Средства измерений
Средство измерений (CИ)– техническое средство, предназначенное для измерения, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу ФВ, размер которой принимается неизменным, в течение известного интервала времени.
По назначению и выполняемым функциям средства измерений подразделяются на меры, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы, измерительные преобразователи, измерительно-вычислительные комплексы (ИВК).
Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения ФВ одного или несколько заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью и различаются на однозначные, многозначные, набор мер и магазин мер.
Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой ФВ в установленном диапазоне. Измерительные приборы подразделяются по форме регистрации: на аналоговые и цифровые; по применению: амперметры, вольтметры, частотомеры, осциллографы и т.д.; по назначению: приборы для измерения электрических и неэлектрических ФВ; по действию: интегрирующие и суммирующие; по способу индикации значений ФВ: показывающие, сигнализирующие и регистрирующие; по методу преобразования измеряемой величины: непосредственной оценки (прямого преобразования) и сравнения; по конструкции: щитовые, переносные, стационарные; по защищенности от воздействия внешних условий: обыкновенные, влагозащищенные, газозащищенные, пылезащищенные, герметичные, взрывобезопасные и т.д.
Измерительная установка – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких ФВ и расположенная в одном месте.
Измерительная система – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта с целью измерений одной или нескольких ФВ, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов для разных целей. В зависимости от назначения подразделяются на информационные, контролирующие, управляющие и др.
Измерительный преобазователь – средство измерения, предназначенной для преобразования сигналов измерительной информации в форму, целесообразную для передачи, обработки и хранения.
Примером измерительных систем может быть измерительно-вычислительный комплекс (ИВК) – функционально объединенная совокупность средств измерений, ЭВМ и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения в составе измерительной системы конкретной измерительной задачи.
Метрологические характеристики средств измерений
К метрологическим характеристикам относятся функция преобразования, погрешность средства измерений, чувствительность, цена деления шкалы, порог чувствительности, диапазон измерений, вариация показаний и др.
Функция преобразования (статическая характеристика) – функциональная зависимость между информативными параметрами выходного и входного сигналов средства измерений, задается аналитически, таблично или графически.
Погрешность средства измерений – важнейшая метрологическая характеристика, определяемая как разность между показанием средства измерений и истинным значением измеряемой величины.
Чувствительность средства измерений – свойство средства измерений, определяемое отношением изменения выходного сигнала этого средства к вызывающему его изменению измеряемой величины. Различают абсолютную и относительную чувствительность.
Абсолютная чувствительность
.
Относительная чувствительность
,
где ΔY – изменение сигнала на выходе, ΔX – изменение измеряемой величины, X – измеряемая величина.
При нелинейной статической характеристике преобразования чувствительность зависит от X, при линейной характеристике она постоянна.
У измерительных приборов при постоянной чувствительности шкала равномерная.
Цена деления шкалы (постоянная прибора) – разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Приборы с равномерной шкалой имеют постоянную цену деления. В приборах с неравномерной шкалой нормируется минимальная цена деления.
Порог чувствительности – наименьшее значение изменения ФВ, начиная с которого может осуществляться ее измерение данным устройством. Порог чувствительности выражают в единицах входной величины.
Диапазон измерений – область значений величины в пределах, который нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерения.
Вариация показаний – наибольшая вариация выходного сигнала прибора при неизменных внешних условиях. Она является следствием трения и люфтов в узлах приборов, механического и магнитного гистерезиса элементов и др.
Надежность средства измерений – это способность средства измерений сохранять нормированные характеристики при определенных условиях работы в течение заданного времени. Основными критериями надежности приборов являются вероятность безотказной работы и средняя продолжительность безотказной работы.
Вероятность безотказной работы определяется вероятностью отсутствия отказов прибора в течение определенного промежутка времени.
Средняя продолжительность безотказной работы – отношение времени работы прибора к числу отказов за это время.