Меню

Средства измерений Основные понятия и классификация

Средства измерений. Основные понятия и классификация

Средство измерения — это техническое устройство, предназначенное для выполнения намерений и имеющее нормированные метрологические характеристики.

Средства измерений подразделяются на меры, приборы и преобразователи. В практике находят применение также измерительные системы.

Мера — это средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. К мерам относят такие средства, как гири (меры массы), резисторы (меры электрического сопротивления), сосуды (меры вместимости) и др. Учитывая ограниченное применение мер в практике измерений, ниже они специально не рассматриваются.

Измерительный прибор — это средство измерений, предназначенное для выработки измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Измерительные приборы, которые непосредственно воспринимают измеряемую величину, называются приборами прямого, или непосредственного, отсчета.

Измерительные приборы, воспринимающие измеряемую величину, предварительно преобразованную в другую величину, называются вторичными. Различают измерительные приборы аналоговые и цифровые. В аналоговом приборе отсчет показаний производят по шкале, отражающей непрерывную зависимость между измеряемой величиной и перемещением отсчетного устройства. В цифровом приборе измерительная информация выдается с помощью цифрового отсчетного устройства. Измерительные приборы могут быть показывающими, регистрирующими и комбинированными (показывающими и регистрирующими). Регистрация показаний может выполняться с помощью самопишущих или печатающих приборов. Измерительный преобразователь — это средство измерений, предназначенное для выработки измерительной информации в форме, удобной для передачи и обработки. Разделяются измерительные преобразователи на первичные, промежуточные и передающие. Первичным называют преобразователь, к которому подведена измеряемая величина. Иногда эти преобразователи называют датчиками. Промежуточные и передающие преобразователи соответственно воспринимают сигналы, выработанные первичным преобразователем, и обеспечивают дистанционную передачу их. Преобразователи бывают аналоговыми, если входной и выходной сигналы воспроизводятся в аналоговой форме, цифровыми (дискретными), если входной и выходной сигналы представляют собой последовательности импульсов (коды), а также аналого-цифровыми (вход аналоговый, выход цифровой) и цифроаналоговыми (вход цифровой, выход аналоговый). Действующая система приборов (ГСП) предусматривает стандартизованные электрические и пневматические сигналы. В частности, аналоговые электрические сигналы встречаются в следующих основных формах: в виде изменения взаимной индукции в пределах 0—10 мГ или 10-0—10 мГ; в виде сигнала постоянного тока с пределами 0—5: 0—20 и 4—20 мА; в виде сигнала напряжения постоянного тока с пределами 0— 10 и 0—20 В. Наиболее распространенным стандартным пневматическим сигналом является изменение давления в пределах от 0,02 до 0,1 МПа.

Измерительная система — это совокупность средств измерений, вспомогательных устройств и каналов связи, предназначенная для выработки, передачи и обработки измерительной информации. К таким системам относятся, в частности, измерительно-вычислительные комплексы, осуществляющие автоматический сбор и обработку экспериментальных данных.

Ниже перечисляются основные метрологические характеристики средств измерений.

Градуировочная характеристика, или статическая функция преобразован и я,— зависимость между значениями величин на выходе и входе средства измерения в установившемся состоянии, представляемая в табличной, графической или аналитической форме. Начальное и конечное значения отсчетного устройства (шкалы или цифрового отсчетного устройства) — наименьшее и наибольшее значения измеряемой величины, указанные на шкале или воспроизводимые цифровым устройством.

Диапазон показаний — область, ограниченная начальным и конечным значениями отсчетного устройства.

Диапазон измерений (преобразований) — область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности.

Пределы (верхний и нижний) измерений наибольшее и наименьшее значения диапазона измерений.

Абсолютная погрешность — разность между показанием прибора и действительным значением измеряемой величины либо разность между значением измеряемой величины, полученной на выходе преобразователя с помощью градуировочной характеристики, и действительным ее значением на входе.

Относительная погрешность — отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины. Может выражаться дробью или в процентах.

Приведенная погрешность-— отношение абсолютной погрешности к нормированному значению, например диапазону показаний или измерений.

Статическая погрешность — погрешность (абсолютная или относительная) при постоянной во времени входной величине.

Динамическая погрешность — составляющая погрешности, равная разности между погрешностью в динамическом режиме (при переменной входной величине) и статической погрешностью, соответствующей значению величины в данный момент времени.

Основная погрешность — погрешность при условиях работы, принятых за нормальные.

Дополнительная погрешность — изменение погрешности, вызванное отклонением одной или нескольких влияющих величин от значений, принятых за нормальные.

Предел допускаемой погрешности — наибольшая погрешность, при которой средство измерений может быть признано годным (понятие применимо для основной и дополнительной погрешностей).

Класс точности — обобщенная характеристика, определяемая пределами допускаемых погрешностей. В общем случае понятие класса точности устанавливается для каждого конкретногосредства измерения его технической документацией. Однако в целом ряде случаев класс точности принимают численно равным пределу допускаемой приведенной погрешности относительно диапазона измерений.

Кроме приведенной классификации средства измерений разделяются по следующим основным признакам: назначению, виду измеряемой величины, числу пределов измерений. По назначению средства измерений делятся на рабочие, образцовые и индикаторы. Рабочие средства измерений в свою очередь разделяются на технические и лабораторные. Первые предназначаются для измерений в условиях эксплуатации холодильного оборудования, для контроля за ходом технологических процессов, работой систем автоматики, переналадки оборудования и средств автоматизации. Такие средства измерений имеют, как правило, невысокие точностные характеристики. По конструкции технические средства измерений приспособлены для установки на щитах, в шкафах и непосредственно на оборудовании. Лабораторные средства измерений предназначаются для использования в научно-исследовательской практике, при испытаниях оборудования в стендовых условиях. Отличаются более высокими точностными характеристиками. Конструктивно выполняются обычно в переносном исполнении в основном для установки на лабораторных столах и стойках. Образцовые средства измерений предназначаются для поверки рабочих средств или других менее точных образцовых в условиях специализированных измерительных лабораторий.

По конструкции — это переносные приборы или стационарные установки.

По точностным характеристикам они выше остальных средств измерений. В некоторых случаях возникает необходимость использования в научно-исследовательских работах образцовых (по назначению) средств в качестве рабочих. Такая практика допускается. Однако при этом средство измерений считается не образцовым, а рабочим с соответствующей точностной характеристикой. Индикаторами называют средства измерения, не имеющие нормированных точностных характеристик и служащие для ориентировочной оценки измеряемой величины. По виду измеряемой величины средства измерений делятся в соответствии с классификацией измеряемых величин (см. выше). Название они получают по наименованию измеряемой величины (например, манометр, расходомер, частотомер и т. п.), единицы физической величины (амперметр, вольтметр) либо по характерному признаку своего устройства (например, измерительный мост, термоанемометр).

Широко распространены комбинированные средства измерений, предназначенные для измерения разных величин. Так, в электротехнике применяют ампервольтметры, вольтомметры и др. По числу пределов измерений различают одно-, двух- и многопредельные средства измерений. Однопредельные средства позволяют измерить величину, лежащую в интервале между верхним и нижним пределами измерений. В двух- и многопредельных средствах предусматриваются специальные устройства для переключения пределов, в результате чего расширяется диапазон измерений.

Основные определения

Основой измерений являются наблюдения, которые осуществляются персоналом или автоматическими устройствами. Если для проведения одного измерения производят одно наблюдение, то такой метод измерений называется методом однократных наблюдений. При однократных наблюдениях результат измерения равен результату наблюдения. Измерение дополняется оценкой точности, которая должна быть не хуже, чем определено требованиями. В практике испытаний и исследований, где требуется более высокая точность, прибегают к нескольким наблюдениям для проведения одного измерения.

Такой метод называется методом многократных наблюдений. С помощью этого метода удается учесть влияние некоторых случайных факторов. При многократных наблюдениях результат наблюдений, результат измерения, а также оценку точности получают методами статистической обработки случайных величин. Существует также промежуточный метод, когда для исключения грубых ошибок и повышения надежности измерений выполняют несколько наблюдений, однако дальнейшую обработку проводят без применения статистических методов. Мерой оценки точности измерения является погрешность. Погрешность характеризует отклонение измеренного значения некоторой величины от ее истинного (действительного) значения. Следует различать погрешность измерений, получаемую как результат обработки экспериментальных наблюдений, и нормированную погрешность средства измерения, являющуюся его технической характеристикой. Эти погрешности могут совпадать только в отдельных, частных случаях.

В соответствии с делением измерений погрешности подразделяют на статические и динамические. Ниже под термином «погрешность» будет подразумеваться статическая погрешность. В тех случаях, когда под термином «погрешность» подразумевается динамическая погрешность, это будет специально оговариваться. По своей природе погрешности бывают систематическими и
случайными. Систематическими называют погрешности, которые могут быть заранее обнаружены или предсказаны и которые принципиально могут быть исключены или уменьшены специальными мерами. Систематические погрешности, которые действуют в процессе измерения, называются не исключенными.

Случайными называют непредвиденные погрешности, которые могут быть выявлены только статистической обработкой многократных наблюдений. Частным случаем случайных погрешностей являются грубые ошибки наблюдений, которые выявляются при первичной обработке данных и затем отбрасываются. Поскольку точное значение погрешности обычно не известно, пользуются понятием границы погрешности, т. е. предельной величиной, больше которой (без учета знака) погрешность быть не может.

Если погрешность определяется методом статистической обработки, то пользуются понятием доверительной границы погрешности, которая обозначает, что погрешность не выйдет за границу с доверительной вероятностью, равной заданной.

Источник



Основные понятия, связанные со средствами измерений

Средством измерения (СИ) называется техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.

Читайте также:  Оборудование для автомоек в Сургуте

Средства измерения классифицируют по следующим признакам:

по конструктивному исполнению;

По конструктивному исполнению СИ подразделяются на: меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи, измерительные установки, измерительные системы.

Мера — это средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Например: гиря — мера массы, резистор — мера электрического сопротивления.

Измерительный преобразователь — это средство измерения, предназначенное для выработки измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки или хранения, но недоступной для непосредственного восприятия наблюдателем (термопара, частотный преобразовател ь).

Измерительные преобразователи могут быть первичными, к которым подведена измеряемая величина, и промежуточными, которые располагаются в измерительной цепи за первичными. Примерами первичных измерительных преобразователей являются термопары, датчики.

Измерительный прибор — средство измерения, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне (рН-метры, весы, фото-электроколориметры и т.д.).

Под измерительной установкой понимают совокупность средств измерений (мер, измерительных приборов, преобразователей) и вспомогательных устройств для выработки сигналов информации в форме, удобной для восприятия и расположенных в одном месте (испытательный стенд).

Измерительная система — это совокупность средств измере-ний и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, размещенных в разных точках контролируемого пространства с целью измерения одной или нескольких физических величин, свойственных этому пространству (контролирующие, управляющие системы с ЭВМ).

По метрологическому назначению СИ подразделяются на рабочие и метрологические. Рабочие средства измерения предназначены непосредственно для измерений в различных сферах деятельности, а именно в науке, технике, в производстве, медицине, то есть там, где необходимо получить значение той или иной физической величины. Метрологическое средство измерения предназначено для метрологических целей: воспроизведения единицы и ее хранения или передачи размера единицы рабочим СИ. К ним относятся эталоны, образцовые СИ, поверочные установки, стандартные образцы.

По уровню стандартизации различают стандартизованные и нестандартизованнные средства измерения. Стандартизованными считаются средства измерения, изготовленные в соответствии с требованиями государственного стандарта и соответствующие техническим характеристикам установленного типа средств измерения, полученным на основании государственных испытаний, и внесенные в Государственный реестр СИ. Нестандартизованные — уникальные средства измерения, предназначенные для специальной измерительной задачи, в стандартизации требований к которым нет необходимости. Они не подвергаются государственным испытаниям, а подлежат метрологической аттестации.

Метрологическое средство измерения чаще именуется «эталон».

Чтобы обеспечить единство измерений, необходима тождественность единиц, в которых проградуированы все средства измерений одной и той же физической величины. Для этого применяют средства измерений, хранящие и воспроизводящие установленные единицы физических величин и передающие их соответствующим средствам измерений. Высшим звеном в метрологической передаче размеров единиц являются эталоны.

Эталон единицы — средство измерений (или комплекс средств), обеспечивающее воспроизведение и (или) хранение единицы с целью передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений, выполненное по особой спецификации и официально утвержденное в установленном порядке в качестве эталона.

Эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью, называется первичным.

Специальный эталон воспроизводит единицу в особых условиях и заменяет при этих условия первичный эталон.

Первичный или специальный эталон, официально утвержденный в качестве исходного для страны, называется государственным.

В метрологической практике широко используют вторичные эталоны, значения которых устанавливается по первичным эталонам. Вторичные эталоны являются частью подчиненных средств хранения единиц и передачи их размера. Они создаются и утверждаются в тех случаях, когда это необходимо для обеспечения наименьшего износа государственного эталона.

Вторичные эталоны по своему назначению делятся на эталоны-копии, эталоны сравнения, эталоны-свидетели и рабочие эталоны.

Эталон-копия предназначен для передачи размеров единиц рабочим эталонам. Он не всегда является физической копией государственного эталона.

Эталон-свидетель предназначен для проверки сохранности государственного эталона и для замены его в случае порчи или утраты.

Эталон сравнения применяют для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемы друге другом (например, так называемый нормальный элемент, используемый для сличения государственного эталона Вольта с эталоном Вольта Международного бюро мер и весов).

Рабочий эталон применяют для передачи размера единицы образцовым средствам измерений высшей точности, а в отдельных случаях — наиболее точным средствам измерений.

Образцовое средство измерения — мера, измерительный прибор или измерительный преобразователь, служащие для поверки по ним других средств измерений и утвержденные в качестве образцовых.

Поверка средств измерений — определение метрологическим органом погрешности средств измерений и установления его пригодности к применению.

Образцовые средства измерений могут иметь разные разряды. Между ними существует соподчиненность: образцовые средства измерений первого разряда поверяют, как правило, непосредственно по рабочим эталонам, образцовые средства измерений второго и последующих разрядов подлежат поверке по образцовым средствам измерений непосредственно предшествующих разрядов. Для разных видов измерений устанавливается, исходя из требований практики, различное число разрядов образцовых средств измерений.

Рабочее средство измерений применяют для измерений, не связанных с передачей размеров единиц.

Средство измерений — техническое средство, имеющее нормированные метрологические характеристики. Все средства измерений, независимо от их конкретного исполнения, обладают рядом общих свойств, необходимых для выполнения ими их функционального назначения. Технические характеристики, описывающие эти свойства и оказывающие влияние на результаты и на погрешности измерений, называются метрологическими характеристиками. Перечень важнейших из них регламентируется ГОСТ «Нормируемые метрологические характеристики средств измерений». Комплекс нормируемых метрологических характеристик устанавливается таким образом, чтобы с их помощью можно было оценить погрешность измерений, осуществляемых в известных рабочих условиях эксплуатации, посредством отдельных средств измерений или совокупности средств измерений, например, автоматических измерительных систем.

Одной из основных метрологических характеристик измерительных преобразователей является статическая характеристика преобразования (иначе называемая функцией преобразования или градуировочной характеристикой). Она устанавливает зависимость y = f(x) информативного параметра у выходного сигнала измерительного преобразователя от информативного параметра х входного сигнала. Если статическая характеристика преобразования линейна, т.е. у= Кх, то коэффициент К называется чувствительностью измерительного прибора (преобразователя).

Важной характеристикой шкальных измерительных приборов является цена деления, т.е. то изменение измеряемой величины, которому соответствует перемещение указателя

на одно деление шкалы. Если чувствительность постоянна в каждой точке диапазона измерения, то шкала называется равномерной. При неравномерной шкале нормируется наименьшая цена деления шкалы измерительных приборов. У цифровых приборов шкалы в явном виде нет, и на них вместо цены деления указывается цена единицы младшего разряда числа в показании прибора.

Важнейшей метрологической характеристикой средств измерений является погрешность.

Под абсолютной погрешностью меры понимается алгебраическая разность между ее номинальным Хн и действительным ХД значениями:

а под абсолютной погрешностью измерительного прибора — разность между его показанием ХП и действительным значением Хп измеряемой величины:

Однако в большей степени точность средства измерений характеризует относительная погрешность, т.е. выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой или воспроизводимой данным средством измерений величины:

Обычно лямда регистрирующих приборах, как правило, осуществляется печатание показаний с помощью алфавитно-цифровых печатающих устройств со скоростью до 10 3 знаков в секунду. Для долговременного хранения информации используются также различные виды запоминающих устройств.

Цифровое отсчетное или регистрирующее устройство никак не ограничивает точность цифрового прибора, так как цифровой код без какой-либо погрешности может быть изображен на цифровом отсчетном устройстве.

Однако не всегда цифровое отсчетное или регистрирующее устройство лучше аналогового. При большом числе одновременно измеряемых величин (контроль сложного объекта) показания аналоговых приборов воспринимаются легче, так как независимо от цифр на шкале пространственное положение указателя и характер его перемещения или осциллограмма регистрируемого процесса позволяет более оперативно проводить анализ контролируемого процесса.

Для показывающих приборов обычно не требуется высокого быстродействия в силу ограниченности возможностей оператора при приеме информации.

По структурному принципу различают измерительные устройства прямого действия (преобразования), в которых реализуется метод непосредственной оценки; измерительные устройства, работа которых основана на методе сравнения. В измерительных приборах прямого действия преобразование сигнала происходит в одном направлении последовательно. Операция сравнения осуществляется с помощью сравнивающего устройства (СУ), в котором обычно одна величина вычитается из другой. Используя выходной сигнал СУ, с помощью преобразователя можно управлять мерой и реализовать нулевой метод сравнения. В связи с тем что в измерительных устройствах, основанных на методе сравнения, измеряемая

величина уравновешивается (компенсируется) величиной, воспроизводимой мерой, их также называют измерительными устройствами с уравновешивающим (компенсационным) преобразователем. Измерительные устройства в общем случае имеют более высокую точность за счет использования меры. Отмечают также различие требований к отдельным преобразователям измерительных устройств с точки зрения обеспечения измерительных устройств. Так, в ИУ непосредственной оценки общий коэффициент передачи К = К1 К2 и его точность определяются соответствующей точностью всех преобразователей.

По структурным признакам ИУ также можно классифицировать по числу каналов и по временной последовательности преобразований входных сигналов. В зависимости от числа входных сигналов, несущих информацию об измеряемой величине, ИУ бывают с одним (например, вольтметр), двумя (фазометр) и более входами, т.е. соответственно одно-, двух- и многоканальными. В зависимости от временной последовательности преобразований входных сигналов (если их более двух) различают ИУ с одновременным (параллельным) и последовательным преобразованием. При последовательном преобразовании сигналы обрабатываются поочередно, причем за цикл измерения каждый сигнал через входное переключающее устройство (коммутатор) подается на вход преобразователя один раз. Разновидностью последовательного преобразователя является периодическое устройство, когда за время одного цикла измерения сигналы переключаются многократно. Последовательное преобразование позволяет уменьшить аппаратурные затраты за счет перехода от многоканальной структуры к одноканальной с входным коммутатором.

Читайте также:  Адреса магазинов НАШ ДОМ в Москве

Источник

10. Классификация средств измерения

10. Классификация средств измерения

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;

Некоторое количество мер, технически представляющее собой единое устройство, в рамках которого возможно по—разному комбинировать имеющиеся меры, называют магазином мер.

Объект измерения сравнивается с мерой посредством компараторов (технических приспособлений). Например, компаратором являются рычажные весы.

К однозначным мерам принадлежат стандартные образцы (СО). Различают два вида стандартных образцов:

1) стандартные образцы состава;

2) стандартные образцы свойств.

Стандартный образец состава или материала – это образец с фиксированными значениями величин, количественно отражающих содержание в веществе или материале всех его составных частей.

Стандартный образец свойств вещества или материала – это образец с фиксированными значениями величин, отражающих свойства вещества или материала (физические, биологические и др.).

Каждый стандартный образец в обязательном порядке должен пройти метрологическую аттестацию в органах метрологической службы, прежде чем начнет использоваться.

Стандартные образцы могут применяться на разных уровнях и в разных сферах. Выделяют:

1) межгосударственные СО;

2) государственные СО;

3) отраслевые СО;

4) СО организации (предприятия).

Измерительные преобразователи (ИП) – это средства измерения, выражающие измеряемую величину через другую величину или преобразующие ее в сигнал измерительной информации, который в дальнейшем можно обрабатывать, преобразовывать и хранить. Измерительные преобразователи могут преобразовывать измеряемую величину по—разному. Выделяют:

1) аналоговые преобразователи (АП);

2) цифроаналоговые преобразователи (ЦАП);

3) аналого—цифровые преобразователи (АЦП). Измерительные преобразователи могут занимать различные позиции в цепи измерения. Выделяют:

1) первичные измерительные преобразователи, которые непосредственно контактируют с объектом измерения;

2) промежуточные измерительные преобразователи, которые располагаются после первичных преобразователей. Первичный измерительный преобразователь технически обособлен, от него поступают в измерительную цепь сигналы, содержащие измерительную информацию. Первичный измерительный преобразователь является датчиком. Конструктивно датчик может быть расположен довольно далеко от следующего промежуточного средства измерения, которое должно принимать его сигналы.

Обязательными свойствами измерительного преобразователя являются нормированные метрологические свойства и вхождение в цепь измерения.

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.

Отсчетное устройство – конструктивно обособленная часть средства измерений, которая предназначена для отсчета показаний. Отсчетное устройство может быть представлено шкалой, указателем, дисплеем и др. Отсчетные устройства делятся на:

1) шкальные отсчетные устройства;

2) цифровые отсчетные устройства;

3) регистрирующие отсчетные устройства. Шкальные отсчетные устройства включают в себя шкалу и указатель.

Шкала – это система отметок и соответствующих им последовательных числовых значений измеряемой величины. Главные характеристики шкалы:

1) количество делений на шкале;

2) длина деления;

4) диапазон показаний;

5) диапазон измерений;

6) пределы измерений.

Деление шкалы – это расстояние от одной отметки шкалы до соседней отметки.

Длина деления – это расстояние от одной осевой до следующей по воображаемой линии, которая проходит через центры самых маленьких отметок данной шкалы.

Цена деления шкалы – это разность между значениями двух соседних значений на данной шкале.

Диапазон показаний шкалы – это область значений шкалы, нижней границей которой является начальное значение данной шкалы, а верхней – конечное значение данной шкалы.

Диапазон измерений – это область значений величин в пределах которой установлена нормированная предельно допустимая погрешность.

Пределы измерений – это минимальное и максимальное значение диапазона измерений.

Практически равномерная шкала – это шкала, у которой цены делений разнятся не больше чем на 13 % и которая обладает фиксированной ценой деления.

Существенно неравномерная шкала – это шкала, у которой деления сужаются и для делений которой значение выходного сигнала является половиной суммы пределов диапазона измерений.

Выделяют следующие виды шкал измерительных приборов:

1) односторонняя шкала;

2) двусторонняя шкала;

3) симметричная шкала;

4) безнулевая шкала.

Односторонняя шкала – это шкала, у которой ноль располагается в начале.

Двусторонняя шкала – это шкала, у которой ноль располагается не в начале шкалы.

Симметричная шкала – это шкала, у которой ноль располагается в центре.

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.

По метрологическому предназначению средства измерения делятся на:

1) рабочие средства измерения;

Рабочие средства измерения (РСИ) – это средства измерения, используемые для осуществления технических измерений. Рабочие средства измерения могут использоваться в разных условиях. Выделяют:

1) лабораторные средства измерения, которые применяются при проведении научных исследований;

2) производственные средства измерения, которые применяются при осуществлении контроля над протеканием различных технологических процессов и качеством продукции;

3) полевые средства измерения, которые применяются в процессе эксплуатации самолетов, автомобилей и других технических устройств.

К каждому отдельному виду рабочих средств измерения предъявляются определенные требования. Требования к лабораторным рабочим средствам измерения – это высокая степень точности и чувствительности, к производственным РСИ – высокая степень устойчивости к вибрациям, ударам, перепадам температуры, к полевым РСИ – устойчивость и исправная работа в различных температурных условиях, устойчивость к высокому уровню влажности.

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.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Читайте также

Измерения тока

Измерения тока Вопрос. В каких цепях выполняются измерения тока?Ответ. Выполняются в цепях всех классов напряжений, где необходим систематический контроль технологического процесса или работы оборудования (1.6.6).Вопрос. В каких цепях выполняются измерения постоянного

Измерения напряжения

Измерения напряжения Вопрос. Где выполняются измерения напряжения?Ответ. Как правило, выполняются:на секциях сборных шин переменного и постоянного тока, которые могут работать раздельно, а также на линиях электропередачи при отсутствии сборных шин РУ подстанции (схемы

Измерения мощности

Измерения мощности Вопрос. В каких цепях выполняются измерения мощности?Ответ. Выполняются в цепях:у генераторов – активной и реактивной мощности; конденсаторных батарей мощностью 25 Мвар и более и синхронных компенсаторов – реактивной мощности;трансформаторов и

Измерения частоты

Измерения частоты Вопрос. Где выполняются измерения частоты?Ответ. Измерения частоты выполняются:на каждой секции шин генераторного напряжения;на каждом генераторе блочной электростанции;на каждой системе (секции) шин высших напряжений электростанции;в узлах

Измерения при синхронизации

Измерения при синхронизации Вопрос. Какие приборы предусматриваются для измерений при точной (ручной или полуавтоматической) синхронизации?Ответ. Предусматриваются два вольтметра, два частотомера и синхроноскоп

4. Единицы измерения

4. Единицы измерения В 1960 г. на XI Генеральной конференции по мерам и весам была утверждена Международная система единиц (СИ).В основе Международной системы единиц лежат семь единиц, охватывающих следующие области науки: механику, электричество, теплоту, оптику,

Читайте также:  Экипировка в бассейн что нужно для бассейна

9. Классификация средств размещения

9. Классификация средств размещения Средства размещения туристов – любой объект, предназначенный для проживания туристов (гостиница, отель, туристическая база и т. п.)Средства размещения, согласно Постановлению Госстандарта Российской Федерации от 9 июля 1998 г.,

9.Классификация средств измерения

9.Классификация средств измерения Средство измерения (СИ) – это техническое средство или совокупность средств, применяющееся для осуществления измерений и обладающее нормированными метрологическими характеристиками. При помощи средств измерения физическая величина

42. Классификация средств размещения

42. Классификация средств размещения Средства размещения туристов – любой объект, предназначенный для проживания туристов (гостиница, отель, туристическая база и т. п.)Средства размещения, согласно Постановлению Госстандарта Российской Федерации от 9 июля 1998 г.,

1. Единицы измерения СИ

1. Единицы измерения СИ Основные единицыЗаконы Физики выражают фундаментальные взаимосвязи между определенными физическими величинами.В Физике много различных величин. Чтобы упростить измерения и построить физические теории, некоторые из этих величин принимаются за

Конкретные измерения

Конкретные измерения Электрические измерения: напряжение, ток, сопротивление, мощность Измерять в быту электрические параметры приходится не часто, а некоторым — и никогда.Напряжение в сети либо есть, либо его нет, и определяют это просто подключив нагрузку — проще

Медицинские измерения

Медицинские измерения В медицине измеряют множество разных величин, например концентрации каких-либо веществ в каких-либо средах, механические величины (вес, линейные размеры, перемещение, давление, силу, объем выдыхаемого воздуха), частоты (пульса, дыхания),

Источник

Средства и методы измерений. Их виды, классификация.

Средства измерения определяются как технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики.

Средства измерения делятся на группы (в зависимости от характера участия в процессе измерения): меры, измерительные преобразователи; измерительные приборы; измерительные установки, измерительные системы

Мера – средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины данного размера. Могут быть однозначные, многозначные и наборы мер ( гири, катушки, сопротивления, емкости; многозначные

Измерительные преобразователи – средства измерения, предназначенные для выработки сигнала измеряемой информации в форме удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки, хранения. Он преобразует одну физическую величину в другую, входную в выходную. Они являются основой для построения сложных измерительных устройств, приборов, систем и т.д.

Измерительнаяустановка – совокупность функционально объединенных средств измерения, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия оператором и расположенная в одном месте. Может реализовывать функции меры, измерительного прибора, измерительного преобразователя.

Измерения в зависимости от их вида разделяются на четыре класса: прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямое – измерение, при котором искомое значение величины находится непосредственно из опытных данных

Косвенное – измерение, при котором искомое значение величины находя на основание известной зависимости между этой величиной и величинами подвергаемыми прямым измерениям.

Совокупные измерения – это производимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомое значение величин находят путем решения систем уравнений , полученных при прямых измерениях различных сочетаний этих

Совместные измерения производятся одновременно над двумя или несколькими не одноименными величинами для нахождения зависимости между ними.

Существуют различные методы измерения

Метод измерения определяется совокупностью приемов использования принципов и средств измерения. Метод измерения подразделяется на метод непосредственной оценки и метод сравнения.

Метод непосредственной оценки характеризуется тем, что отсчет значения измеряемой величины производится непосредственно по отсчетному устройству измеряемого прибора.

Метод сравнения предполагает проводить операцию сравнения измеряемой величины с мерой в каждом измерении (например, измерение с использованием гирь). Сравнение производят различными способами: нулевой, дифференциальный, замещения, совпадения.

Нулевой метод – результирующий эффект воздействия измеряемой величины и известной величины на прибор сравнения доводят до нуля Дифференциальный метод – это метод сравнения с мерой, в котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой. В отличие от нулевого метода, здесь разность полностью не уравновешивается.

Метод замещения – это метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают известной величиной воспроизводимой мерой. Например, это метод измерения емкости С включенного в колебательный контур. Изменяя частоту f напряжения достигают резонанса контура, затем включается вместо СХ известная С0

U изменяя его величину при той же fр определяют СХ÷ С0

Метод совпадения – это метод сравнения с мерой в котором разность между измеряемой величиной и величиной воспроизводимой мерой измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов

Погрешности измерений.

Истинные значения физических величин – это значения, идеальным образом отражающие свойства данного объекта как в количественном, так и в качественном отношении

Разница между результатами измерения и истинным значением измеряемой величины называется погрешностью измерения.

Во-первых, погрешность может быть связана с несовершенством применяемого метода измерения (методическая погрешность).

Во-вторых, погрешность может быть обусловлена несовершенством используемых средств измерения (инструментальная погрешность), а также условий проведения измерения (влияние различных внешних факторов).

Инструментальная погрешность подразделяется на основную и дополнительную.

Основной погрешностью называется погрешность средств измерений в условиях, которые установлены нормативно-техническими документами как нормальные для данных измерений.

Дополнительными погрешностями называют изменения погрешности средства измерений, вызванные отклонениями влияющих величин от нормальных значений или их выходом за пределы нормальных областей значений

Погрешность может возникнуть из-за индивидуальной физиологии оператора (близорукость или наоборот дальнозоркость и т.п.) – это так называемая субъективная погрешность.

В зависимости от закономерности проявления погрешности могут быть систематические и случайные.

Систематическая – это такая погрешность, когда определенная составляющая часть погрешности остается постоянной или изменяется закономерно при всех повторных измерениях одной и той же величины.

Случайная – погрешность, при которой изменяется составляющая часть погрешности случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины.

К разряду погрешностей следует отнести грубые погрешности или промахи.

Грубая погрешность измерения – погрешность, существенно превышающая ожидаемую. Результаты с грубыми погрешностями обнаруживают с помощью специальных статистических критериев и исключают из рассмотрения.

Промах – следствие неисправности средства измерений, нарушение правил его применения, ошибочного считывания показаний, их записи, и т. п. Промахи обнаруживаются непосредственно в процессе выполнения измерений.

В некоторых случаях в процессе измерения происходит отклонение реальной характеристики СИ от номинального значения. При этом возникают аддитивная(не зависящая от измеряемой величины; «нулевая» погрешность) и мультипликативная (зависящая от измеряемой величины) погрешности.

Абсолютная погрешность равна разности между значением, полученным при измерении, и его истинным значением:

где x – полученное (измеренное) значение,

xист – истинное значение измеряемой величины.

Относительнаяпогрешность:

или как правило выражается в процентах.

Для сравнения приборов и устройств с различными пределами измерения вводится понятие приведённойпогрешности

, где xном – нормирующее значение.

Погрешности измерительных средств принято подразделять на статические, имеющие место при измерении постоянных величин после завершения переходных процессов в элементах приборов и преобразователей, и динамические, появляющиеся при измерении переменных величин и обусловленные инерционными свойствами средств измерений.

Поверка – это сличение показаний средства измерения с показателями более точного средства измерения.

4 Структурные схемы измерительных приборов, схемы последовательного преобразования, дифференциальные схемы.

а) Последовательная схема соединения преобразователей.

Простейшая схема – схема последовательного преобразования. Это схема, в которой входная величина каждого последующего преобразователя меняется выходной величиной предыдущего. Входная величина 1 преобразователя – измеряемая величина. Различные преобразователи могут различаться по сложности. Рассмотрим схему последовательного преобразователя, показанную на рисунке.

S – чувствительность i-го преобразователя.

Чувствительность преобразователя, имеющего последовательно соединенные звенья, определяется следующим образом:

Приведенная погрешность схемы последовательного преобразования определяется как сумма приведенных погрешностей отдельных звеньев.

где – приведенная погрешность i-го звена.

Формула (4) применима для случайных систематических погрешностей.

Для случайных погрешностей, если функция преобразования пропорциональная (линейная), приведенная среднеквадратическая погрешность схемы определяется как

где – приведенная среднеквадратическая погрешность соответствующего элемента.

Достоинства схемы последовательного преобразования – простота, дешевизна. Недостатком является высокая погрешность.

б) Дифференциальная схема соединения преобразователей.

Дифференциальная схема состоит из двух каналов с последовательно соединением преобразователей, причем выходные сигналы каждого канала подаются на два входа вычитающего преобразователя. Вычитающий преобразователь имеет два входа, а выход – разность величин этих входов.

Дифференциальная схема соединения преобразователей показана на рисунке.

Оба канала делаются одинаковыми по чувствительности и погрешности. Дифференциальные схемы могут работать в двух режимах:

Первый режим – измеряемая величина воздействует на вход одного канала (x1); на вход другого канала (x2) – действует физическая величина той же природы, но имеющее постоянное значение (например, равна ”0”). Второй канал компенсирует погрешность, вызываемую условиями работы прибора.

Второй режим – измеряемая величина после определенных преобразований поступает на оба канала, но различна по знаку или по модулю.

Для первого случая включения чувствительность схемы

где – чувствительность каждого канала.

Для схемы второго типа чувствительность в 2 раза больше.

При наличии аддитивных составляющих погрешностей

Где – аддитивная составляющая погрешностей, а они равны между собой, так как каналы идентичны, тогда

т. е. в дифференциальных схемах аддитивные составляющие погрешностей взаимокомпенсируются.

Источник