечения потока.

Измеряется в единицах массы за единицу времени, в системе единиц СИ выражается в килограммах за секунду (кг/с).

Одним из наиболее распространенных средств измерений расхода жидкостей и газов (паров), протекающих по трубопроводам, являются расходомеры переменного перепада давления, состоящие из стандартного сужающего устройства, дифманометра, приборов для измерения параметров среды и соединительных линий.

Сужающее устройство расходомера является первичным измерительным преобразователем расхода, в котором в результате сужения сечения потока измеряемой среды (жидкости, газа, пара) образуется перепад (разность) давления, зависящий от расхода.

В качестве стандартных (нормализованных) сужающих устройств применяются измерительные диафрагмы, сопла, сопла Вентури и трубы Вентури.

Диафрагма- тонкий диск с отверстием круглого сечения, центр которого лежит на оси трубопровода (используются в трубах от 50 мм до 2 м).

Достоинствами диафрагм являются: простота изготовления, дешевизна изготовления, простота проверки конструкции.

Недостатками являются: малый срок службы, большая остаточная потеря давления( ).

Измерительный прибор (прибор) – средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Измерительный прибор предназначен для получения измерительной информации от измеряемой физической величины, ее преобразования и выдачи в форме, поддающейся непосредственному восприятию оператором.

Прибор включает в себя один или несколько измерительных преобразователей и присоединенное к ним устройство отображения измерительной информации типа шкала-указатель, указатель-диаграммная бумага, числовое табло.

Существует…

…основное средство измерений – средство измерений той физической величины, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей

…вспомогательное средство измерений – средство измерений той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерений необходимо учитывать для получения результатов измерений требуемой точности.

Примером вспомогательного средства измерений является термометр для измерения температуры газа в процессе измерений объемного расхода этого газа.

Приборы различаются по следующим признакам:

1. По виду показаний измерительные приборы делятся на анало­говые (непрерывные) и на цифровые (дискретные)

В аналоговом измерительном приборе показания являются непрерывной функ­цией изменений измеряемой величины

Отсчетные устройства которых состоят из двух элементов: шкалы, обычно соединенной с корпусом, и указателя, связанного с подвижной системой прибора.

В цифровом измерительном . приборе автоматически вырабатываются дискретные (прерыви­стые) сигналы измерительной информации, а показания представ­лены в цифровой форме Отсчет осуществляется с помощью механических, электронных или других отсчетных устройств, а выходная информация представляется в цифровом виде.

2. По точности измерения приборы разделяются по классам, обозначаемым цифрами: 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,4; 0,5; 0,6; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 4,0.

Лекция № 4 «Классификация средств измерений»

К средствам измерительной техники, непосредственно участвующим в получении и преобразовании измерительной информации относятся средства измерений.

РМГ 29-99

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МЕЖГОСУДАРСТВЕННОЙ СТАНДАРТИЗАЦИИ

Государственная система обеспечения
единства измерений

МЕТРОЛОГИЯ

Основные термины и определения

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ
ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ

В РМГ 29 – 99 средства измерительной техники (измерительная техника) – обобщающее понятие, охватывающее технические средства, специально предназначенные для измерений.

В примечании поясняется, что к средствам измерительной техники относят средства измерений и их совокупности (измерительные системы, измерительные установки), измерительные принадлежности, измерительные устройства. Измерительные принадлежности -вспомогательные средства, служащие для обеспечения необходимых условий для выполнения измерений с требуемой точностью..."

Основным признаком в данном определении являются нормированные метрологические характеристики, что подразумевает и возможность воспроизведения единицы физической величины с требуемой точностью, и ее сохранение на протяжении всего периода метрологической пригодности средства 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.

Под нормированием понимается установление границ на допустимые отклонения реальных метрологических характеристик средств измерений от их номинальных значений. Только посредством нормирования метрологических характеристик можно добиться их взаимозаменяемости и обеспечить единство измерений в государстве.

В зависимости от функционального назначения и конструктивного исполнения различают такие виды средств измерений, как меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, индикаторы, измерительные установки, измерительные системы.

«Элементарные средства измерений»

Простейшим средством измерений является мера. Главная отличительная особенность меры – отсутствие каких-либо преобразований измерительной информации самим средством измерений.

Мера физической величины (мера величины; мера) – средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью. Например.

· набор концевых мер длины,

· гиря,

· концевые плоскопараллельные меры (они предназначены для использования в качестве рабочих мер для регулировки и настройки показывающих измерительных приборов и для непосредственного измерения линейных размеров промышленных изделий).

1.Меры, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера, называют однозначными. В качестве примеров однозначных мер можно назвать гирю (мера массы), угольник (мера прямого угла).

2. Меры, воспроизводящие физические величины ряда размеров называются многозначными.

Набор мер – комплект мер разного размера одной и той же физической величины, предназначенных для применения на практике как в отдельности, так и в различных сочетаниях (например, наборы концевых мер длины, угловых концевых мер, наборы разновесов, измерительную линейку, транспортир, измерительный сосуд.

Меры могут комплектоваться в наборы или конструктивно объединяться в так называемые «магазины». Магазин мер – набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство, в котором имеются приспособления для их соединения в различных комбинациях (например, магазин электрических сопротивлений).

Средства сравнения

4. Компаратор (устройство сравнения)– дает возможность выполнять сравнение мер однородных величин или показаний измерительных приборов, а также сравнивать участки (точки) шкал измерений. Компаратором может быть как техническое устройство, так и естественная или специально созданная среда.

Можно выделить следующие типы компараторов:

1. - соответствующий функциональный узел измерительного прибора: компарирующая ячейка (например, в стрелочном гальванометре это узел рамки, где сравниваются два крутящих момента – возникающий от взаимодействия магнитных полей рамки и магнита и развиваемый пружинкой);

2. - "классический" компаратор, то есть средство измерений, не содержащие меру (равноплечие рычажные весы);

3. - естественная биологическая система: органы чувств человека (зрение, слух, обоняние, вкус);

4.- компарирующие факторы (среды, устройства, процессы, явления), от которых требуется лишь стабильность во времени и однородность в объеме – гравитационное поле Земли при сличении мер массы и силы, температурное поле термостата для сравнения показаний термометров.

Калибр (от лат. qua libra — сколько с фунта. Сколько пуль можно сделать из 1 фунта свинца) по старой традиции, измеряется числом круглых пуль, которые можно изготовить из одного английского фунта (453,6 г) чистого свинца и измеряется в 220 мм от казенного среза ствола.

Кали́бр — диаметр канала ствола по нарезам или полям; одна из основных величин, определяющих мощность огнестрельного оружия.

Калибром называется диаметр канала ствола, а также диаметр пули.

Калибр — бесшкальный инструмент, предназначенный для контроля размеров, формы и взаимного расположения поверхностей детали при их изготовлении.

Калибрами называются бесшкальные контрольные инструмен­ты, предназначенные для ограничения отклонений размеров, формы и взаимного расположения поверхностей изделий. Кон­троль калибрами не позволяет определить действительных отклонений размеров изделия, но позволяет установить — находятся или нет отклонения размеров изделия в заданных пределах.

Следует отметить, что долгое время калибры очень широко применялись на машиностроительных заводах, потому что не было других измерительных инструментов, пригодных для быстрого контроля в цеховых условиях. Была разработана конструкция калибров и нормативные документы

Независимо от типа и назначения калиб­ров к ним предъявляются следующие основные требования.

1. Точность изготовления. Рабочие размеры калибра должны быть выполнены в соответствии с допусками на его изготовление.

1. Высокая жесткость при малом весе. Жесткость необходи­ма для уменьшения погрешностей от деформаций калибров (особенно скоб больших размеров) при измерении. Малый вес требуется для повышения чувствительности контроля и облегче­ния работы контролера при проверке средних и больших размеров.-
2. Износоустойчивость. Для снижения расходов на изготов­ление и периодическую проверку калибров необходимо прини­мать меры к повышению их износоустойчивости. Измерительные поверхности калибров выполняют из легированной стали, закаливают до высокой твердости и покрывают износостойким покрытием (например, хромируют). Выпускают также калибры небольших размеров, изготовленные из твердого сплава.
3. Производительность контроля обеспечивается рациональ­ной конструкцией калибров; по возможности следует применять односторонние предельные калибры.
4. Стабильность рабочих размеров достигается соответствую­щей термообработкой (искусственным старением).
5. Устойчивость против коррозии, необходимая для обеспече­ния сохранности калибров, достигается применением антикорро­зионных покрытий и выбора материалов, мало подверженных коррозии.

Различают: регулируемые, нерегулируемые, непроходные, рабочие, приемные и другие

Проходной калибр - калибр, выполненный по наименьшему предельному размеру отверстия

Непроходной калибр – калибр, выполненный по наибольшему предельному размеру отверстия

Предельный калибр с геометрическими параметрами контролируемого изделия, соответствующими минимально допустимому количеству материала изделия.

Нормальный калибр - калибр, воспроизводящий номинальный размер контролируемого изделия.

К калибрам относятся:

Измерительное лекало – шаблон: - предназначенный для контроля или разметки криволинейных контуров изделий; - представляющий собой стальную пластинку с рабочей кромкой, очерченной по обратному профилю изделия.

Калибр-пробка - калибр, предназначенный для контроля отверстий

Калибр-скоба – калибр, предназначенный для измерения валов

Измерительный преобразователь– техническое средство с нормированными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи. Примеры измерительных преобразователей – термопара, микрометрическая пара винт-гайка, пружина динамометра, расходомер.

1. « Термопара». Термоэлектрический эффект

В технике широко известен эффект возникновения термоЭДС в спаянных проводниках, контакты (места спаев) между которыми поддерживаются при различных температурах (эффект Зеебека). В том случае, когда через цепь двух разнородных материалов пропускается постоянный ток, один из спаев начинает нагреваться, а другой — охлаждаться. Это явление носит название термоэлектрического эффекта или эффекта Пельтье.

2. «Винтовая пара винт гайка»

Микрометр относится к классу микрометрических измерительных инструментов, принцип действия которых основан на использовании винтовой пары винт гайка, позволяющей преобразовать вращательное движение микровинта в поступательное стебля.

Измеряемая деталь охватывается измерительными поверхностями микровинта и пятки. Барабан присоединен к микровинту установочным колпачком Результат получают суммированием отсчетов по шкале стебля и отсчета по шкале барабана.
3.Динамо́ме́тр(от греч δύναμις — «сила» и μέτρεω — «измеряю») —прибор для измерения силы или момента силы, состоит из силового звена (упругого элемента) и отсчетного устройства.

4. Расход вещества измеряется с помощью расходомеров. Расходомер в технике, прибор для измерения расхода — объёма или массы среды, протекающей через прибор в единицу времени.

Используется для контроля и учёта жидкости, пара или газа при их производстве, отпуске, потреблении и хранении, а также служит для регулирования технологических и теплоэнергетических процессов в автоматических системах контроля и регулирования.

( расходомер для нефтепродуктов: бензин, дизельное топливо)

Массовый расход может быть вычислен через плотность вещества, площадь сечения потока и среднюю скорость потока в этом сечении:

, где:

— массовый расход;

ρ — плотность вещества;

V — средняя скорость потока;

S — площадь сечения потока.

Измеряется в единицах массы за единицу времени, в системе единиц СИ выражается в килограммах за секунду (кг/с).

Одним из наиболее распространенных средств измерений расхода жидкостей и газов (паров), протекающих по трубопроводам, являются расходомеры переменного перепада давления, состоящие из стандартного сужающего устройства, дифманометра, приборов для измерения параметров среды и соединительных линий.

Сужающее устройство расходомера является первичным измерительным преобразователем расхода, в котором в результате сужения сечения потока измеряемой среды (жидкости, газа, пара) образуется перепад (разность) давления, зависящий от расхода.

В качестве стандартных (нормализованных) сужающих устройств применяются измерительные диафрагмы, сопла, сопла Вентури и трубы Вентури.

Диафрагма- тонкий диск с отверстием круглого сечения, центр которого лежит на оси трубопровода (используются в трубах от 50 мм до 2 м).

Достоинствами диафрагм являются: простота изготовления, дешевизна изготовления, простота проверки конструкции.

Недостатками являются: малый срок службы, большая остаточная потеря давления( ).

Измерительный прибор (прибор) – средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Измерительный прибор предназначен для получения измерительной информации от измеряемой физической величины, ее преобразования и выдачи в форме, поддающейся непосредственному восприятию оператором.

Прибор включает в себя один или несколько измерительных преобразователей и присоединенное к ним устройство отображения измерительной информации типа шкала-указатель, указатель-диаграммная бумага, числовое табло.

Существует…

…основное средство измерений – средство измерений той физической величины, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей

…вспомогательное средство измерений – средство измерений той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерений необходимо учитывать для получения результатов измерений требуемой точности.

Примером вспомогательного средства измерений является термометр для измерения температуры газа в процессе измерений объемного расхода этого газа.

Приборы различаются по следующим признакам:

1. По виду показаний измерительные приборы делятся на анало­говые (непрерывные) и на цифровые (дискретные)

В аналоговом измерительном приборе показания являются непрерывной функ­цией изменений измеряемой величины

Отсчетные устройства которых состоят из двух элементов: шкалы, обычно соединенной с корпусом, и указателя, связанного с подвижной системой прибора.

В цифровом измерительном . приборе автоматически вырабатываются дискретные (прерыви­стые) сигналы измерительной информации, а показания представ­лены в цифровой форме Отсчет осуществляется с помощью механических, электронных или других отсчетных устройств, а выходная информация представляется в цифровом виде.

2. По точности измерения приборы разделяются по классам, обозначаемым цифрами: 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,4; 0,5; 0,6; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 4,0.