Средства измерения, меры, измерительные приборы, установки и системы.

Средство измерения (СИ)- это техническое средство или совокупность средств, применяющееся для осуществления измерений и обладающее нормированными метрологическими характеристиками. При помощи средств измерения физическая величина может быть не только обнаружена, но и измерена.

Средства измерения классифицируются по следующим критериям:

1) по способам конструктивной реализации;

2) по метрологическому предназначению.

По способам конструктивной реализации средства измерения делятся на:

1) меры величины;

2) измерительные преобразователи;

3) измерительные приборы;

4) измерительные установки;

5) измерительные системы.

Меры величины - это средства измерения определенного фиксированного размера, многократно используемые для измерения.

Выделяют:

1) однозначные меры;

2) многозначные меры;

3) наборы мер.

Измерительный прибор - это средство измерения, посредством которого получается значение физической величины, принадлежащее фиксированному диапазону. В конструкции прибора обычно присутствует устройство, преобразующее измеряемую величину с ее индикациями в оптимально удобную для понимания форму. Для вывода измерительной информации в конструкции прибора используется, например, шкала со стрелкой или цифроуказатель, посредством которых и осуществляется регистрация значения измеряемой величины. В некоторых случаях измерительный прибор синхронизируют с компьютером, и тогда вывод измерительной информации производится на дисплей.

В соответствии с методом определения значения измеряемой величины выделяют:

1) измерительные приборы прямого действия;

2) измерительные приборы сравнения.

Измерительные приборы прямого действия - это приборы, посредством которых можно получить значение измеряемой величины непосредственно на отсчетном устройстве.

Измерительный прибор сравнения - это прибор, посредством которого значение измеряемой величины получается при помощи сравнения с известной величиной, соответствующей ее мере.

Измерительные приборы могут осуществлять индикацию измеряемой величины по-разному. Выделяют:

1) показывающие измерительные приборы;

2) регистрирующие измерительные приборы.

Разница между ними в том, что с помощью показывающего измерительного прибора можно только считывать значения измеряемой величины, а конструкция регистрирующего измерительного прибора позволяет еще и фиксировать результаты измерения, например, посредством диаграммы или нанесения на какой-либо носитель информации.

Измерительная установка- это средство измерения, представляющее собой комплекс мер, ИП, измерительных приборов и прочее, выполняющих схожие функции, используемые для измерения фиксированного количества физических величин и собранные в одном месте. В случае, если измерительная установка используется для испытаний изделий, она является испытательным стендом.

Измерительная система- это средство измерения, представляющее собой объединение мер, ИП, измерительных приборов и прочее, выполняющих схожие функции, находящихся в разных частях определенного пространства и предназначенных для измерения определенного числа физических величин в данном пространстве.

39. Технические характеристики средств измерения: погрешность, точность, стабильность, чувствительность, диапазон измерений.

Погрешность средства измерений – разность между показанием средства измерений и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины. Погрешность может быть систематической, случайной, абсолютной, относительной, приведенной, основной, дополнительной, систематической, динамической.

Точность средства измерений – характеристика качества средства измерений, отражающая близость его погрешности к нулю.
Примечание. Считается, что чем меньше погрешность, тем точнее средство измерений.

Стабильность средства измерений – качественная характеристика средства измерений, отражающая неизменность во времени его метрологических характеристик.
Примечание. В качестве количественной оценки стабильности служит нестабильность средства измерений.

Чувствительность измерительного прибора - отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины. Для шкальных измерительных приборов абсолютная чувствительность численно равна передаточному отношению и с изменением цены деления шкалы чувствительность прибора остаётся неизменной. Однако на разных участках шкалы чувствительность может быть разной. Понятие чувствительности может определяться передаточной функцией, как функцией отношения сигналов на входе и на выходе преобразователя, В зависимости от вида функции чувствительность может быть либо постоянной величиной, либо величиной, зависящей от этой функции. Если функция линейная, то прибор имеет линейную шкалу, в противном случае - нелинейную. Линейность шкалы зависит не только от характеристик преобразователя, но и от выбора единиц физических величин.

Диапазон измерений - область значений измеряемой величины с нормированными допускаемыми погрешностями средства измерений.

Больше метрологии по ссылкам ниже, в т.ч. по видам погрешности:

http://www.vniims.ru/inst/termin/pogreshnostsi.html

http://micromake.ru/old/msisbook/msismetrol5c.htm

40. Классы точности измерительных приборов. Проверка приборов на точность, организация проверки.

Неотъемлемой частью экспериментальных исследований являются средства измерений, т.е. совокупность технических средств (имеющих нормированные погрешности), которые дают необходимую информацию для эксперимента.

В настоящее время приборостроением выпускается большое количество средств измерений и наблюдений.

Среди них можно выделить такие основные группы приборов для измерения показателей: физических, механических, химических свойств, а также структуры материала и изделия.

Наряду с этим можно выделить средства измерения, позволяющие непосредственно определить испытуемый показатель (например, пресс для определения прочности материалов), и измерения, которые дают возможность косвенно судить об исследуемом показателе (ультразвуковые дефектоскопы, что позволяют оценить прочность материала по скорости прохождения ультразвука).

К средствам измерений относят измерительный инструмент, измерительные приборы и установки.

Класс точности измерительного прибора - это обобщенная характеристика, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами, влияющими на точность, значения которых установлены в стандартах на отдельные виды средств измерений. Класс точности средств измерений характеризует их свойства в отношении точности, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых при помощи этих средств.

Для того чтобы заранее оценить погрешность, которую внесет данное средство измерений в результат, пользуются нормированными значениями погрешности. Под ними понимают предельные для данного типа средства измерений погрешности.

Погрешности отдельных измерительных приборов данного типа могут быть различными, иметь отличающиеся друг от друга систематические и случайные составляющие, но в целом погрешность данного измерительного прибора не должна превосходить нормированного значения. Границы основной погрешности и коэффициентов влияния заносят в паспорт каждого измерительного прибора.

Основные способы нормирования допускаемых погрешностей и обозначения классов точности средств измерений установлены ГОСТ.

Пределы допускаемых основной и дополнительных погрешностей могут быть выражены в форме абсолютной, относительной или приведенной погрешностей. Это зависит от характера изменения погрешностей средства измерений в пределах диапазона измерений и условий его применения и назначения.

Пределы допускаемой абсолютной основной погрешности определяются в виде

(1)

или

(2)

где Dx – пределы допускаемой абсолютной основной погрешности, выраженной в единицах измеряемой величины на входе (выходе) или условно в делениях шкалы;

х – значение измеряемой величины на входе (выходе) средств измерений или число делений, отсчитанных по шкале;

а, b – положительные числа, не зависящие от х.

Пределы допускаемой относительной основной погрешности определяются по формуле

, (3)

если Dx определяется по выражению (1)

или по формуле

, (4)

если Dx определяется по выражению (2). В формулах (3) и (4) δ – пределы допускаемой относительной основной погрешности выражаются в %;

q – положительное число, выбираемое из ряда: 1·10n; 1,5·10n; (1,6·10n); 2·10n; 2,5·10n; (3·10n); 4·10n; 5·10n; 6·10n; (n= 1; 0; -1; -2; и т.д.);

x – значение измеряемой величины на входе (выходе) средств измерений или числа делений, отсчитанных по шкале;

x_k – больший (по модулю) из пределов измерений;

с,d – положительные числа, выбираемые из ряда: 1·10n; 1,5·10n; (1,6·10n); 2·10n; 2,5·10n; (3·10n); 4·10n; 5·10n; 6·10n; (n= 1; 0; -1; -2; и т. д.).

Пределы допускаемой приведенной основной погрешности определяют по формуле

(5)

где γ – пределы допускаемой приведенной основной погрешности, %;

Dx – пределы допускаемой абсолютной основной погрешности, устанавливаемые по формуле (4);

x_N – нормирующее значение, выраженное в тех же единицах, что и Dx;

р — отвлеченное положительное число, выбираемое из ряда: 1·10n; 1,5·10n; (1,6·10n); 2·10n; 2,5·10n; (3·10n); 4·10n; 5·10n; 6·10n; (n= 1; 0; -1; -2; и т. д.).

Числа с, d, q и р определяют значение класса точности измерительного средства измерений.

Классы точности средств измерений обозначаются условными знаками (буквами латинского алфавита, цифрами). Для средств измерений, пределы допускаемой основной погрешности которых выражают в форме приведенной погрешности или относительной погрешности, классы точности обозначаются числами, равными этим пределам, выраженным в процентах.

Чтобы отличить относительную погрешность от приведенной, обозначение класса точности в виде относительной погрешности обводят кружком, например . Значение приведенной погрешности кружком не обводят, например 2,5.

Если погрешность нормирована в процентах от длины шкалы, то под обозначением класса ставится знак Ú.

Если погрешность нормирована в соответствии формулой (5), то класс точности обозначается как c/d, например 0,02/0,01.