Средства измерений включают в себя. Что такое средство измерений? По отношению к измеряемой физической величине

1 Средства измерений и виды средств измерений Измерение - это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств 2. Средства измерений Средства измерений - это технические средства, которые имеют нормированные метрологические характеристики. При этом значение физической величины, отсчитываемое по отсчетному устройству средства измерения, строго соответствует определенному количеству физических единиц, принятых в качестве единиц измерения. К средствам измерения относятся: - мера, - измерительные приборы, - измерительные преобразователи, - измерительные системы, - установки, комплексы. Мера - это средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Меры бывают однозначные и многозначные. К однозначным мерам относятся катушки сопротивления, катушки индуктивности, нормальные элементы и др.; к многозначным - магазины сопротивлений, конденсаторы переменной емкости, калибраторы напряжения и тока и др. Измерительный прибор - средство измерений, предназначенное для выдачи количественной информации об измеряемой величине в доступной для восприятия форме. По способу отсчета значений измеряемой величины измерительные приборы делятся на аналоговые и цифровые. В аналоговых измерительных приборах значение измеряемой величины определяется непосредственно по шкале со стрелкой или другими указателями. В цифровых измерительных приборах значение измеряемой величины определяется по цифровому индикатору прибора. Измерительные приборы разделяют на показывающие и регистрирующие. Показывающие измерительные приборы предназначены для отсчитывания результата измерений в аналоговой или цифровой форме, регистрирующие - для регистрации результата измерения. Измерительный преобразователь - средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но неподдающейся непосредственному восприятию. К измерительным преобразователям относится делители напряжения, усилители, измерительные трансформаторы и др 3. Виды средств измерений По метрологическому назначению средства измерений делятся на: - эталоны, - образцовые, - рабочие. Рабочие средства измерений применяются для измерений, не связанных с передачей размера единиц. В свою очередь рабочие средства измерений можно разделить на: - технические - контрольные - лабораторные Технические средства измерений предназначены для работы в производственных условиях. Поэтому они должны быть недорогими и надежными в эксплуатации. В показания таких приборов не вводят поправки на погрешность измерения. Контрольные средства измерений - служат для контроля исправности промышленных средств измерений на месте их установки. Лабораторные средства измерений - применяют для точных измерений в лабораторных условиях. Для повышения точности измерений в их показания вводят поправки, учитывающие внешние условия, в которых проводились измерения. Кроме того лабораторные средства измерений служат для поверки контрольных средств измерений. Образцовые средства измерений предназначены для передачи размера единиц от эталонов к рабочим средствам измерения, то есть служат для их поверки. Эталон - средство измерений, обеспечивающее воспроизведение и хранение единицы физической величины для передачи ее размера средствам измерения, нижестоящим по поверочной схеме.

Аналоговый измерительный прибор - измерительный прибор, показания которого или выходной сигнал являются непрерывной функцией изменений измеряемой величины

Аналоговые измерительные приборы, как правило, обеспечивают выполнение прямых измерений, отсчет результата измерений производится по шкале. Режим измерений, выполняемых аналоговыми средствами измерений - статический. Большинство аналоговых измерительных приборов - стрелочные с неподвижной шкалой и подвижной стрелкой, перемещение которой (поворот или линейное перемещение) относительно шкалы функционально взаимнооднозначно связано со значением измеряемой величины. Другие разновидности аналоговых измерительных приборов: - с неподвижной стрелкой или иным указателем и подвижной шкалой, - с линейным индикатором в виде совмещенной со шкалой полосы, длина которой функционально взаимно однозначно связана со значением измеряемой величины (например, ртутный термометр).

Одна из возможных классификационных схем аналоговых измерительных приборов показана на рис.1.2.

Электромеханические приборы – это такие приборы, в устройствах преобразования которых нет электронных, транзисторных или ионных узлов.

Электронные приборы – такие приборы, в устройстве преобразования которых есть электронные, транзисторные или ионные узлы.

Показывающие приборы это такие приборы, которые допускают только считывание показаний.

Регистрирующие приборы – такие, в которых предусмотрена регистрация показаний.

В аналоговых приборах прямого преобразования (действия) (рис. 1.3) входной сигнал Х преобразуется одним или несколькими преобразователями П1, П2, П3, … в дном направлении т входа к выходу.

В аналоговых приборах (рис. 1.4) входная величина Х компенсируется величиной ХК, представляющей собой выходную величину Y, преобразованную цепью обратного преобразования (обратные преобразователи β 1 , β 2 , β 3 , …, β n).

Схемы аналоговых приборов уравновешивающего преобразования могут включать в себя узлы, охваченные местной обратной связью β 1 (рис. 1.5), однако определяющим является наличие общей с выхода на вход отрицательной обратной связи β 2 .

К приборам смешанного преобразования (рис. 1.6 а, б) относятся приборы, в структуру которых введена отрицательная обратная связь, охватывающая не все звенья прямого преобразования.

По назначению различают приборы для измерения тока, напряжения, частоты, приборы для измерения параметров электрических цепей, для анализа характеристик сигналов и др.

Приборы предназначенные для измерения нескольких величин называют комбинированными.

Приборы, работающие как на постоянном, так и на переменном токе называют универсальными.

цифрово́й измери́тельный прибо́р

измерительный прибор , в котором результаты измерения непрерывной величины (напряжения, силы тока, электрического сопротивления, давления, температуры и др.) автоматически преобразуются в дискретные сигналы, отображаемые в виде чисел на цифровом индикаторе. В состав цифровых измерительных приборов обязательно входитаналого-цифровой преобразователь , преобразующий аналоговый сигнал , полученный чувствительным элементом (датчиком), в цифровой код. Для цифровых измерительных приборов характерна значительно более высокая точность измерения по сравнению с аналоговыми измерительными приборами, удобство и объективность отсчёта. Точность отсчёта при этом зависит от числа разрядов на цифровом индикаторе. Выпускаются многочисленные цифровые измерительные приборы: часы , термометры, весы, тонометры (измерители артериального кровяного давления) и др.

ЦИП состоит из двух обязательных узлов; аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и цифрового отсчетного устройства (ОУ). АЦП выдает код в соответствии со значением измеряемой величины. ОУ отражает это значение в цифровой форме. АЦП применяются также в измерительных, информационных управляющих и других системах и выпускаются промышленностью в качестве самостоятельных средств измерения.

Метрологические и другие технические характеристики ЦИП определяются методом преобразования в код. В ЦИП, предназначенных для измерения электрических величин, применяются метод последовательного счета и метод поразрядного уравновешивания. Соответственно, различают ЦИП последовательного счета и ЦИП поразрядного уравновешивания (кодоимпульсные). В зависимости от того, какое значение величины измеряется, ЦИП делятся на приборы для измерения мгновенного значения и приборы для измерения среднего значения за определенный промежуток времени (интегрирующие).

По роду измеряемой величины ЦИП подразделяются на вольтметры, омметры, частотомеры, фазометры, мультиметры (комбинированные), в которых предусматривается возможность измерения нескольких электрических величин и ряда параметров электрических цепей.

По области применения выделяются ЦИП лабораторные, системные и щитовые.

ЦИП устроены сложно, их функциональные части выполняются на основе элементов электронной техники, в основном это интегральные микросхемы. В современных ЦИП функциональные узлы, преобразующие аналоговые сигналы, обычно выполняются на основе микроэлектронных операционных усилителей.

Рассмотрим упрощенно наиболее часто применяемые узлы.

Триггеры состоят из устройства с двумя состояниями устойчивого равновесия, способными скачкообразно переходить из одного состояния в другое с помощью внешнего сигнала. После такого перехода новое устойчивое состояние сохраняется до тех пор, пока другой внешний сигнал не изменит его.

Пересчетные устройства (ПУ) применяются для выполнения различных задач, например, для деления частоты импульсов, для преобразования число-импульсного кода в двоичный и т.д.

Если ПУ снабдить ОУ для отображения номера состояния схемы, то можно вести счет поступающих на вход ПУ импульсов, т.е. в этом случае можно получить счетчик импульсов.

Знаковые индикаторы применяются для получения показаний в цифровой форме в виде специальных газоразрядных ламп или сегментных знаковых индикаторов (в качестве светящихся элементов используют жидкие кристаллы, светодиоды, полоски электролюминафора и т.п.),

Ключи - это устройства, выполняющие функции выключателей и переключателей. В основном применяются электронные ключи на диодах, транзисторах, и др. элементах электронных схем.

Логические элементы реализуют логические функции. Входными и выходными величинами этих элементов являются переменные, принимающие только два значения -1 и 0. Рассмотрим основные логические элементы, дающие возможность путем их соединения реализовать любую логическую функцию.

Логический элемент ИЛИ - функция сложения, имеет несколько входов и один выход, который принимает значение 1, если хотя бы одна входная величина равна 1 и принимает значение 0, если все входы равны 0;

Логический элемент НЕ - функция отрицания (если вход имеет значение равное 0, то на выходе получим 1 и наоборот) служит для инвертирования;

Логическая функция И - функция умножения, имеет несколько входов и один выход, который принимает значение 1, если все входы равны 1 и принимает значение 0, если хотя бы один вход равен 0. Элемент И носит название схемы совпадения и может применяться как логический ключ, один из входных сигналов которого служит управляющим.

Логические элементы выполняют как на дискретных устройствах (диодах, транзисторах, резисторах), так и в виде интегральных микросхем.

Дешифраторы - это устройства, для преобразования кодов одного вида в другие.

3 Калибровка и поверка средств измерений

Калибровка средств измерений - совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и (или) пригодности к применению средства измерений. Определение аналогично поверке, от которой калибровку отличает то, что она распространяется на средства измерений, которые не подлежат государственному метрологическому контролю и надзору, т.е. поверке. Калибровка объединяет функции, выполнявшиеся ранее при метрологической аттестации и ведомственной поверке средств измерений.

Калибровке могут подвергаться средства измерения, не входящие в сферу распространения государственного контроля и надзора (либо применяемые вне сферы ГМКиН), но при этом необходимо проконтролировать их метрологические характерстики, например при выпуске СИ из производства или ремонта, при ввозе по импорту, при эксплуатации, прокате и продаже. Калибровку средств измерения выполняют калибровочные лаборатории или в соответствии с принятой в России терминологией «метрологические службы юридических лиц» с использованием эталонов, соподчиненных с государственными эталонами единиц величин. Средства калибровки (эталоны) подлежат обязательной поверке и при проведении калибровочных работ должны иметь действующие свидетельства о поверке.

Результаты калибровки позволяют определять:

действительные значения измеряемой величины; поправки к показаниям средств измерений;

погрешность средств измерений.

Основное принципиальное отличие калибровки от поверки , заключается в том, что калибровка не относится к процедуре подтверждения соответствия. Подтверждением соответствия является только поверка , при калибровке же, определяются действительные значения метрологических характеристик и она скорее является исследовательской работой. Как правило, ввиду отсутствия специальных методик, калибровка проводится по методикам поверки на калибруемые либо аналогичные им средства измерений. Однако калибровка может отличаться от поверки как в сторону упрощения, так и в сторону усложнения процедуры. При калибровке вполне правомерна постановка задачи определения характеристик погрешности средства измерений только в одной точке диапазона измерений и в условиях, отличающихся от нормальных.

Результаты калибровки средств измерений удостоверяются калибровочным знаком , наносимым на средства измерений или сертификатом о калибровке, а также записью в эксплуатационных документах.

В отличие от поверки, калибровка СИ является добровольной процедурой и может выполняться любой метрологической службой. Аккредитация на право калибровки так же является добровольной (не обязательной) процедурой и нужна в большей степени для признания результатов калибровки сторонними учреждениями и для поднятия имиджа предприятия.

3 3Поверка средств измерения

совокупность операций, выполняемых органами метрологической службы (другими уполномоченными на то органами, организациями) в целях определения и подтверждения соответствия средства измерений установленным техническим требованиям.

Эксплуатация средств измерения, не прошедших своевременную поверку, может приводить к получению ложной информации о ходе технологического процесса. В этом случае отличие полученных измерений от действительных значений не предсказуемо. Возможные результаты такой ситуации: нарушение работы систем безопасности, выход бракованной продукции, аварии технологического оборудования. Устранение последствий связано со значительными временными и экономическими потерями.

Проверка средств измерений возложена на аккредитованные в этой области лица. На лица, использующие средства измерения, возложена обязанность своевременного предоставления средств на поверку.

Средство измерений – техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящие или хранящие единицу величины, размер которой принимается неизменным в течении известного времени.

Метрологические характеристики средств измерений – характеристики свойств средств измерений.

Средства измерений классифицируются по их роли в процессе измерений и выполняемым функциям [ПЛАКАТ- Классификация СИ по их роли в процессе измерения и выполняемым функциям].

СИ можно классифицировать по двум признакам: конструктивное исполнение и метрологическое назначение.

По конструкторскому исполнению средства измерений делятся:

1 меры (например, гиря);

2 измерительные преобразователи (термопара);

3 измерительные приборы (вольтметр);

4 измерительные установки и системы (разрывная машина).

По метрологическому назначению средства измерений делятся:

1 рабочие средства измерений;

2 эталоны.

По уровню стандартизации средства измерений делятся:

Стандартизированные, изготовленные в соответствии с требованием стандартов;

Не стандартизированные, предназначенные для решения специальной измерительной задачи.

К нестандартным средствам измерения относятся вязкозиметры ВЗ-4, ВЗ-246, маятниковый прибор, шкала гибкости, клин и т.д. К средствам испытаний: камера влажности Г-4, камера солевого тумана КСТ, камера сернистого газа и т.д.

Измерительные преобразователи - 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 и промежуточные преобразователи.

Измерительный прибор - СИ, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне.

Измерительная установка - совокупность функционально объединенных элементов - мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, предназначенных для измерения одной или нескольких физических величин и расположенных в одном месте. Измерительную установку, предназначенную для испытаний каких-либо изделий иногда называют испытательным стендом.

Измерительная система - совокупность функционально объединенных элементов, размещенных в разных точках контролируемого пространства с целью измерений одной или нескольких физических величин свойственных этому пространству.

Технические системы и устройства с измерительными функциями представляет собой технические системы и устройства, которые наряду с основными выполняют и измерительные функции. Они имеют один или несколько измерительных каналов. Примером таких систем являются диагностическое оборудование.

Рабочие СИ предназначены для проведения технических измерений. По применению разделяют:

Лабораторные (повышенная точность и чувствительность);

Производственные (повышенная стойкость к ударно-вибрационным нагрузкам высоким и низким температурам);

Полевые (повышенная стабильность в условиях резкого перепада температур высокой влажности).

К средствам измерений относится и эталон.

Эталоны являются высокоточными СИ, именно поэтому используются для проведения метрологических измерений в качестве средств передачи информации о размере единицы.

Эталон – высокоточная мера, предназначенная для воспроизведения и хранения единицы величины с целью передачи ее размера другим средствам измерения. От эталона единица величины передается разрядным эталонам, а от них рабочим средствам измерения.

Эталоны классифицируются как:

Первичные

Вторичные

Рабочие (разрядные).

Первичный эталон может быть международным и национальным. Первичный эталон – эталон воспроизводящий единицу величины с наивысшей точностью возможной в данной области измерений на современном уровне научно – технических достижений.

Международный эталон хранит и поддерживает международное бюро мер и весов (МБМВ).

Вторичные эталоны – эталоны свидетели, предназначенные для проверки сохранности гос. эталонов и его замены в случае порчи или утраты.

Эталоны копии – для передачи размеров единиц рабочим эталонам.

Эталоны сравнения – предназначены для сличения эталонов.

Воспроизведение единицы величины – совокупность операций по материализации величины с наивысшей точностью посредством государственных эталонов или образцового средства измерения. Различают воспроизведение основных и производных единиц.

Для некоторых единиц величин эталоны отсутствуют или нет необходимости их создания. Например, нет эталона площади.

Для некоторых единиц величин нет необходимости в создании эталонов для воспроизведения и хранения, т.к. достаточно наличие образцовых средств измерения.

Средства измерений классифицируются по весьма разнообразным признакам, которые в большинстве случаев взаимно независимы и в каждом средстве измерений могут находиться почти в любых сочетаниях.

К числу этих признаков относятся: тип и вид контролируемых физических величин; назначение; число проверяемых параметров при одной установке объекта измерения; принцип действия; способ образования показаний; способ получения числового значения измеряемой величины; точность; условия применения; степень защищенности от внешних магнитных и электрических полей; прочность и устойчивость против механических воздействий и перегрузок; стабильность; чувствительность; пределы и диапазоны измерений; роль, выполняемой в системе обеспечения единства измерений; уровень автоматизации; уровень стандартизации; отношению к измеряемой физической величине.

Классификация СИ по типу контролируемых величин

Классификация средств измерения и контроля по типу контролируемых физических величин представлена на рис. 7.8.

Рис. 7.7. Классификация средств измерения и контроля по типу физических величин

В условиях расширяющейся автоматизации технологических процессов обработки деталей и сборки узлов и агрегатов машин, повышения требований к производительности, точности и качеству обработки при массовом производстве машин все большее значение приобретают автоматические средства контроля. Они классифицируются по числу проверяемых параметров, степени автоматизации, способу преобразования измерительного импульса, месту установки в технологическом процессе , воздействию на технологический процесс (рис. 7.8).

Отнесение контрольных операций к ручным, полуавтоматическим или автоматическим можно выполнять по отношению времени, затрачиваемому на ручные операции, к общему (суммарному) времени контроля tx. Если tp/tz< 0,5, то контроль считается ручным (например, контроль ручными калибрами или шкальными средствами измерения). Если 0,02 < tv/tz< 0,5, то контроль считается полуавтоматическим (например, установка объекта контроля на стол контрольного приспособления выполняется вручную, а последующий процесс контроля показаний - автоматически). Если tp/tz < 0,02, то контроль считается автоматическим (установка объекта контроля, его измерение, оценка результатов и снятие объекта контроля выполняются без участия оператора).

По назначению

По назначению СИ делятся на универсальные и специальные;

По числу проверяемых параметров

По числу проверяемых параметров при одной установке объекта измерения - одномерные и многомерные;

Ту или иную величину можно измерять при помощи средств измерений, отличающихся одно от другого принципом действия. Различия этих принципов связаны с использованием различных физических явлений. Например, для измерения длины применяют механические, оптические, пневматические и электрические устройства. Кроме того, могут быть различными способы использования одного и того же физического явления. Так, различие принципа действия электроизмерительных устройств, в которых используется взаимодействие электрического тока и магнитного потока, заключается в способе получения, форме и характере магнитного потока.

По способу образования показаний

По способу образования показаний измерительные приборы можно разделить на три основные группы: показывающие, самопишущие и приборы с наводкой.

Рис. 7.8. Классификация автоматических средств контроля

Показывающие измерительные приборы, если на них воздействует измеряемая величина, дают показание, не требуя от наблюдателя каких-либо дополнительных операций. Указатель отсчетного устройства перемещается без воздействия человека и наблюдается визуально. Самопишущие измерительные приборы , кроме шкалы и указателя, содержат механизм, записывающий показания прибора и измерения изменяющейся величины в виде диаграммы. Измерительные приборы с наводкой требуют обязательного вмешательства человека, который перемещением тех или иных талей или подбором мер добивается достижения определенного эффекта-обычно приведения к нулю показания нулевого индикатора. По достижении этого положения производится отсчет показаний по отсчетному приспособлению или по сумме подобранных мер.

По способу получения значения измеряемой величины приборы можно разделить на две группы: приборы непосредственной оценки и компарирующие приборы (приборы сравнения).

Для каждого средства измерения устанавливают границы условий их применения , имея в виду, что.именно в пределах этих границ нормируются и обеспечиваются те их свойства, которые определяют уровень точности их показаний.

Постоянно действующей, влияющей на средства измерений, величиной является магнитное тюле Земли. В каждой точке поверхности Земли оно приблизительно постоянно. Магнитное поле Земли и другие магнитные поля влияют на показания ряда средств измерений, принцип действия которых основан на использовании магнитных и электромагнитных явлений. Магнитные поля, возникающие в современных технических устройствах, во много раз сильнее магнитного поля Земли, поэтому от них необходимо защищать даже не очень чувствительные средства измерений. Так как защита от влияния магнитных полей всегда усложняет и удорожает средства измерений, то применяют не только при наличии таких магнитных полей, которые могут повлиять на него. В зависимости от напряженности магнитных полей используют средства измерений, соответствующим образом защищенные от них. Для электроизмерительных приборов разработана классификация по степени защищенности их от влияния магнитных полей. Введены две категории защищенности: I и II. Категории I соответствует большая степень защищенности (ГОСТ 1845-59).

На показания измерительных приборов, основанных на использовании электростатистических явлений, влияют электрические поля. На степени защищенности от влияния электрических полей также введены категории.

Классификация по прочности и устойчивости против механических воздействий и перегрузок

Существуют внешние явления, воздействие которых не выражается в непосредственном влиянии на показания средств измерений, но они могут явиться причиной порчи и нарушения действий механизма. На средства измерений могут воздействовать вода, другие жидкости и газы, пыль и т. д. От воздействия этих факторов средства измерений защищают кожухами или выполняют их в корпусах из особых материалов с применением защитных покрытий . По степени защиты от внешних воздействий различают средства измерений обыкновенные, пылезащищенные, брыз-гозащищенные, водозащищенные, герметические, газозащищенные, взрывобезопасные.

Классификация по стабильности показаний средств измерений. Значения мер или показания измерительных приборов изменяются нередко и без воздействия внешних факторов по истечении более или менее длительного времени. Причиной таких изменений в большинстве случаев являются внутренние структурные изменения материалов, из.которых изготовлены основные детали средства измерения. Таким изменениям, называемым старением, в большей степени подвержены сплавы металлов и органические материалы.

По роли, выполняемой в системе обеспечения единства измерений

По роли, выполняемой в системе обеспечения единства измерений, СИ делятся на:

метрологические, предназначенные для метрологических целей - воспроизведения единицы и (или) ее хранения или передачи размера единицы рабочим СИ;
рабочие, применяемые для измерений, не связанных с передачей размера единиц.

Подавляющее большинство используемых на практике СИ принадлежат ко второй группе. Метрологические средства измерений весьма немногочисленны. Они разрабатываются, производятся и эксплуатируются в специализированных научно-исследовательских центрах.

По уровню стандартизации

По уровню стандартизации средства измерений подразделяются на:

стандартизованные, изготовленные в соответствии с требованиями государственного или отраслевого стандарта;
нестандартизованные (уникальные), предназначенные для решения специальной измерительной задачи, в стандартизации требований к которым нет необходимости.

Основная масса СИ являются стандартизованными. Они серийно выпускаются промышленными предприятиями и в обязательном порядке подвергаются государственным испытаниям. Нестандартизованные средства измерений разрабатываются специализированными научно-исследовательскими организациями и выпускаются единичными экземплярами. Они не проходят государственных испытаний, их характеристики определяются при метрологической аттестации.

По отношению к измеряемой физической величине

По отношению к измеряемой физической величине средства измерений делятся на:

основные - это СИ той физической величины, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей
вспомогательные - это СИ той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерения необходимо учесть для получения результатов измерения требуемой точности.

В.Я. Володарский

Казалось бы, праздный вопрос, ответ на который знает любой обыватель: рулетка, весы - безмен и т.п. А уж специалисты - метрологи вообще удивятся даже постановке этого вопроса. А так ли прост ответ?

Что такое вольтметр, радиовысотомер, радиолокатор, газоанализатор и манометр? Что общего и в чем разница?

Можно попытаться найти ответ на этот "непраздный" вопрос в Законе РФ "Об обеспечении единства измерений" [I], государственных документах высшего ранга (государственных стандартах) , подзаконных документах , международных словарях [б], научных трудах. Но ответа нет. А ведь в отношении средств измерений (СИ) действует ряд нормативных документов, регламентирующих специфику их разработки, испытаний, выпуска, применения, содержания и т.п. Например, упомянутый выше Закон Российской Федерации.

В Законе сказано (ст. I): "Средство измерений - техническое устройство, предназначенное для измерений". Понимая нечеткость такого определения (под это определение с равной правотой подпадают государственные эталоны и шкафы, в которых они размещены), авторы Закона оговаривают уточнение, поэтому в ст. 8 этого Закона сказано:

"I. Средства измерений используются для определения величин, единицы которых допущены в установленном порядке к применению в Российской Федерации, и должны соответствовать условиям эксплуатации и установленным (ГДЕ? КАКИМ?) требованиям.

2. Решения об отнесении технического устройства к средствам измерений и об установлении интервалов между поверками принимает Госстандарт России".

В отношении к этим техническим устройствам Закон определяет государственную политику: в ст. 13 "Сферы распространения государственного метрологического контроля и надзора" оговорено, что государственный надзор распространяется и на "обеспечение обороны страны". В ст. 14 Закона "Утверждение типа средств измерений" оговорено, что решение об утверждении типа принимается Госстандартом России, утвержденный тип средств измерений вносится в Государственный реестр средств измерений, который ведет Госстандарт России.

Первый вывод: под средствами измерений понимаются только такие технические устройства, которые внесены в Госреестр и подлежат периодической поверке (калибровке).

Аналогичное положение имеет место и в военных нормативных документах :

"3.2. Средство измерений военного назначения - средство измерений, разработанное и (или) применяемое в установленном порядке для измерений в сфере обороны.

Примечания:

1. К средствам измерений военного назначения относятся эталоны, меры, измерительные приборы и преобразователи (датчики) величин, измерительные установки, измерительные системы и комплексы, подвижные лаборатории и комплексы измерительной техники, а также другие технические устройства, отнесенные установленным порядком к средствам измерений военного назначения.

2. Для отнесения технического устройства к средствам измерений военного назначения необходимо одновременное выполнение следующих условий:

Техническое устройство должно быть предназначено для измерений (воспроизведения и (или) передачи размеров единиц) величин и иметь нормированные метрологические характеристики;

Техническое устройство должно быть предназначено для применения (применяться) в сфере обороны.

Опять вопрос: радиовысотомер и шинный манометр для КРАЗа. на котором смонтирован радиолокатор. Являются ли эти технические устройства средствами измерений?

3. Отнесение технических устройств к средствам измерений военного назначения осуществляет заказчик совместно с разработчиком. Правильность отнесения технических устройств к средствам измерений контролируют соответствующие метрологические службы при проведении установленным порядком метрологического контроля (надзора) и метрологической экспертизы.

В случае разногласий заключение об отнесении технических устройств к средствам измерений дает орган управления Метрологической службы Вооруженных Сил Российской Федерации по представлению 32 ГНИИИ Министерства обороны Российской Федерации. Окончательное решение принимает Комитет Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации (государственные научные метрологические центры по специализации) по представлению органа управления Метрологической службы Вооруженных Сил Российской Федерации.

4. Тактико-технические задания (технические задания) на разработку и модернизацию средств измерений военного назначения, предназначенных для применения в Вооруженных Силах и других войсках Российской Федерации, подлежат обязательному согласованию с 32 ГНИИИ Министерства обороны Российской Федерации. При этом, если средства измерений военного назначения предназначены для ограниченного применения в одном или нескольких видах (родах войск) Вооруженных Сил, то тактико-технические задания (технические задания) на их разработку дополнительно согласовываются с метрологическими службами соответствующих видов (родов войск) Вооруженных Сил.

Тактико-технические задания на разработку и модернизацию эталонов подлежат обязательному согласованию с государственными научными метрологическими центрами по специализации".

Несмотря на то, что примечание к п. 3.2. в десятки раз больше текста, ясности по-прежнему нет.

Итак, тот же вопрос: являются ли радиовысотомеры и радиолокаторы средствами измерений, и распространяются ли на них Закон России и военные стандарты, а если нет, то - почему? Согласно Закону России, так как эти технические средства не внесены в Госреестр и не подлежат поверке, то они не являются средствами измерений, т.е. не имеют нормированных метрологических характеристик и не производят сравнения высоты и дальности с принятыми единицами длины. Аналогично эти технические устройства не подпадают под прямую трактовку военных стандартов . А манометр и вольтметр могут быть и просто "средствами измерений" и даже "средствами измерения военного назначения"!

Но такая трактовка этого термина вряд ли правомерна.

В нашей стране и мире имеются словари и терминологические специализированные документы по метрологии - науке о точности, где приведены определения этого распространенного термина.

Так, в Международном словаре сказано:

"4.1. Средство измерений - устройство, предназначенное для выполнения измерений самостоятельно или вместе с дополнительным устройством".

В основополагающем отечественном терминологическом стандарте этот термин определен так: "6.2. Средство измерений - техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящие и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. Примечания. 1. Приведенное определение вскрывает суть средства измерений, заключающуюся, во-первых, в "умении" хранить (или воспроизводить) единицу физической величины; во-вторых, в неизменности размера хранимой единицы. Эти важнейшие факторы и обусловливают возможность выполнения измерения (сопоставление с единицей), т.е. "делают" техническое средство средством измерений. Если размер единицы в процессе измерений изменяется более чем установлено нормами, таким средством нельзя получить результат с требуемой точностью. Это означает, что измерять можно лишь тогда, когда техническое средство, предназначенное для этой цели, может хранить единицу, достаточно неизменную по размеру (во времени). 2. При оценивании величин по условным шкалам, шкалы выступают как бы "средством измерений" этих величин".

В "Словаре-справочнике" , уточняющем многие термины, этот термин имеет другое определение и пояснения к нему:

"5.1. Средство измерений - техническое средство (или их комплекс), предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. Примечания:!. Приведенное определение вскрывает метрологическую суть средства измерений, заключающуюся: во-первых, - в "умении" хранить (или воспроизводить) единицу физической величины; во-вторых - в неизменности размера хранимой единицы. Эти важнейшие факторы и обусловливают возможность выполнения измерения (сопоставления с единицей), т.е. "делают" техническое средство средством измерений.".

В проекте "Руководства по метрологическому обеспечению Вооруженных Сил Российской Федерации" (1998 г.) приведено достаточно корректное определение: "средство измерений - средство измерений военного назначения - разработанное и (или) применяемое в установленном порядке для измерений в Вооруженных Силах Российской Федерации. Средства измерений при решении задач обеспечения единства измерений делятся на военные эталоны, рабочие эталоны и рабочие средства измерений".

Можно процитировать еще ряд терминологических документов, но вопроса, поставленного в заголовке, не возникнет, если не обращаться к важнейшим документам . Характерным для всех процитированных терминологических документов, по нашему мнению, является тот факт, что в них рассматриваются технические устройства с точки зрения основного применения - для всех этих технических устройств основной целью применения является передача размера узаконенных единиц измерений, о чем отмечено во всех терминах.

Вероятнее всего, неблагополучное положение дел с этим термином обусловлено ошибочной попыткой в новых основополагающих документах решить одновременно две задачи: дать определение понятию, с одной стороны, и, с другой стороны, - одновременно установить формы метрологического обеспечения (обслуживания) различных по назначению технических устройств, являющихся по своей природе "средствами измерений физических величин". Возможно, задачу следует разделить и решать по отдельности эти проблемы: определение и формы обслуживания.

Так, в качестве определения может быть предложено такое:

"Под средствами измерений (СИ)1 понимаются технические устройства, целью применения которых является воспроизведение и (или) измерение физических величин в установленных единицах с гарантированными метрологическими характеристиками"2.

В ВВС, равно как и в других видах Вооруженных Сил и сферах гражданского применения той или иной техники, широко распространены технические объекты, являющиеся по своему принципу действия средствами измерений: радиовысотомеры, курсовые и глиссадные системы посадки, радиолокационные станции и т.п.

Принципиальное отличие их от рассматриваемых в настоящем документе средств измерений заключается в конечной цели применения : для СИ конечной целью применения является передача значения узаконенных единиц измерений, например, для оценки технического состояния тех или иных объектов техники, иными словами конечной целью применения СИ является определение (количественная оценка) физических величин - напряжения, давления, длины и т.п.

Для технических объектов, которые по своему принципу действия также являются средствами измерения, передача или воспроизведение единиц физических величин не являются конечными целями, а служат средством для достижения иных - конкретных целей: для радиовысотомера, курсовых и глиссадных систем -обеспечение навигационных задач; для радиолокационной станции - обнаружение и поражение целей и т.д.

Формы контроля метрологических характеристик средств измерений (формы метрологического обслуживания средств измерений) зависят от целей и сфер применения данного технического объекта и определяются соответствующими государственными или военными нормативными документами. Такими формами контроля могут быть, например, поверка, калибровка, контроль параметров в процессе технического обслуживания и т.п.

Предлагаемое определение, во-первых, соотносится со ст. 8 упомянутого Закона: "Средства измерений используются для определения величин, единицы которых допущены в установленном порядке к применению в Российской Федерации..." и не противоречит военным стандартам.

Во вторых, этот термин относится как к эталонам единиц, так и к стандартным образцам, измерительным преобразователям, измерительным усилителям, автоматизированным системам контроля и другим подобным СИ.

В третьих, под этот термин нельзя подвести испытательную камеру или шкафы для размещения эталонов, а также прочие "технические устройства, предназначенные для измерений".

И, наконец, такое определение освободит Госстандарт России и орган управления Метрологической службы Вооруженных Сил Российской Федерации каждый раз принимать решение о целесообразности "отнесения технических устройств к средствам измерений".

Естественно, определение этого термина может быть и иным, но оставлять существующее в вряд ли целесообразно.

Синонимы: специальные средства измерений ВВС - ССИ, контрольно-поверочная аппаратура - КПА, средство измерений военного назначения - СИВН, специальное войсковое средство измерений - СВСИ, автоматизированные системы контроля - АСК.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Закон Российской федерации "Об обеспечении единства измерений".

2. РМГ 29-99. ГСИ. "Метрология. Основные термины и определения".

3. ГОСТ Р В 8.560-95. ГСИ. "Средства измерений военного назначения. Испытания и утверждение типа".

4. Методический материал по организации и порядку проведения испытаний и утверждению типа средств измерений военного назначения. (Требования ГОСТ РВ 8.560-95)

5. Основные термины в области метрологии. Словарь-справочник под ред. Ю.В. Тарбеева. -М.: Изд. стандартов, 1989.

6. International Vocabulary of Basic and General Terms in Metrology. ISO, 1993.

Технические средства измерений – это совокупность технических средств, предназначенных для измерений, воспроизводящих и (или) хранящих единицу или шкалу физической величины и имеющих нормированные метрологические характеристики, позволяющие судить о точности результатов измерений. По назначению средства измерений разделяют на:

2) измерительные преобразователи;

3) измерительные приборы;

4) измерительные устройства;

5) измерительные комплексы.

Мера – это средство измерения, предназначенное для воспроизведения одной физической величины (параметра). При использовании меры пользуются понятием номинального и действительного значения мер. Номинальное значение меры указывается на ней, а действительное значение указывается в паспорте как результат использования высокоточного средства измерения. Разность между ними – погрешность меры .

Меры разделяют на:

а) однозначные меры , например, гиря;

б) многозначные меры. Они воспроизводят ряд одноименных величин различного размера. Это измерительный инструмент: линейка, угольник;

в) набор мер – комплект мер, применяемых как в отдельности, так и в различных сочетаниях с целью воспроизведения одноименных физических величин различного размера, например, набор разновесов;

г) магазин мер – это комплекс одноименных мер, конструктивно объединенных в единое устройство, имеющего возможность для их соединения в различных сочетаниях, например, магазин сопротивлений;

Особую группу технических средств измерений представляют специальные меры . К ним относят бесшкальные измерительные инструменты, предназначенные для сравнения с ними размеров и формы поверхностей детали или соединений и определения их соответствия (несоответствия) допустимым значениям. Специальные меры разделяют на калибры (скобы и пробки), шаблоны, щупы. Калибры разделяют на нормальные (воспроизводят номинальные размеры и форму) и предельные (воспроизводят размеры, соответствующие верхнему и нижнему пределам допуска на контролируемый параметр). Скобы используются для контроля размеров валов, пробки для контроля размеров отверстий, шаблоны для контроля изделий сложной формы, щупы для контроля зазоров. Специальные меры просты по конструкции, экономичны и характеризуются высокой производительностью измерений в массовом производстве.

Измерительные преобразователи – средства измерений, предназначенные для преобразования измеряемой величины, неподдающейся непосредственному восприятию в форму, удобную для регистрации, передачи и обработки. По назначению и функциям преобразователи разделяют на:

а) первичный преобразователь – это преобразователь, стоящий первым в измерительный цепи, например, термопарный преобразователь (термопара);

б) промежуточный преобразователь – это преобразователь, занимающий место после первичного и использующийся как усилитель, например, трансформатор напряжения;

в) передающий преобразователь – это преобразователь, предназначеный для дистанционной передачи сигнала на расстояние (например, видикон, использующийся как преобразователь светового изображения объекта в электронное);

г) масштабный преобразователь – это преобразователь, изменяющий измеряемую физическую величину в заданное число раз, например, шунт в цепях постоянного тока.

Современные электрические методы измерений дают возможность измерить практически любую физическую величину, преобразовав ее в электрический сигнал. Такие измерительные преобразователи называют датчиками (датчики температуры, перемещений, давлений и др.). Датчики по способу передачи сигнала разделяют на контактные , например, термопара, и бесконтактные , например, пирометр. Датчики используют для регистрации, передачи, обработки сигнала, а также для воздействия на управляемые процессы.

Измерительные приборы – средства измерений, предназначенные для получения измерительной информации в форме, удобной для восприятия ее оператором. Приборы классифицируют по различным признакам.

1) По принципу получения результата измерения приборы разделяют на:

а) приборы прямого действия ;

б) приборы сравнения .

Измерительные приборы прямого действия состоят из чувствительного элемента (например, подвижной рамки амперметра магнитоэлектрического типа), находящегося под непосредственным воздействием измеряемой величины и измерительного механизма преобразующего измеряемую величину в угловое перемещение указателя (стрелки) отсчетного устройства , имеющего соответствующую шкалу. Шкалы приборов прямого действия разделяют на прямолинейные, угловые, односторонние и двусторонние.

Приборы сравнения предназначены для сравнения измеряемой величины с величинами, значения которых известны, например, оптические пирометры.

2) По назначению измерительные приборы разделяют на:

- универсальные ;

- специализированные .

Универсальные приборы используют для измерения различных физических величин, например, тестер. Специализированные приборы предназначены для измерения одноименных параметров.

3) По характеру показаний измерительные приборы разделяют на:

- показывающие (аналоговые и цифровые приборы);

- регистрирующие (самопишущие и печатные приборы).

В аналоговых приборах выходной сигнал является физическим аналогом измеряемой величины. Например, в амперметре магнитоэлектрического типа, перемещение подвижной рамки соответствует изменению силы тока в электрической цепи. Показания приборов этого типа являются непрерывной функцией измерения физической величины. Принцип действия прибора (тип прибора)

В цифровом приборе выходной сигнал содержит информацию о значении измеряемой величины в цифровой форме. Показания приборов этого типа являются дискретной функцией измерения физической величины.

В самопишущих приборах запись параметров осуществляется в виде диаграммы. В печатающих приборах запись показаний выполняется путем печати в цифровой форме.

Совокупность измерительных преобразователей и измерительных приборов, соединенных друг с другом, называют измерительными устройствами , а совокупность средств измерений, предназначенных для измерения нескольких физических величин и используемых в системах автоматизированного контроля и обработки информации по заданному алгоритму, называют измерительными комплексами (системами).

Технические средства измерений имеют определенные метрологические характеристики. Под метрологическими характеристиками понимают характеристики средств измерений, которые дают возможность определить их пригодность для измерения в определенном диапазоне и с определенной точностью. К ним относятся:

1) длина деления шкалы – расстояние между двумя соседними отметками шкалы (мм);

2) диапазон измерения – область значений между начальным и конечным значением шкалы;

3) цена деления шкалы – разность значений физической величины между двумя соседними отметками шкалы;

4) чувствительность – способность измерять малые сигналы источника. Она определяется отношением размерностей выходной и входной физических величин:

Где a – длина деления шкалы; с – цена деления шкалы.

К значимым метрологическим характеристикам относят погрешности средств измерения , разделяющиеся на абсолютные, относительные и приведенные. Эти погрешности определяются при поверке приборов с использованием более точных средств измерения. При этом сравниваются (сличаются) показания поверяемого рабочего средства измерений х раб с более точным средством измерения х действ. Погрешности определяются по следующим формулам:

- абсолютная погрешность средства измерения.

- относительная погрешность средства измерения.

Приведенная погрешность – отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению х N , в качестве которого условно принимают конечное значение шкалы прибора, если начальное значение равно 0:

Где х N = х max , Δх – абсолютная погрешность средства измерения.

Зная абсолютную погрешность средства измерения можно определить ошибку метода измерения S(х) в соответствии с правилом «трех сигм».

Абсолютная и относительная погрешность имеют пределы , под которыми понимают наибольшую погрешность средства измерения. Если рабочее средство измерений имеет погрешности в установленных пределах, то оно будет признано пригодными к эксплуатации. Пределы погрешностей указываются в техническом паспорте средства измерения.

Под пределом приведенной погрешности понимают класс точности прибора, который устанавливается стандартами и является обобщенной характеристикой средства измерения. Класс точности выбирают из следующего ряда: (1; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6) ·10 n , где n = 1; 0; -1; -2 и т.д. Класс точности позволяет определить предельную абсолютную погрешность средства измерения: .

Класс точности указывают в паспортных данных на средство измерения или в виде символа обозначают на циферблате, например, электроизмерительного прибора.

Используя приборы с более высоким классом точности и с наименьшим конечным значением шкалы, обеспечивают меньшую абсолютную погрешность средства измерения. При выборе средства измерения параметров процесса или изделия метрология устанавливает правило, в соответствии с которым предельная абсолютная погрешность средства измерения не должна превышать 30% допуска на измеряемый параметр. Например, при допуске напряжения ±5 В предельная абсолютная погрешность вольтметра не должна превышать ±1,5 В.

Контрольные вопросы. Темы 3 – 4

1. Что такое погрешность измерений? Что такое абсолютная и относительная погрешности? Что такое грубая погрешность? Приведите причины появления грубой погрешности. Что такое сомнительный результат? Как обнаруживают грубую погрешность?

2. Что такое систематическая погрешность? Приведите и объясните виды систематической погрешности. Почему систематические погрешности являются наиболее опасными? Как обнаруживают и исключают систематические погрешности? Приведите примеры этих погрешностей. Что такое поправка? Приведите пример поправки. Что такое неисключенные остатки систематической погрешности?

3. Что такое случайная погрешность? Можно ли исключить случайную погрешность? Как представляют результаты измерений с многократными наблюдениями? Что такое гистограмма? Как строят гистограмму? Что такое плотность вероятности?

4. Нарисуйте и объясните закон, которым описывается распределение случайной величины при большом числе наблюдений? Приведите его основные характеристики. Что такое доверительный интервал, доверительная вероятность и уровень значимости?

5. Нарисуйте график распределения случайной погрешности. Объясните его особенности. Приведите функцию Лапласа. Что она позволяет определить? Приведите примеры.

6. Нарисуйте и объясните особенности и характеристики закона, которым описывается распределение случайной погрешности при ограниченном числе наблюдений.

7. Приведите формулы и объясните два метода определения случайной погрешности. Как уменьшить случайную погрешность результата измерения при ограниченном числе наблюдений? Как определить необходимое число наблюдений, чтобы абсолютная погрешность результата измерения не превышала установленного значения?

8. Что такое относительная погрешность результата измерения? Как поступить, если систематическая и случайная погрешности близки? Что такое методика измерений? Что такое качество измерений? Объясните характеристики качества измерений. Как записывают результат измерения и границы доверительного интервала

9. Что такое технические средства измерений? Как разделяют технические средства измерений по назначению? Что такое мера? Какими значениями характеризуется мера? Что такое погрешность меры? Как разделяют меры? Приведите примеры

10. Что такое специальные меры? Приведите примеры и объясните их назначение

11. Что такое измерительный преобразователь? Как их классифицируют? Приведите примеры и объясните их назначение. Приведите рисунок и объясните, во сколько раз расширяются пределы измерения амперметра магнитоэлектрического типа при подключении шунта? Что такое датчик? Приведите примеры датчиков. Как классифицируют датчики?

12. Что такое измерительный прибор? Что такое приборы прямого действия и сравнения? Из каких элементов состоят измерительные приборы? Какие бывают шкалы приборов? Что такое универсальные и специализированные приборы? Приведите примеры

13. Что такое показывающий и регистрирующий приборы? Приведите рисунки электроизмерительных приборов магнитоэлектрического и электромагнитного типов. Что такое измерительные устройства и комплексы?

14. Что такое метрологические характеристики технических средств измерений? Приведите и объясните их

15. Что такое абсолютная, относительная и приведенная погрешности средств измерения? Что такое пределы абсолютной и относительной погрешности? Как определяют пригодность средства измерения к эксплуатации? Где указывают пределы погрешностей?

16. Что такое класс точности технического средства измерения? Приведите ряд классов точности. Что дает знание класса точности средства измерения? Как выбирают класс точности средства измерения? Приведите пример выбора технического средства измерения

Похожая информация.