Средство измерения. Виды средств измерений

Средством измерений (СИ) называют техническое средство (или их комплекс), используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики. В отличие от таких технических средств, как индикаторы, предназначенных для обнаружения физиче­ских свойств (компас, лакмусовая бумага, осветительная электрическая лампочка), СИ позволяют не только обнаружить физическую величину, но и измерить ее, т.е. сопоставить неизвестный размер с известным. Если физическая величина известного размера есть в наличии, то она непосредственно используется для сравнения (измерение плоского угла транспортиром, массы — с помощью весов с гирями). Если же физиче­ской величины известного размера в наличии нет, то сравнивается ре­акция (отклик) прибора на воздействие измеряемой величины с про­явившейся ранее реакцией на воздействие той же величины, но известного размера (измерение силы тока амперметром). Для облегче­ния сравнения еще на стадии изготовления прибора отклик на извест­ное воздействие фиксируют на шкале отсчетного устройства, после чего наносят на шкалу деления в кратном и дольном отношении. Описанная процедура называется градуировкой шкалы. При измерении она позво­ляет по положению указателя получать результат сравнением непосред­ственно по шкале отношений. Итак, СИ (за исключением некоторых мер — гирь, линеек) в простейшем случае производят две операции: обнаружение физической величины; сравнение неизвестного размера с известным или сравнение откликов на воздействие известного и неиз­вестного размеров.

Другими отличительными признаками СИ являются, во-первых, «умение» хранить (или воспроизводить) единицу физической величи­ны; во-вторых, неизменность размера хранимой единицы. Если же раз­мер единицы в процессе измерений изменяется более, чем установле­но нормами, то с помощью такого средства невозможно получить результат с требуемой точностью. Отсюда следует, что измерять мож­но только тогда, когда техническое средство, предназначенное для этой цели, может хранить единицу, достаточно неизменную по размеру (во времени).

СИ можно классифицировать по двум признакам:

· конструктивное исполнение;

· метрологическое назначение.

По конструктивному исполнениюСИ подразделяют на меры, изме­рительные преобразователи; измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы.

Меры величины — СИ, предназначенные для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров. Различают меры:

Ø однозначные (гиря 1 кг, калибр, конденса­тор постоянной емкости);

Ø многозначные (масштабная линейка, конден­сатор переменной емкости);

Ø наборы мер (набор гирь, набор калибров).

Набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство, в кото­ром имеются приспособления для их соединения в различных комбина­циях, называется магазином мер. Примером такого набора может быть магазин электрических сопротивлений, магазин индуктивностей. Срав­нение с мерой выполняют с помощью специальных технических средств — компараторов (рычажные весы, измерительный мост и т.д.).

К однозначным мерам можно отнести стандартные образцы (СО). Существуют стандартные образцы состава и стандартные образцы свойств.

СО состава вещества (материала) — стандартный образец с установ­ленными значениями величин, характеризующих содержание опреде­ленных компонентов в веществе (материале).

СО свойств веществ (материалов) — стандартный образец с установ­ленными значениями величин, характеризующих физические, химичес­кие, биологические и другие свойства.

Новые СО допускаются к использованию при условии прохождения ими метрологической аттестации. Указанная процедура — это призна­ние этой меры, узаконенной для применения на основании исследова­ния СО. Метрологическая аттестация проводится органами метрологи­ческой службы.

Примером СО состава является СО состава углеродистой стали оп­ределенной марки. Примером СО свойств является так называемая шка­ла твердости Мооса, которая представляет собой набор 10 эталонных минералов для определения числа твердости по условной шкале. Каж­дый последующий минерал этой шкалы является более твердым, чем предыдущий. Эту шкалу используют для оценки относительной твер­дости стекла и керамики.

Одна из главных функций СО состава и свойств — контроль мето­дики выполнения измерений (МВИ) в порядке внутреннего контроля ис­пытательных лабораторий и внешнего контроля, в частности в рамках «раунд-тестирования» (см. Введение, разд. 3). Например, если анали­тическая лаборатория металлургического предприятия располагает аттестованным СО углеродистой стали конкретной марки, то она на ука­занном СО может проверить надежность методики качественного и ко­личественного химического анализа.

 

В зависимости от уровня признания (утверждения) и сферы приме­нил различают категории СО — межгосударственные, государственные, отраслевые и СО предприятия (организации). В практике метрологическими службами используются СО разной категории для выполнения различных задач.

Так, создаваемые в Центральном институте агрохимического обслуживания сельского хозяйства государственные и отраслевые образцы става почв аттестованы на содержание макро- и микроэлементов (мар­та, кобальта, цинка, меди, молибдена, бора) и другие характеристики (величина РН и др.). Эти СО были аттестованы в межлабораторном эксперименте и предназначаются для градуировки приборов, поверки, для контроля правильности анализов почв по аттестованным в СО показателям, для аттестации СО предприятий методом сличения.

Измерительные преобразователи (ИП) — СИ, служащие для преоб­разования измеряемой величины в другую величину или сигнал изме­рительной информации, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований. По характеру преобразования различают аналоговые (АП), цифроаналоговые (ЦАП), аналого-цифровые (АЦП) преобразова­тели. По месту в измерительной цепи различают первичные (ИП, на который непосредственно воздействует измеряемая физическая величи­на) и промежуточные (ИП, занимающий место в измерительной цепи после первичного ИП) преобразователи.

Конструктивно обособленный первичный ИП, от которого поступа­ют сигналы измерительной информации, является датчиком. Датчик может быть вынесен на значительное расстояние от СИ, принимающе­го его сигналы. Например, датчики запущенного метеорологического радиозонда передают информацию о температуре, давлении, влажно­сти и других параметрах атмосферы.

Если преобразователи не входят в измерительную цепь и их метро­логические свойства не нормированы, то они не относятся к измери­тельным. Таковы, например, силовой трансформатор в радиоаппарату­ре, термопара в термоэлектрическом холодильнике.

Измерительный прибор — СИ, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапа­зоне. Прибор, как правило, содержит устройство для преобразования измеряемой величины и ее индикации в форме, наиболее доступной для восприятия. Во многих случаях устройство для индикации имеет шкалу со стрелкой или другим устройством, диаграмму с пером или цифроуказатель, с помощью которых могут быть произведены отсчет или регистрация значений физической величины. В случае сопряже­ния прибора с мини-ЭВМ отсчет может производиться с помощью дисплея.

По степени индикации значений измеряемой величины измеритель­ные приборы подразделяют на показывающие и регистрирующие. По­казывающий прибор допускает только отсчитывание показаний измеря­емой величины (микрометр, аналоговый или цифровой вольтметр). В регистрирующем приборе предусмотрена регистрация показаний — в форме диаграммы, путем печатания показаний (термограф или, напри­мер, измерительный прибор, сопряженный с ЭВМ, дисплеем и устрой­ством для печатания показаний).

Измерительная установка — совокупность функционально объе­диненных мер, измерительных приборов, измерительных преобразо­вателей и других устройств, предназначенных для измерений одной или нескольких физических величин и расположенных в одном мес­те. Примером являются установка для измерения удельного сопротив­ления электротехнических материалов, установка для испытаний маг­нитных материалов. Измерительную установку, предназначенную для испытаний каких-либо изделий, иногда называют испытательным стендом.

Измерительная система — совокупность функционально объеди­ненных мер, измерительных приборов, измерительных преобразова­телей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точ­ках контролируемого пространства с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому пространству. Примером может служить радионавигационная система для определе­ния местоположения судов, состоящая из ряда измерительных комп­лексов, разнесенных в пространстве на значительном расстоянии друг от друга.

По метрологическому назначению все СИ подразделяются на два «да: рабочие СИ и эталоны.

Рабочие СИ (РСИ) предназначены для проведения технических из­мерений. По условиям применения они могут быть:

1) лабораторными, используемыми при научных исследованиях, проектировании техничес­ких устройств, медицинских измерениях;

2) производственными, ис­пользуемыми для контроля характеристик технологических процессов, контроля качества готовой продукции, контроля отпуска товаров;

3) по­левыми, используемыми непосредственно при эксплуатации таких тех­нических устройств, как самолеты, автомобили, речные и морские суда и др.

К каждому виду РСИ предъявляются специфические требования: к лабораторным — повышенная точность и чувствительность; к про­изводственным — повышенная стойкость к ударно-вибрационным на­грузкам, высоким и низким температурам; к полевым — повышенная стабильность в условиях резкого перепада температур, высокой влаж­ности.

Эталоны являются высокоточными СИ, а поэтому используются для проведения метрологических измерений в качестве средств передачи информации о размере единицы. Размер единицы передается «сверху вниз», от более точных СИ к менее точным «по цепочке»: первичный эталон — вторичный эталон — рабочий эталон 0-го разряда — рабочий эталон 1-го разряда... — рабочее средство измерений.

Передача размера осуществляется в процессе поверки СИ. Целью поверки является установление пригодности СИ к применению.

 

 

⇐ Предыдущая123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: