Средства измерений и их метрологические характеристики
Средство измерений – это техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и/или хранящее единицу физической величины.
Все средства измерения можно разделить на шесть основных видов: меры; измерительные преобразователи; измерительные приборы; измерительные установки; измерительные системы и измерительные принадлежности.
Меры – средства измерений предназначенные для воспроизведения и(или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров
Различают однозначные меры (гиря заданной массы, конденсатор постоянной емкости и т.п.); многозначные меры (масштабная линейка, конденсатор переменной емкости) и наборы мер (набор плоскопараллельных концевых мер длины, набор гирь и т.д.).
Набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство, в котором имеются приспособления для их соединения в различных комбинациях, называется магазин мер.
Сравнение измеряемой величины с величиной воспроизводимой мерой в процессе измерения осуществляют с помощью специальных приспособлений – компараторов.
Измерительные преобразователи – средства измерений, служащие для преобразования измеряемой величины в другую однородную или неоднородную величину с целью представления измеряемой величины в форме, удобной для обработки, хранения, дальнейшего преобразования и передачи, но не доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.
По характеру преобразования различают аналоговые, цифровые и аналогово-цифровые преобразователи.
По месту в измерительной цепи различают первичные и промежуточные измерительные преобразователи.
Измерительные приборы – средства измерений предназначенные для получения измерительной информации об измеряемой величине в форме, удобной для восприятия наблюдателя.
По способу отсчета значений измеряемых величин приборы подразделяются на показывающие (в том числе аналоговые и цифровые) и регистрирующие.
Наибольшее распространение получили аналоговые приборы, отсчетные устройства которых состоят из двух элементов – шкалы и указателя, один из которых связан с подвижной системой прибора, а другой с корпусом. В цифровых приборах отсчёт осуществляется с помощью механических, электронных или других цифровых отсчетных устройств.
В свою очередь регистрирующие приборы делятся на самопищущие и печатающие. В самопишущих приборах (например, барографе) запись показаний представляет собой график или диаграмму. В печатающих приборах информация о значении измеряемой величины выдается в числовой форме на бумажной ленте.
Измерительные принадлежности (вспомогательные средства измерений) – средства, служащие для обеспечения операций измерений, передачи измерительной информации, обработки результатов измерений и т.д. и влияющие на метрологические свойства другого средства измерений.
Измерительная установка – совокупность функционально объединённых мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и вспомогательных устройств, предназначенных для измерения одной или нескольких физических величин и расположенных в одном месте.
Измерительная система – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, размещённых в разных точках контролируемого пространства с целью измерений одной или нескольких физических величин.
По метрологическому назначению все средства измерений делятся на рабочие и эталоны.
Рабочие средства измерений – средства измерений предназначенные для проведения технических измерений.
По условиям применения рабочие средства измерений подразделяются на:
лабораторные – используются при научных исследованиях, медицинских измерениях и т.д.;
производственные – используются для контроля характеристик технологических процессов, контроля качества и т.д.;
полевые – используются при эксплуатации различных технических устройств (самолеты, автомобили и т.д.).
Эталоны – средства, предназначенные для хранения и воспроизведения единиц физических величин и передачи информации об их размере другим средствам измерения.
Различают первичные, международные, государственные, специальные, вторичные и рабочие эталоны, а также эталоны сравнения, эталоны-копии, эталоны-свидетели и эталоны сравнения. Подробно о различных эталонах и их назначении ознакомится самостоятельно.
Все средства измерений обладают метрологическими характеристиками.
Метрологические характеристики средства измерений – технические характеристики, влияющие на результат измерения и его погрешность.
Номенклатура метрологических характеристик средств измерений установлена ГОСТ 8.009 – 84 «ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений», в соответствии с которым к основным метрологическим характеристикам относятся:
Диапазон измерений – область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерений.
Предел измерения – наибольшее или наименьшее значение диапазона измерения. Для мер под пределом измерения понимают номинальное значение воспроизводимой величины.
Цена деления шкалы – разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы.
Измерительное усилие – сила, с которой измерительный прибор воздействует на поверхность объекта измерений.
Чувствительность – отношение изменения сигнала на выходе средства измерения к вызвавшему его изменению сигнала на входе
где
– изменение сигнала на выходе средства
измерений;
– изменение сигнала на входе средства
измерений.
Для
равномерных шкал
,
а для неравномерных –
.
Величину, обратную чувствительности, называют постоянной прибора
Порог чувствительности – наименьшее значение измеряемой величины, вызывающее заметное изменение выходного сигнала
Погрешность средства измерений – разность между показаниями средства измерений и истинным (действительным) значением физической величины.
Погрешности средств измерений в зависимости от внешних условий (значений внешних влияющих величин) делят на основные и дополнительные.
Основная погрешность – погрешность средства измерений в нормальных условиях. В качестве нормальных условий измерений приняты:
температура
окружающего воздуха
;
атмосферное
давление
(
);
относительная
влажность воздуха
при
;
напряжение
сети переменного тока
с частотой
;
отсутствие электрических и магнитных полей (наводок).
Дополнительная погрешность – погрешность средства измерений, обусловленная возможным отличием рабочих условий измерений от нормальных.
Обобщенной метрологической характеристикой средств измерений является класс точности – характеристика, определяемая пределами допускаемых погрешностей, а также другими свойствами средства измерений, влияющими на точность измерений.