1.5. Средства измерения.

Средство измерений – это техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящие или хранящие одну или несколько единиц физических величин, размеры которых принимаются неизменными в течение известного промежутка времени.

Средства измерения делятся на:

—меры, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера;

• измерительные приборы, представляющие собой устройства, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем;

• измерительные установки, представляющие собой совокупность приборов, преобразователей и других устройств для измерения одной физической величины;

• измерительные системы, представляющие совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенные для выработки, сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки и использования в автоматических системах управления;

• измерительно-вычислительные комплексы (характерно наличие ЭВМ).

По виду получаемой информации измерительные приборы делятся на:

• показывающие, допускающие только отсчитывание показаний;

• цифровые (дискретные), автоматически вырабатывающие дискретные сигналы, показания которых представлены в цифровой форме;

• аналоговые (непрерывные), показания которых являются непрерывной функцией измерений измеряемой величины;

• регистрирующие, в которых предусмотрена регистрация показаний, подразделяются на самопишущие, в которых запись показаний производится в форме диаграммы, и печатающие, в которых производится печатание показаний в цифровой форме.

По способу получения искомой величины измерительные приборы могут быть подразделены на:

• приборы прямого действия, в которых предусмотрено одно или несколько преобразований сигнала измерительной информации в одном направлении (манометр, амперметр, жидкостный термометр и т. п.);

• приборы сравнения, предназначенные для непосредственного сравнения измеряемой величины с величиной, значение которой известно (равноплечные весы, электроизмерительный потенциометр и т. д.);

• интегрирующие приборы, в которых подводимая величина подвергается интегрированию по времени или другой независимой переменной (суммарный счетчик числа оборотов);

• суммирующие приборы, показания которых функционально связаны с суммой двух или нескольких величин, подводимых к ним по различным каналам.

Измерительные преобразователи предназначены для преобразования измеряемой величины в другую величину или сигнал измерительной информации, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации и передачи на расстояние. Они могут быть аналоговыми, цифровыми, или аналогово-цифровыми.

1.6. Показатели качества средств измерения.

1. Показатели назначения.

Характеризуют свойства продукции, определяющие основные функции, для которых она предназначена, область ее применения. Они делятся на: показатели функциональной и технической эффективности, конструктивные показатели, показатели состава.

К показателям функциональной и технической эффективности средств измерения относятся метрологические характеристики. Их перечень составляется применительно к каждой группе средств измерения. Например: предел допускаемого значения основной погрешности или пределы допускаемых значений ее систематической составляющей, динамические характеристики, класс прибора. К этой группе показателей относятся показатели быстродействия, производительности, уровня автоматизации процесса измерений, максимальная продолжительность непрерывного времени работы.

Конструктивные показатели средств измерения – это границы нормальных рабочих областей измерения влияющих величин и неинформативных параметров входных сигналов (Тос, Ратм, влажность, частота питающей сети), требования к электропитанию, вес, габариты, характеристики прочности.

Показатели состава применяют для оценки качества стандартных образцов состава, свойств веществ и материалов.

2. Показатели надежности.

Это показатели безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости средств измерений. Безотказность оценивают временем непрерывной работы до отказа. Долговечность – сроком службы или ресурсом. Ремонтопригодность показывает приспособленность средства измерения к предупреждению и обнаружению причин повреждения и проведения ремонта.

3. Показатели использования энергии.

Показатель экономичности энергопотребления – это отношение затрачиваемой средством измерения энергии к объему измерительной информации, полученной с его помощью.

4. Эргономические показатели.

Производят учет свойств человека в процессе измерения. Это уровень шума, освещенность, температуры, которые проявляются от средств измерения.

5. Эстетические показатели.

6. Показатели технологичности.

7 Показатели транспортабельности.

8. Экологические показатели.

9. Показатели безопасности.

1.7. Погрешность средств измерения. Классы точности средств измерения.

У средств измерения выделяют комплекс метрологических характеристик, т.е. характеристик, которые необходимы для оценки точности результатов измерений.

Обобщенной метрологической характеристикой средства измерения является класс точности, определяемый пределами допускаемых погрешностей и другими свойствами средств измерений, влияющих на точность результатов измерений.

Классы точности определяются стандартами и техническими условиями, содержащими требования к средствам измерений. Класс точности присваивается средству измерения при разработке. В процессе эксплуатации метрологические характеристики средств измерений ухудшаются, поэтому допускается понижение класса точности средства измерения по итогам проверки и аттестации.

Метрологические характеристики, определяемые классом точности, нормируют следующим образом.

Пределы основной и дополнительной погрешностей выражают в форме приведенных относительных или абсолютных погрешностей. Если погрешность измерения выражают в единицах измеряемой величины, то пределы допускаемых погрешностей выражают в форме абсолютных погрешностей.

Пределы допускаемой абсолютной основной погрешности, выражают в единицах измеряемой величины или в делениях шкалы выражают в виде:

Δ=±а, или

Δ=±(а+вх),

где х – значение измеряемой величины, а и в – положительные числа, независящие от х.

Пределы допускаемой приведенной основной погрешности устанавливают по формуле:

γ=Δ100/Х_N=±Р,

Где Х_N – нормирующее значение (часто принимается больший по модулю из пределов измерения прибора), Р – отвлеченное положительное число, Δ – значение предела допускаемой абсолютной основной погрешности.

Пределы допускаемой относительной основной погрешности определяют так:

δ=100Δ/Х=±q%,

Где Δ – предел допускаемой абсолютной основной погрешности, Х – значение измеряемой величины, q – отвлеченное положительное число.

(Р и q выбирают из ряда 1*10ⁿ; 1,5*10ⁿ; 2,5*10ⁿ; 4*10ⁿ; 5*10ⁿ; 6*10ⁿ (n=1;0;-1;-2;…).

Правила оценки погрешностей и примеры обозначения классов точности средств измерений приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Правила оценки погрешностей и обозначение классов точности средств измерений

Пределы погрешности	Формула определения основной погрешности	Предел допускаемой основной погрешности, %	Обозначение класса точности на приборе
Предел допускаемой абсолютной основной погрешности	=a =(a+bХ)	a (a+bx)	Римскими цифрами L
Предел допускаемой приведенной основной погрешности	=100/XN	P	P
Предел допускаемой относительной основной погрешности	=100/X	q

Очень часто за X_N устанавливают больший по модулю из пределов измерения.

Пример. Вольтметр класса точности 0,5 с верхним пределом измерений 1,5 В показывает в цепи напряжение 0.9В, тогда предел допускаемой относительной погрешности будет равен:

δ=1,5*0,5/0,9=±0,83%

(т.е. Р=0,5; X_N =1,5; Х=0,9; Р=100*Δ/ X_N, отсюда Δ=Р* X_N/100, отсюда δ=Р* X_N100/100*Х).