Средства измерения и их метрологические характеристики
Средством измерения (СИ) называется техническое средство, 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.
Метрологическая характеристика СИ – это характеристика одного из его свойств, влияющих на результат измерений или его погрешность.
Средства измерения классифицируют по следующим признакам:
-по конструктивному исполнению;
-по метрологическому назначению;
-по уровню стандартизации.
По конструктивному исполнению СИ подразделяются на меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи, измерительные установки, измерительные системы.
Мера физической величины – это СИ, предназначенное для воспроизведения и/или хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с заданной точностью. Различают следующие разновидности мер: однозначная мера (например, гиря 1кг, мерная колба), многозначная мера (например, бюретка, линейка), набор мер, магазин мер (набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство, в котором имеются приспособления для их соединения в различных комбинациях (например, магазин электрических сопротивлений).
К мерам относятся также стандартные образцы и образцовые вещества.
|
|
|
Стандартный образец — это мера для воспроизведения единиц величин, характеризующих свойства или состав веществ и материалов. Например, стандартный образец свойств ферромагнитных материалов, образцы шероховатости поверхности.
Образцовое вещество — это вещество с известными свойствами, воспроизводимыми при соблюдении условий приготовления, указанных в утвержденной спецификации. Например, «чистая» вода, «чистые» газы, «чистые» металлы.
Образцовые вещества воспроизводят строго регламентированный состав веществ и широко используются при производстве количественных химических анализов и в создании реперных точек шкал. Например, «чистый» цинк служит для воспроизведения температуры 420° С.
Измерительный прибор — средство измерения, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне (рН-метры, весы, фотоэлектроколориметры и др.).
Измерительные приборы бывают аналоговыми и цифровыми. Аналоговым измерительным прибором называется измерительный прибор, показания которого является непрерывной функцией измеряемой величины (вольтметр, ртутный термометр и так далее). Цифровым измерительным прибором называется прибор, показания которого представлены в цифровой форме (преобразование сигнала в значение физической величины происходят дискретно).
|
|
|
По типу отсчетного устройства измерительные приборы делят на показывающие, регистрирующие, самопишущие.
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. Измерительные преобразователи могут быть первичными, к которым подведена измеряемая величина, и промежуточными, которые располагаются в измерительной цепи за первичными. Примерами первичных измерительных преобразователей являются датчики термопары, электроды рН-метров.
Измерительная система – это совокупность средств измерений 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. Рабочее средство измерений – это СИ, предназначенное для измерений, не связанных с передачей размера единицы другим средствам измерений. 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 и применяемые в соответствии с требованиями государственного или отраслевого стандарта и соответствующие техническим характеристикам установленного типа средств измерения, полученным на основании государственных испытаний, и внесенные в Государственный реестр СИ.Нестандартизованные – это уникальные средства измерения, предназначенные для специальной измерительной задачи, стандартизация требований к которым признана нецелесообразной. Они не подвергаются государственным испытаниям, а подлежат метрологической аттестации.
Метрологические характеристики средств измерений обеспечивают:
|
|
|
-возможность установления точности измерений;
-достижение взаимозаменяемости и сравнение средств измерений между собой;
-выбор нужных средств измерений по точности и другим характеристикам;
-определение погрешностей измерительных систем и установок;
-оценку технического состояния средств измерений при их поверке.
Метрологические характеристики, установленные документами, считаются действительными.
На практике наиболее распространены следующие метрологические характеристики средств измерений:диапазон измерений, предел измерения, шкала измерительного прибора, цена деления шкалы, чувствительность, погрешность.
Диапазон измерений — это область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые пределы погрешности СИ.
Предел измерения — наибольшее или наименьшее значение диапазона измерения.
Шкала измерительного прибора— градуированная совокупность отметок и цифр на отсчетном устройстве средства измерения, соответствующих ряду последовательных значений измеряемой величины. Различают равномерные и неравномерные шкалы.
Цена деления шкалы — разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Приборы с равномерной шкалой имеют постоянную цену деления, а с неравномерной — переменную. В этом случае нормируется минимальная цена деления.
Чувствительность — отношение изменения сигнала ∆унавыходе средства измерения к вызвавшему его изменению ∆х сигнала на входе: S = ∆у/∆х. Например, для стрелочных средств измерений это отношение перемещения конца стрелки к вызвавшему его изменению измеряемой величины
Параметры х и у, как правило, выражены в различных единицах, например, миллиметрах и амперах, градусах и вольтах. Поэтому величина S может иметь, например, размерность [мм/А], [°/В], [мм/В] и т. д.
Чувствительность нельзя отождествлять с порогом чувствительности — наименьшим значением измеряемой величины, способным вызвать заметное изменение показаний прибора.
Основная нормируемая метрологическая характеристика средств измерений — это погрешность, т. е. разность между показаниями средств измерений и истинными (действительными) значениями физических величин. Погрешности средств измерения могут быть классифицированы по различным признакам, в том числе:
-по происхождению (инструментальные и методические);
-по характеру проявления (систематические, случайные, грубые промахи);
-по способу выражения (абсолютные, относительные и приведенные).
Абсолютные погрешности ∆X выражаются в единицах измеряемой физической величины и определяются по формуле
∆Xп = Xп- Xд,
где Xп – показание прибора,
Xд – действительное значение измеряемой физической величины.
Относительная погрешность σ выражается отношением абсолютной погрешности СИ ∆X к действительному значению измеряемой физической величины:
σ = 
.
Приведенная погрешность γ выражается отношением абсолютной погрешности СИ ∆Xп к условно принятому значению физической величины (нормирующему) ХN и определяется по формуле
γ = 
.
При технических измерениях, когда не учитываются различные влияющие дестабилизирующие факторы, как правило, используется более грубое нормирование — присвоение средству измерения определенного класса точности.
Классы точности присваивают средствам измерений при их разработке по результатам государственных приемочных испытаний.
Класс точности СИ – обобщенная характеристика данного типа СИ, как правило, отражающая уровень их точности, выражаемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность.
Класс точности дает возможность судить о том, в каких пределах находится погрешность СИ одного типа, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью каждого из этих средств.
Обозначение класса точности наносится на циферблаты, щитки и корпуса СИ, приводятся в нормативно-технических документах со ссылкой на стандарт или технические условия, в которых установлен класс точности для этого типа СИ.
Обозначения класса точности могут иметь форму:
-заглавных букв латинского алфавита (например, М, С и так далее, чем дальше буква от начала алфавита, тем больше значение допускаемой абсолютной погрешности);
-римских цифр (I, II, III, IV и так далее) с добавлением условных знаков;
-арабских цифр с добавлением какого-либо условного знака.
С целью уменьшения относительной погрешности следует выбирать верхний предел шкалы измерительного прибора так, чтобы ожидаемое значение измеряемой величины (показание) находилось в последней трети (или половине) ее.
Таким образом, класс точности является обобщенной характеристикой СИ. Знание его позволяет указать пределы, в которых находится значение измеряемой величины. Класс точности, хотя и характеризует совокупность метрологических свойств данного средства измерений, однако не определяет однозначно точность измерений.
Лекция 6 КАЧЕСТВО ИЗМЕРЕНИЙ
1. Характеристика качества измерений
2. Погрешности измерений
3 Методики выполнения измерений
Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 546; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!