28.03.20г. МСС Метрологические характеристики средств измерений

Классификация средств измерений

Средства измерений— технические средства, используемые при из­мерениях и имеющие нормированные метрологические свойства. Средства измерений делят на меры, измерительные приборы, измерительные пре­образователи, вспомогательные средства измерений, измерительные ус­тановки и измерительные системы.

Мера— средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Однозначная мера воспроизво­дит физическую величину одного размера, например концевая мера дли­ны и мера массы (гиря). Многозначная мер авоспроизводит ряд одноимен­ных величин различного размера, например, штриховая мера длины и угловая, мера (многогранная призма). Специально подобранный комп­лект мер, применяемых не только самостоятельно, но и в различных сочетаниях в целях воспроизведения ряда одноименных величин различ­ного размера, называется Набором мер, например наборы плоскопарал­лельных концевых мер длины и наборы угловых мер.

Магазин мер — сочетание мер, объединенных конструктивно в одно механическое целое, в котором предусмотрена возможность посредством ручных или автоматизированных переключателей, связанных с отсчетным устройством, соединять составляющие магазин меры в нужном сочетании. По такому принципу устроены магазины электрических сопротивлений.

К однозначным мерам относят стандартные образцы и стандартные вещества. Стандартный образец — это должным образом оформленная проба вещества (материала), которая подвергается метрологической ат­тестации с целью установления количественного значения определенной характеристики. Эта характеристика (или свойство) является величиной с известным значением при установленных условиях внешней среды. К подобным образцам относятся, например, наборы минералов с конкрет­ными значениями твердости (шкала Мооса) для определения этого па­раметра у различных минералов.

Стандартным образцом является образец чистого цинка, который служит для воспроизведения температуры 419,527'С по международной температурной шкале МТШ-90.

При пользовании мерами следует учитывать номинальное и действи­тельное значения мер, а также погрешность меры и ее разряд. Номиналь­ным называют значение меры, указанное на ней. Действительное значение меры должно быть указано в специальном свидетельстве как результат высокоточного измерения с использованием официального эталона.

Разность между номинальным и действительным значениями назы­вается погрешностью меры. Величина, противоположная по знаку погреш­ности, представляет собой поправку к указанному на мере номинальному значению. Поскольку при аттестации (поверке) также могут быть погрешности, меры подразделяют на разряды (1-го, 2-го и т. д.) и называют разрядными эталонами (образцовые измерительные средства), которые используют для проверки измерительных средств. Величина погрешнос­ти меры служит основой для разделения мер на классы, что обычно при­менимо к мерам, употребляемым для технических измерений.

Измерительный преобразователь — это средство измерений, которое служит для преобразования сигнала измерительной информации в форму, удобную для обработки или хранения, а также передачи в показывающее устройство. Измерительные преобразователи либо входят в конструктивную схему измерительного прибора, либо применяются совместно с ним, но сигнал преобразователя не поддается непосредственному восприятию на­блюдателем. Например, преобразователь может быть необходим для пере­дачи информации в память компьютера, для усиления напряжения и т. д. Преобразуемую величину называют входной, а результат преобразования — выходной величиной. Основной метрологической характеристикой из­мерительного преобразователя считается соотношение между входной и выходной величинами, называемое функцией преобразования.

Преобразователи подразделяются на первичные (непосредственно воспринимающие Измеряемую величину); передающие, на выходе кото­рых величина приобретает форму, удобную для регистрации или передачи на расстояние; промежуточные, работающие в сочетании с первичными и не влияющие на изменение рода физической величины.

Измерительные приборы— средства измерений, предназначенные для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. По характеру показаний они могут быть показывающие и аналоговые, а по принципу действия — приборы прямого действия, сравнения, интегрирующие и суммирующие. Для линейных и угловых измерений широко используются показывающие приборы прямого действия, допускающие только отсчет показаний.

По назначению приборы делят на универсальные, предназначенные для измерения одинаковых физических величин различных объектов, и специализированные, используемые для измерения параметров однотипных изделий (например, размеров резьб или зубчатых колес) или одного па­раметра различных изделий (например, шероховатости или твердости). По принципу действия, который положен в основу измерительной системы, приборы подразделяют на механические, оптические, оптико-механические, пневматические, электрические, рентгеновские, лазерные и др.

Во многих случаях название прибора определяется конструкцией измерительного механизма. Универсальные приборы для линейных изме­рений с механической измерительной системой делят на: штангенприборы с нониусом; микрометрические приборы с микрометрическим винтом (микровинт); рычажно-механические приборы сзубчатыми, рычажно-зуб-чатыми и пружинными механизмами. По установившейся терминологии простейшие приборы, например штангенприборы и микрометрические приборы, называют также измерительным инструментом.

Приборы прямого действия отображают измеряемую величину на показывающем устройстве, имеющем соответствующую градуировку в еди­ницах этой величины. Изменения рода физической величины при этом не происходит. К приборам прямого действия относят, например ампермет­ры, вольтметры, термометры и т.п.

Приборы сравнения предназначаются для сравнения измеряемых вели­чин с величинами, значения которых известны. Такие приборы широко используются в научных целях, а также и на практике для измерения таких величин, как яркость источников излучения, давление сжатого воздуха и др.

Измерительные установки и системы — это совокупность средств из­мерений, объединенных по функциональному признаку со вспомогатель­ными устройствами, для измерения одной или нескольких физических величин объекта измерений. Обычно такие системы автоматизированы и обеспечивают ввод информации в систему, автоматизацию самого про­цесса измерения, обработку и отображение результатов измерений для восприятия их пользователем. Такие установки (системы) используют и для контроля (например, производственных процессов), что особенно актуально для метода статистического контроля, а также принципа TQM в управлении качеством.

Измерительные принадлежности — это вспомогательные средства измерений величин. Они необходимы для вычисления поправок к резуль­татам измерений, если требуется высокая степень точности. Например, термометр может быть вспомогательным средством, если показания при­бора достоверны При строго регламентированной температуре; психро­метр — если строго оговаривается влажность окружающей среды.

Следует учитывать, что измерительные принадлежности вносят оп­ределенные погрешности в результат измерений, связанные с погрешно­стью самого вспомогательного средства.

По метрологическому назначению средства измерений 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. Ра­бочие средства могут быть лабораторными, (для научных исследований), производственными (для обеспечения и контроля заданных характерис­тик технологических процессов), полевыми (для самолетов, автомоби­лей, судов и т.п.). Каждый из этих видов рабочих средств отличается осо­быми показателями. Так, лабораторные средства измерений — самые точные и чувствительные, а их показания характеризуются высокой ста­бильностью. Производственные обладают устойчивостью кВоздействиям различных факторов производственного процесса: температуры, влажно­сти, вибрации и т.п., что может сказаться на достоверности и точности показаний приборов. Полевые работают в условиях, постоянно изменя­ющихся в широких пределах внешних воздействий. Особым средством из­мерений является эталон.

Меры характеризуются номинальным и действительным значениями. 

Номинальное значение меры— значение величины, указанное на мере или приписываемое ей. Действительное значение меры — действительное зна­чение величины воспроизводимой мерой.

Измерительные приборы состоят из чувствительного элемента, ко­торый находится под непосредственным воздействием физической вели­чины, измерительного механизма и отсчетного устройства. Отсчетное устройство показывающего прибора имеет шкалу и указатель, выполнен­ный в виде материального стержня-стрелки или в виде луча света — све­тового указателя. Шкала представляет собой совокупность отметок и про­ставленных у некоторых из них чисел отсчета, соответствующих ряду последовательных значений величины. Шкалы с делениями постоянной длины называют равномерными.

Длина деления шкалы а — расстояние между осями (или центрами) двух соседних отметок шкалы. Цена деления шкалы С— разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкал. Чувствитель­ность прибора определяется отношением сигнала на выходе прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины. Абсолютную чув­ствительность прибора определяют по формуле 5 = а/С. При измерениях длин чувствительность прибора является безразмерной величиной и на­зывается также передаточным отношением прибора.

Начальное и конечное значения шкалы— наименьшее и наибольшее значения измеряемой величины, указанные на шкале.

 Диапазон показа­ний — область значений измеряемой величины, для которой нормирова­ны допускаемые погрешности прибора. Предел измерений — наибольшее или наименьшее значение диапазона измерений. Вариация показаний — разность показаний прибора, соответствующих данной точке диапазона измерений, при двух направлениях медленных измерений показаний при­бора. Стабильность средства измерения — качество средства измерений, отражающее неизменность во времени его метрологических свойств.

Измерительное усилие прибора — сила, создаваемая прибором при . контакте с изделием и действующая по линии измерения. Оно обычно вызывается пружиной, обеспечивающей контакт чувствительного элемен­та прибора, например измерительного наконечника, с поверхностью измеряемого объекта. При деформации пружины происходит изменение усилия: разность между наибольшим и наименьшим значениями —мак­симальное колебание измерительного усилия.

Погрешности средств измерений

Успех измерений зависит от грамотного использования средств из­мерений, от знания их свойств. В первую очередь надо знать классифика­цию средств измерений, их метрологические характеристики, погрешно­сти средств измерений и причины их порождающие. Уже по обозначениям на шкале прибора можно определить с какой погрешностью мы будем

измерять, но для этого надо знать формы представления метрологичес­ких характеристик.

Совершенные приборы не должны вносить искажения в значения измеряемых ими величин, а если этого нельзя избежать, то они должны допускать возможность учета исключения этих искажений каким-либо приемом.

Погрешности средств измерений возникают в результате воздействия большого числа факторов, обусловленных их изготовлением, хранением, эксплуатацией, условиями проведения измерений. Абсолютная погреш­ность меры представляет собой разность между номинальным значением меры и истинным значением воспроизводимой ею величины. Абсолютная погрешность прибора — разность между показаниями прибора и истинным значением измеряемой величины. Однако в связи с тем, что истинное значение величины неизвестно, на практике вместо него используют действительное значение величины.

Приведенной погрешностью прибора является отношение абсолютной погрешности к нормируемому значению, за которое принимают значение, равное верхнему пределу измерений, или диапазону измерений, или длине шкалы, и т. п. Так, для вольтметра с верхним пределом измерений 150 В и абсолютной погрешностью Дх = 0,6 В приведенная погрешность, которую обычно выражают в процентах, будет (0,6/150) • 100 % = 0,4% (норми­рующее значение в данном случае равно верхнему пределу, т. е. 150 В).

На погрешность средств измерений большое влияние оказывают ус­ловия его применения. Величина, которую не измеряют данным сред­ством измерения, но которая оказывает влияние на результаты измере­ний этим средством, называется влияющей физической величиной, напри­мер, температура, давление, влажность, запыленность окружающей сре­ды, механические и акустические вибрации и т. п. Условия применения средств измерения, при которых влияющие величины имеют нормальное значение или находятся в пределах нормальной области значений, назы­вают нормальными условиями. Нормальные условия ддя линейных и уг­ловых измерений — температура 20°С, атмосферное давление 101,32472 кПа (760 мм рт. ст.), относительная влажность 58 % и др.

Основной погрешностью является погрешность средства измерений, используемого при нормальных условиях; дополнительной погрешностью — изменение действительного значения меры или показания прибора при отклонении одной из влияющих величин за пределы, установленные для нормальной области ее значений. Наибольшая погрешность средства из­мерений, при которой оно может быть признано годным и допущено к применению, называется пределом допускаемой погрешности.

Класс точности средства измерений— это обобщенная характеристика средства измерений, определяемая пределами допускаемых и дополни­тельных погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющими на их точность и определяемыми стандартами на отдельные виды средств измерений.

Классификация и методы измерений

По способу получения значений физической величины измерения могут быть прямыми, косвенными, совокупными и совместными. При прямом измерении искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. Примерами прямых измерений являются измерения длины ,с помощью линейных мер или температуры термометром. Прямые • измерения составляют основу более сложных косвенных, совокупных и' совместных измерений. При косвенном измерении искомое значение вели­чины находят на основании известной зависимости между этой величи­ной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям, например три­гонометрические методы измерения углов, при которых острый угол прямоугольного треугольника определяют по измеренным длинам кате­тов и гипотенузы, или измерение среднего диаметра резьбы методом трех проволочек. Косвенные измерения в ряде случаев позволяют получить более точные результаты, чем прямые измерения. Например, погрешно­сти прямых измерений углов угломерами на порядок выше погрешностей косвенных измерений углов с помощью синусных линеек.

Измерения могут быть абсолютными или относительными. Абсолют­ное измерение основано на "прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант. При линейных и угловых абсолютных измерениях, как правило, находят одну физическую величину, например диаметр вала штангенциркулем. Относительное измерение — измерение отношения величины к одноимен­ной величине, играющей роль единицы, или измерение величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную. Отно­сительное измерение основано на сравнении измеряемой величины с известным значением меры. Искомую величину при этом находят алгеб­раическим суммированием размера меры и показаний прибора.

Для повышения точности измерений разработан ряд методов измерений. Метод измерений— это совокупность приемов использования прин­ципов и средств измерений. Принципом измерений называется совокуп­ность физических явлений, на которых основаны измерения.

Метод непосредственной оценки— метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устрой­ству измерительного прибора прямого действия. Например, измерение длины тела линейкой, силы электрического тока амперметром. Метод сравнения с мерой основан на сравнении измеряемой величины с величи­ной, воспроизводимой мерой. Например, измерение диаметра вала бло­ком концевых мер в державке с притертыми боковичками или на опти­метре, массы тела на рычажных весах с уравновешиванием гирями. В тех­нике измерений применяют несколько методов сравнения с мерой — методы противопоставления, замещения, совпадений, нулевой метод. При линейных и угловых измерениях часто используют дифференциальный метод — метод сравнения с мерой, при котором на измерительный при­бор воздействует разность измеряемой величины и известной величины,

воспроизводимой мерой. Этот метод применяют, например, при измере­ниях пневматическими, индуктивными и другими приборами.

Все методы измерений могут осуществляться контактным способом, при котором измерительные поверхности прибора взаимодействуют с проверяемым изделием, или бесконтактным способом, при котором вза­имодействия нет.

ЗАДАНИЕ:

1.Составить краткий конспект

2. Выбрать инструмент, записать его название и описать его метрологические характеристики

ОТЧЕТ о выполненном задании присылать в форме фотоотчета до 20.00 28.03.20г. по электронной почте [email protected]