Metrologia (1)

Метрология – это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения единства измерений и методах и средствах обеспечения их требуемой точности. Измерение – это процесс приема и преобразования информации об измеряемой величине для получения количественного результата ее сравнения с единицей измерения в форме наиболее удобной для использования. Точность измерений – это качество измерений, отражающее близость их результатов к значению измеряемой величины. Погрешность измерения – это отклонение результата измерения от значения измеряемой величины. Измеряемая величина – эта величина подлежащая измерению, измеряемая или измеренная в соответствии с основной целью измерительной задачи. Измерительная техника – это обобщающее понятие, охватывающее технические средства, специально предназначенные для измерений. Единство измерений – это такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешность измерений известна с заданной точностью. Физическая величина, представляющая собой общее свойство в отношении качества большого количества физических объектов, но индивидуальное для каждого в смысле количественного выражения; Погрешность измерений, представляющую собой незначительное различие между истинными значениями физической величины и значениями, полученными в результате измерения; (абсолютная погрешность; относительна погрешность; приведенная погрешность; основная погрешность; дополнительная погрешность; систематическая погрешность; случайная погрешность; инструментальная погрешность; методическая погрешность; личная погрешность; статическая погрешность; динамическая погрешность)	2 Метрологические службы Метрологическая служба – это совокупность субъектов (организаций) и видов работ, направленных на обеспечение единства измерений. Государственная метрологическая служба находится в ведении Госстандарта и включает в себя: государственные научные метрологические центры (НИИ); органы ГМС на территории республик в составе России, автономной области, автономных округов, краев и областей, городов Москвы и С.Петербурга. Госстандарт России осуществляет руководство: государственной службой времени и частоты и определения параметров вращения Земли (ГСВЧ); государственной службой стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов (ГСССД); государственной службой стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов (ГССО). Государственные научные метрологические центры занимаются:созданием, совершенствованием, хранением и применением государственных эталонов единиц величин, а также разработкой НТД по обеспечению единства измерений. Органы ГМС осуществляют государственный метрологический контроль и надзор на соответствующих территориях. ГСВЧ производит межрегиональную и межотраслевую координацию работ по обеспечению единства измерений времени и частоты. ГСССД осуществляет координацию работ по разработке и внедрению стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов в науке и технике. ГССО производит межрегиональную и межотраслевую координацию работ по разработке и внедрению стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов. Метрологические службы государственных органов управления и юридических лиц создаются для выполнения работ по обеспечению единства измерений и требуемой точности измерений Метрологический контроль Осуществление метрологического контроля в сфере законодательной метрологии является одной из основных задач государственной метрологической службы. В соответствии с Законом РФ "Об обеспечении единства измерений" государственные органы управления РФ, а также предприятия, организации, учреждения, являющиеся юридическими лицами, создают в необходимых случаях в установленном порядке метрологические службы (МС) для выполнения работ по обеспечению единства и требуемой точности измерений и для осуществления метрологического контроля и надзора. Метрологический контроль включает в себя: Утверждение типа средств измерений, Метрологическую аттестацию средств измерений, Поверку, Калибровку, Метрологическое подтверждение пригодности методик выполнения измерений Утверждение типа средства измерений – решение, выносимое органом государственной метрологической службы, свидетельствующее о соответствии средств измерений установленным требованиям и о пригодности его применения в сферах распространения государственного метрологического контроля и надзора. Порядок проведения испытаний средств измерений и стандартных образцов установлен в правилах по метрологии ПР 50.2.104-09 и включает в себя: испытания средств измерений для целей утверждения их типа; принятие решения об утверждении типа, его государственную регистрацию и выдачу сертификата об утверждении типа; испытания средств измерений на соответствие утвержденному типу при контроле соответствия средств измерений утвержденному типу; признание утверждения типа или результатов испытаний типа средств измерений, проведенных компетентными организациями зарубежных стран; информационное обслуживание потребителей измерительной техники. Утверждение типа средств измерений удостоверяется свидетельством об утверждении типа средств измерений Средства измерений, выпущенные после окончания действия свидетельства об утверждении типа, являются СИ неутвержденного типа и не могут применяться в сферах ГМКиН. Средства измерений, выпущенные в период действия свидетельства об утверждении типа, могут применяться в сферах ГМКиН и по окончании его срока действия без каких либо ограничений.
Поверка амперметров и вольтметров Для поверки А и V класса точности 1 и выше исп. метод сличения. Для поверки амперметра и вольтметра собирают схемы. Одновременно включая в цепь поверяемый и эталонный прибор Поверку технических приборов производят путем сравнения их показаний с показаниями образцовых приборов. Регулировку тока или напряжения следует вести так, чтобы показания поверяемого прибора сначала постепенно увеличивались до номинального, а затем плавно уменьшались до нуля. При этом стрелку поверяемого прибора необходимо точно устанавливать на основные деления шкалы и производить запись показаний обеих приборов (поверяемого и образцового). Класс точности прибора определяют приведенной погрешностью, которая представляет отношение модуля абсолютной погрешности | ∆А | к наибольшему значению шкалы прибора Ан Если хотя бы в одном случае y>k то прибор классу точности не соответствует	Средства измерения Виды средств измерений. Средство измерений (СрИзм) - это техническое средство (или комплекс средств), используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики. Это: меры, калибры и универсальные средства измерения, к которым относятся измерительные приборы, контрольно—измерительные приборы (КИП), и системы. 1. Мера представляет собой такое средство измерений, которое предназначается для воспроизведения физической величины положенного размера. К мерам относятся плоскопараллельные меры длины (плитка) и угловые меры. 2. Калибры представляют собой некие устройства, предназначение которых заключается в использовании для контролирования и поиска в нужных границах размеров, взаиморасположения поверхностей и формы деталей. Как правило, они подразделяются на: гладкие предельные калибры (скобы и пробки), а также резьбовые калибры, к которым относятся резьбовые кольца или скобы, резьбовые пробки и т. п. 3. Измерительный прибор, представленный в виде устройства, вырабатывающего сигнал измерительной информации в форме, понятной для восприятия наблюдателей. 4. Измерительная система, понимаемая как некая совокупность средств измерений и неких вспомогательных устройств, которые соединяются между собой каналами связи. 5. Универсальные средства измерения, предназначение которых находится в использовании для определения действительных размеров. По метрологическому назначению СрИзм делят на два вида – рабочие средства измерений и эталоны. Рабочие средства измерений применяют для определения параметров (характеристик)  технических устройств, технологических процессов, окружающей среды и др. Эталон – это высокоточная мера, предназначенная для воспроизведения и хранения единицы величины с целью передачи её размера другим средствам измерений. Первичный эталон ,Вторичные эталоны ,Рабочие эталоны
Методы измерения. Метод измерения - совокупность приемов использования принципов и средств измерений. Делятся на прямые измерения, относительные, косвенные измерения. Прямые методы: 1) метод непосредственной оценки, представляющий собой такой метод, при котором значение величины определяют по отсчетному устройству измерительного прибора; 2) метод сравнения с мерой, под которым понимается метод, при котором данную величину возможно сравнить с величиной, воспроизводимой мерой; 3) метод дополнения, под которым обычно подразумевается метод, когда значение полученной величины дополняется мерой этой же величины с тем, чтобы на используемый прибор для сравнения действовала их сумма, равная заранее заданному значению; 4) дифференциальный метод, который характеризуется измерением разности между данной величиной и известной величиной, воспроизводимой мерой. Метод дает результат с достаточно высоким показателем точности при применении грубых средств измерения; 5) нулевой метод, который, по сути, аналогичен дифференциальному, но разность между данной величиной и мерой сводится к нулю. Причем нулевой метод обладает определенным преимуществом, поскольку мера может быть во много раз меньше измеряемой величины; 6) метод замещения, представляющий собой сравнительный метод с мерой, в которой измеряемую величину заменяют известной величиной, которая воспроизводится мерой. Нестандартизованные методы: 1) метод противопоставления, подразумевающий под собой такой метод, при котором данная величина, а также величина, воспроизводимая мерой, в одно и то же время действуют на прибор сравнения; 2) метод совпадений, характеризующийся как метод, при котором разность между сравниваемыми величинами измеряют, используя совпадение меток на шкалах или периодических сигналов. Методики выполнения измерений содержат следующие структурные элементы и разделы:наименование; область применения; нормативные сылки; определения; обозначения и сокращения; требования к погрешности измерений или приписанные характеристики погрешности измерений; средства измерения и вспомогательные устройства; методы измерений; требования безопасности, охраны окружающей среды; требования к квалификации ператоров; условия измерений; подготовка к выполнению измерений; выполнение измерений; обработка результатов измерений; контроль точности результатов измерений; приложения. Порядок разработки и аттестации методик выполнения измерений определяет Ростехрегулирование. Аттестацию методик в сферах распространения государственного метрологического контроля и надзора осуществляют ГНМЦ, территориальные органы Государственной метрологической службы и другие организации, аккредитованные на право проведения аттестации. Аттестацию методик, применяемых вне сфер распространения государственного метрологического контроля и надзора, предприятия проводят в установленном ими порядке.	Погрешности измерения - -отклонение результата измерения от истинного значения физической величины Классификация -по источнику возникновения(погрешность метода, инструмента, оператора) - от условий проведения измерения (основная и дополнительная) -по характеру проявления (систематическая, случайная и грубая) -от временного характера измеряемой величины (статическая и динамическая) -по способу выражения (абсолютная, относительная, приведенная) Инструментальная погрешность (погрешность инструмента) обуславливается погрешностью примененных средств измерений.. Субъективная погрешность обуславливается несовершенством органов чувств оператора. Основная погрешность - погрешность, возникающая в нормальных условиях применения средства измерения, которые нормируются и указываются в стандартах или технических условиях. Дополнительная погрешность обуславливается отклонением одной или нескольких влияющих величин от нормального значения. Систематическая погрешность - постоянная или закономерно изменяющаяся погрешность при повторных измерениях одной и той же величины в одинаковых условиях измерения. Случайная погрешность - погрешность измерения, характер изменения которой при повторных измерениях одной и той же величины в одинаковых условиях случайный. Грубая погрешность (промах) - погрешность измерения, которая существенно превышает ожидаемую в данных измерениях. Статическая погрешность - погрешность при измерении постоянной по времени величины Динамическая погрешность - погрешность измерения изменяющейся во времени величины. Например, погрешность измерения коммутируемого напряжения постоянного тока, обусловленная переходными процессами при коммутации, а также ограниченным быстродействием измерительного прибора. Абсолютная погрешность измерения - разность между результатом измерения Х и истинным значением Хo измеряемой величины: Абсолютная погрешность выражается в единицах измеряемой величины. Относительная погрешность измерения - отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины Хo: Приведенная погрешность измерения - это отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению Хn: Нормирующее значение Хn- это установленное значение ширины диапазона или определенное значение, к которому относится выражение значения характеристики.
Класс точности Класс точности средства измерений - это его обобщенная характеристика, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющими на точность, значения которых устанавливаются 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 с помощью этих средств. Расшифровка обозначений классов точности на средствах измерений - по приведенной погрешности, - обозначение по относительной погрешности - обозначение класса точности прибора (только аналогового омметра), численно равное пределу основной приведенной погрешности, которая определена, как выраженное в процентах отношение длины участка шкалы l [мм], соответствующего максимальной	Измерительные приборы 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. В соответствии с методом определения значения измеряемой величины выделяют: 1) измерительные приборы прямого действия; 2) измерительные приборы сравнения. Также выделяют приборы по типу выводимой информации : аналоговые (стрелочные, индикаторные) и цифровые 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. Отсчетное устройство — конструктивно обособленная часть средства измерений, которая предназначена для отсчета показаний. Отсчетное устройство может быть представлено шкалой, указателем, дисплеем и др. 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. Рабочие средства измерения (РСИ) — это средства измерения, используемые для осуществления технических измерений. Рабочие средства измерения могут использоваться в разных условиях. Эталоны — это средства измерения с высокой степенью точности, применяющиеся в метрологических исследованиях для передачи сведений о размере единицы. Более точные средства измерения передают сведения о размере единицы и так далее, таким образом образуется своеобразная цепочка, в каждом следующем звене которой точность этих сведений чуть меньше, чем в предыдущем. Сведения о размере единицы предаются во время проверки средств измерения. Проверка средств измерения осуществляется с целью утверждения их пригодности.

Аналоговые измерительные приборы. Общие узлы. Обозначения на циферблате. Аналоговые измерительные приборы, как правило, обеспечивают выполнение прямых измерений, отсчет результата измерений производится по шкале. Режим измерений, выполняемых аналоговыми средствами измерений - статический. Большинство аналоговых измерительных приборов - стрелочные с неподвижной шкалой и подвижной стрелкой. Или с линейным индикатором (ртутный термометр) Они имеют подвижную и не подвижную части. Название системы определяется тем, каким образом создается вращающий момент поворачивающий стрелку. Мвр=F(x,d) Устройство прибора: опорное устройство, устройство создающее противодействующий момент, создающее успокаивающее действие, отчетное (циферблат,стрелка) Обозначения системы прибора: - прибор магнитоэлектрической системы, - прибор магнитоэлектрической системы с выпрямителем, - прибор электродинамической системы, - прибор ферродинамической системы, прибор электромагнитной системы, - прибор электростатической системы, - прибор индукционной системы. ^ Обозначения классов точности прибора (см. п. 3.4) - по приведенной погрешности, - обозначение по относительной погрешности - обозначение класса точности прибора (только аналогового омметра), численно равное пределу основной приведенной погрешности, которая определена, как выраженное в процентах отношение длины участка шкалы l [мм], соответствующего максимальной абсолютной погрешности, к общей длине шкалы L [мм] (см. п. 3.4). Примеры практического применения последнего выражения нормы, которая устанавливается на основную погрешность аналогового омметра, приведены в лабораторном практикуме [11]. ^ Обозначения вида тока (напряжения) - постоянный ток (напряжение), - переменный ток (напряжение), - постоянный и переменный ток (напряжение), ^ Другие обозначения - нормальное рабочее положение прибора вертикальное (на щите), - нормальное рабочее положение прибора горизонтальное, - под углом

Шунты. добавочные резисторы. делители напряжения Шунты – используют для расширения пределов измерений по току (для амперметра),  подключаются параллель­но к рамке прибора. Необходимое сопротивление шунта определяется по формуле:    где RA – собственное сопротивление амперметра,          n – коэффициент шунтирования, причем:   где I – измеряемый ток,        Iа– номинальный ток рамки прибора. У шунта 2 токовых зажима и 2 потенциальных. Добавочные сопротивления – используют для расширения пределов измерений по напряжению, включаются последовательно с измерительным механизмом. Необходимая величина добавочного сопротивления определяется по выражению:   где m – коэффициент добавочного сопротивления: Делители напряжения. Для расширения пределов измерения вольтметров применяют также делители напряжения. Они позволяют уменьшить подлежащее измерению напряжение до значения, соответствующего номинальному напряжению данного вольтметра (предельного напряжения на его шкале). Отношение входного напряжения делителя U1 к выходному U2 (рис. 3, а) называется коэффициентом деления. При холостом ходе U1/U2 = (R1+R2)/R2 = 1 + R1/R2. В делителях напряжения это отношение может быть выбрано равным 10, 100, 500 и т. д. в зависимости от того, к каким выводам делителя подключен вольтметр (рис. 3,б). Делитель напряжения вносит малую погрешность в измерения только в том случае, если сопротивление вольтметра Rv достаточно велико (ток, проходящий через делитель, мал), а сопротивление источника, к которому подключен делитель, мало.

Измерительные трансформаторы тока напряжения Измерительные трансформаторы предназначены для преобразования больших токов и напряжений в относительно малые токи и напряжения и гальванической развертки цепей :измерительной и силовой. Сушествует два вида измерительных трансформаторов : -измерительный трансформатор тока (ИТТ) -измерительный трансформатор напряжения (ИТН). Трансформатор напряжения. Его выполняют в виде двухобмоточного понижающего трансформатора. Для обеспечения безопасности работы обслуживающего персонала вторичную обмотку тщательно изолируют от первичной и заземляют. Условное обозначение трансформатора напряжения такое же, как двухобмоточного трансформатора. Трансформатор тока. Его выполняют в виде двухобмоточного повышающего трансформатора (рис. 3-15, а) или в виде проходного трансформатора, у которого первичной обмоткой служит провод, проходящий через окно магнитопровода. В некоторых конструкциях магнитопровод и вторичная обмотка смонтированы на проходном изоляторе, служащем для ввода высокого напряжения в силовой трансформатор или другую электрическую установку. Первичной обмоткой трансформатора служит медный стержень, проходящий внутри изолятора.

Магнитоэлектрические приборы Устройство и принцип действия. Магнитоэлектрический измерительный механизм (рис. 321,а) выполнен в виде постоянного магнита 1, снабженного полюсными наконечниками 2, между которыми укреплен стальной сердечник 3. В кольцеобразном воздушном зазоре, образованном полюсными наконечниками и сердечником, помещена подвижная катушка 5, намотанная на алюминиевый каркас 6 (рис. 321,б). Катушка выполнена из очень тонкого провода и укреплена на оси, связанной со стрелкой спиральными пружинами 4 или растяжками. Через эти же пружины или растяжки осуществляется подвод тока к катушке. При прохождении тока I по катушке на каждый из ее проводников будет действовать электромагнитная сила. Суммарное действие всех электромагнитных сил создает вращающий момент М, стремящийся повернуть катушку и связанную с ней стрелку при бора на некоторый угол. Угол поворота подвижной части пропорционален измеряемому току I. Поэтому магнитоэлектрические приборы имеют равномерную шкалу.