Средства измерения, их классификация.

Средством измерений (СИ) называют техническое средство (или их комплекс), используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики.

Данное определение раскрывает метрологическую сущность СИ, заключающуюся, во-первых, в «умении» хранить (или воспроизводить) единицу физической величины и, во-вторых, в неизменности размера хранимой единицы.

СИ можно классифицировать по двум признакам:

1) конструктивное исполнение; 2) метрологическое назначение.

По конструктивному исполнению СИ подразделяют на меры, измерительные преобразователи; измерительные приборы; измерительные установки, измерительные системы.

Меры величины — СИ, предназначенные для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров. Различают меры: однозначные (гиря 1кг, калибр); многозначные (масштабная линейка); наборы мер (набор гирь, набор калибров). Набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство, называется магазином мер. Сравнение с мерой выполняют с помощью специальных технических средств — компараторов (рычажные весы, измерительный мост и т.д.).

Измерительные преобразователи (ИП) — СИ, служащие для преобразования измеряемой величины в другую величину или сигнал измерительной информации, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований. По характеру преобразования различают аналоговые (АП), цифроаналоговые (ЦАП), аналого-цифровые (АЦП) преобразователи. По месту в измерительной цепи различают первичные (ИП, на который непосредственно воздействует измеряемая величина) и промежуточные (ИП, занимающий место в измерительной цепи после первичного ИП) преобразователи.

Измерительный прибор — СИ, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Прибор, как правило, содержит устройство для преобразований измеряемой величины и её индикации в форме, наиболее доступной для восприятия. В случае сопряжения прибора с мини-ЭВМ отчет может производиться с помощью дисплея.

По степени индикации измеряемой величины измерительные приборы подразделяют на показывающие и регистрирующие. Показывающий прибор допускает только отсчитывание показаний измеряемой величины (микрометр, манометр и др.). В регистрирующем приборе предусмотрена регистрация показаний — в форме диаграммы путем печатания показаний (телеграф, разрывная машина с пишущим элементом и др.).

Все измерительные приборы могут быть разделены в основном на следующие группы:

§ штриховые инструменты (штангенциркуль);

§ микрометрические инструменты (микрометр);

§ рычажно-механические (индикаторы);

§ оптические приборы (нивелиры, дальномеры);

§ интерференционные приборы (интерферометр);

§ измерительные приборы (УИМ — универсальный измерительный микроскоп);

§ пневматические приборы (манометры);

§ электрические приборы (амперметры);

Измерительная установка — совокупность функционально объединённых мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенных для измерений одной или нескольких физических величин и расположенных в одном месте. Измерительную установку, предназначенную для испытаний каких-либо изделий, называют испытательным стендом.

Измерительная система — совокупность функционально объединённых мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого пространства с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому пространству. Например, радионавигационная система для определения местонахождения судов.

К современной измерительной технике относятся: автоматизированная измерительная система (АИС); информационно-измерительная система (ИИС); измерительно-вычислительный комплекс (ИВК). Типичная ИИС содержит в своем составе ЭВМ и обеспечивает сбор, обработку и хранение информации, поступающей от датчиков, характеризующих состояние объекта или процесса.

По метрологическому назначению все СИ подразделяются на два вида — рабочие СИ и эталоны.

Рабочие СИ (РСИ) предназначены для проведения технических измерений. По условиям применения они могут быть:

§ лабораторными, используемыми при научных исследованиях, медицинских измерениях и пр.;

§ производственными, используемыми для контроля характеристик технологических процессов, контроля качества готовой продукции и пр.;

§ полевыми, работающими в условиях постоянно изменяющихся в широких пределах внешних воздействий.

К каждому виду РСИ предъявляются специфические требования: к лабораторным — повышенная точность, чувствительность и стабильность; к производственным — повышенная стойкость к ударно- вибрационным нагрузкам, высоким и низким температурам, влажности, пыли.

Особым средством измерений является эталон. Эталоны являются высокоточными СИ, а поэтому используются для проведения метрологических измерений в качестве средств передачи информации о размере единицы и предназначены для обеспечения единства измерений.

Под эталоном единицы физической величины понимается СИ (или комплекс СИ), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме СИ и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке. Общие требования к эталонам изложены в ГОСТ 8.057-80 «ГСИ. Эталоны единиц физических величин. Основные положения.»

Эталоны должны обладать, по крайней мере, тремя существенными признаками — неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью.

Неизменность — свойство эталона удерживать неизменным размер воспроизводимости и единицы ФВ в течение длительного интервала времени.

Воспроизводимость — возможность воспроизведения единицы физической величины с наименьшей погрешностью для достигнутого уровня развития техники измерений.

Сличаемость — возможность обеспечения сличения с эталоном других СИ, нижестоящих по поверочной схеме, с наибольшей точностью для достигнутого уровня развития техники измерений.

Различают следующие виды эталонов:

§ первичный — обеспечивает воспроизведение единицы с наивысшей в стране точностью; первичные эталоны, признанные решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории государства, называются государственными. Примером первичного эталона является комплекс СИ для воспроизведения килограмма с помощью платиноиридиевого прототипа и эталонных весов;

§ вторичный — эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы. Среди вторичных эталонов различают: эталоны сравнения, применяемые для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличимы друг с другом, и эталоны-копии, используемые для передачи информации о размере единицы рабочим эталонам;

§ рабочий — эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим СИ. При необходимости рабочие эталоны подразделяются на разряды — 1-й, 2-й, … , n-й;

§ исходный — эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами (в данной лаборатории, организации, предприятии), от которого передают размер единицы подчиненным эталонам и имеющимся СИ. Исходным эталоном в стране служит первичный эталон; исходным эталоном для республики, региона или предприятия может быть вторичный или рабочий эталон.

Кроме национальных эталонов, признанных официальным решением в качестве исходного для одной страны, существуют международные эталоны, которые принимаются по международному соглашению. В качестве примера международного эталона можно привести прототип килограмма, хранимый в Международном бюро мер и весов (МБМВ).

Размер единицы передается «сверху вниз» от более точных СИ к менее точным в соответствии с установленным поверочной схемой числом ступеней передачи: первичный эталон — вторичный эталон — рабочий эталон 1-го разряда — рабочий эталон 2-го разряда … — рабочее средство измерений.

Эталонная база России — это совокупность государственных первичных и вторичных эталонов, а также исходных для страны установок высшей точности для воспроизведения единиц физических величин.

Основу эталонной базы России составляют государственные первичные эталоны основных единиц — метра, килограмма, секунды, ампера, кельвина, канделы. Современная эталонная база России имеет в своем составе 118 государственных эталонов, 76 установок высшей точности и более 300 вторичных эталонов, обеспечивающих единство и требуемую точность. Она адаптирована в европейскую и международную систему обеспечения единства измерений.