Метрологические характеристики средств измерений
Лекция №5
Средства измерений (СИ)
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 и в течение известного интервала времени.
Классификация СИ:
Тип СИ – совокупность СИ, имеющих принципиально одинаковую схему и конструкцию.
Примеры:
§ микрометры (микрометры гладкие МК, микрометры электронные МКЦ; микрометры зубомерные МЗ)
§ штангенциркули (ШЦ I, ШЦ II, ШЦК I, ШЦЦ II)
Вид СИ – совокупность типов СИ, предназначенных для измерения какой либо одной физической величины (профиломеры, глубиномеры, нутромеры)
СИ в зависимости от области применения бывают: универсальные (УСИ) и специальные (ССИ).
· УСИ предназначены для измерения линейных величин и углов изделий различной конфигурации и размеров (МК, ШЦ, индикаторные головки)
· ССИ предназначены для измерения специальных элементов деталей (калибры, кругломеры, профилометры)
По метрологическому назначению средства измерений подразделяются на:
- рабочие средства измерений, предназначенные для измерений физических величин, не связанных с передачей размера единицы другим средствам измерений. РСИ являются самыми многочисленными и широко применяемыми. Примеры РСИ: электросчетчик - для измерения электрической энергии; теодолит – для измерения плоских углов; нутромер – для измерения малых длин (диаметров отверстий); термометр – для измерения температуры; измерительная система теплоэлектростанции, получающая получить измерительную информацию о ряде физических величин в разных энергоблоках;
|
|
|
- образцовые (эталонные) средства измерений, предназначенные для обеспечения единства измерений.
По стандартизации принято различать
- стандартизованные средства измерений, изготовленные в соответствии с требованиями государственного или отраслевого стандарта.
- нестандартизованные средства измерений – уникальные средства измерений, предназначенные для специальной измерительной задачи, в стандартизации требований к которому нет необходимости. Нестандартизованные средства измерений не подвергаются государственным испытаниям (поверкам), а подлежат метрологическим аттестациям.
По степени автоматизации принято различать
- автоматические средства измерений, производящие в автоматическом режиме все операции, связанные с обработкой результатов измерений, их регистрацией, передачей данных или выработкой управляющего сигнала;
|
|
|
- автоматизированные средства измерений, производящие в автоматическом режиме одну или часть измерительных операций;
- неавтоматические средства измерений, не имеющие устройств для автоматического выполнения измерений и обработки их результатов (рулетка, теодолит и т. д.).
По конструктивному исполнению принято различать
Элементарные СИ и комплексные СИ
К элементарным относятся различные меры
Комплексные средства измерений подразделяются на
- Компараторы (средства сравнения);
- измерительные преобразователи;
- измерительные приборы;
- измерительные установки;
- измерительно-информационные системы и комплексы;
Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Мера выступает в качестве носителя единицы физической величины и служит основой для измерений.
Меры бывают однозначные и многозначные. Однозначные меры обычно объединяют в наборы мер.
Примеры:
Однозначные меры:
нормальный элемент – мера Э.Д.С. с номинальным напряжением 1В;
кварцевый резонатор – мера частоты электрических колебаний;
плоскопараллельная концевая мера длины (ПКМД);
Плоская угловая мера.
|
|
|
Многозначные меры:
Линейка измерительная – градуированная в мм, см, дм и м;
Мерная емкость (сосуд) – градуированная в мл и литрах.
Наборы мер:
Наборы ПКМД (самые распространенные 112 или 83 шт);
Наборы гирь для взвешивания.
Измерительный преобразователь – средство измерений для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному наблюдению человеком (оператором).
Измерительные преобразователи либо входят в состав, либо применяются вместе с некоторыми средствами измерений.
Измерительные преобразователи различают:
- по характеру преобразования - на аналоговые, цифро-аналоговые и аналого-цифровые;
- по месту в измерительной сети - на первичные и промежуточные.
Часто используют термин первичный измерительный преобразователь или датчик. Электрический датчик – это один или несколько измерительных преобразователей, объединенных в единую конструкцию и служащих для преобразования измеряемой неэлектрической величины в электрическую. Например: датчик давления, датчик температуры, датчик скорости и т. д.
Измерительный прибор – это конструктивно объединенное сочетание мер и измерительных преобразователей, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия человеком (оператором). Каждый тип приборов используется при решении определенного круга измерительных задач.
|
|
|
Примеры:
Штангенциркули, микрометры гладкие, индикаторные головки, микроскопы измерительные, профилометры и т.д.
Измерительная установка – совокупность функционально объединенных средств измерений, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного наблюдения человеком и расположенная в одном месте. Измерительная установка может включать в себя меры, измерительные приборы и преобразователей, а также различные вспомогательные устройства.
Пример: координатно-измерительная машина.
Измерительно-информационная система или комплекс (ИИС) - совокупность средств измерений и других устройств (напр.ЭВМ), соединенных между собой каналами связи и предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и (или) использования в автоматических системах управления. ИИС используются для измерения параметров сложных систем и составляющие части ИИС могут находиться в разных местах пространства.
Примеры:
- Метеорологическая система РФ;
- Система пожарного контроля;
- Спутниковые системы слежения (шпионы).
Погрешность средства измерений(СИ) (прямое измерение) – разница между показаниями СИ и истинным значением измеряемой величины.
Метрологические характеристики средств измерений
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.
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.
Приведем список наиболее часто используемых МХ СИ.
1. Диапазон измерений – область значений измеряемой величины, в пределах которой нормированы метрологические характеристики и определены предельные погрешности.
2. Пределы измерений – наибольшее и наименьшее значения диапазона измерений.
3. Цена деления – минимальная дискретность показаний шкалы или прибора. Иногда бывает несколько шкал, обычно указывается минимальная.
Следует отметить, что цена деления и погрешность средств измерения не одно и то же.
4. Основная погрешность средства измерения – погрешность средства измерения, определённая при нормальных условиях.
ГОСТ 8.050-73 «Нормальные условия измерений».
Нормальными называются такие условия измерений, при которых влияющие на процесс измерения величины (t, влажность, положение СИ в пространстве, магнитные поля, частота и напряжение эл сети и т.д.) имеют нормальные значения.
Например: t°=20±2°C, U=220±10%,
Реже используются, но так же являются метрологическими характеристиками СИ такие как статическая характеристика, чувствительность
Для измерительных преобразователей важным параметром является статическая характеристика преобразования (иначе называемая функцией преобразования или градуировочной характеристикой). Она устанавливает зависимость 
информативного параметра у выходного сигнала измерительного преобразователя от информативного параметра х входного сигнала.
Статическая характеристика нормируется путем задания в форме уравнения, графика или таблицы. Понятие статической характеристики применимо и к измерительным приборам, если под независимой переменной х понимать значение измеряемой величины или информативного параметра входного сигнала, а под зависимой величиной y – показание прибора.
Чувствительностью СИ называется отношение изменения выходного сигнала к вызывающему его изменению входного сигнала.
Если статическая характеристика преобразования линейна, т.е. y=kx, то коэффициент k называется чувствительностью измерительного прибора (преобразователя). В противном случае под чувствительностью следует понимать производную от статической характеристики.
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.
МХ, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называются нормируемыми, а определяемые экспериментальным путем — действительными.
Метрологический отказ СИ – это выход действительных МХ за нормируемые границы, что делает средство измерений негодным к использованию.
Ниже приведена номенклатура метрологических характеристик согласно ГОСТ 8.009-84:
1 группа. Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправок):
- Функция преобразования измерительного преобразователя или прибора;
- Значение однозначной меры;
- Цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры;
- Вид выходного кода для цифровых средств измерений;
2 группа. Характеристики погрешностей средств измерений:
- Стабильность;
- Основная погрешность СИ;
- Случайная составляющая погрешности СИ;
- Систематическая погрешность.
3 группа. Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам:
- Функция влияния;
- Чувствительность;
- Порог чувствительности.
4 группа. Динамические погрешности средств измерений (переходная характеристика, АЧХ, АФХ и т.д.).
5 группа. Характеристики, определяющие область получаемых значений (диапазон измерений, пределы измерений).
Еще одной и, кроме того, обобщенной метрологической характеристикой средств измерений является класс точности.
Класс точности СИ – обобщенная характеристика данного типа СИ, отражающая уровень их точности, выражаемая пределами допускаемой основной, а в некоторых случаях и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность. Класс точности применяется для средств измерений, используемых в технических измерениях, когда нет необходимости или возможности выделить отдельно систематические и случайные погрешности, оценить вклад влияющих величин с помощью дополнительных погрешностей. Класс точности позволяет судить о том, в каких пределах находится погрешность средств измерений одного типа, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью каждого из этих средств. Класс точности СИ конкретного типа устанавливают в стандартах технических требований или других нормативных документах.
При выражении предела допускаемой основной погрешности в форме абсолютной погрешности класс точности в документации и на средствах измерения обозначается прописными буквами латинского алфавита или римскими цифрами. Чем дальше буква от начала алфавита, тем больше погрешность. Расшифровка соответствия букв значению абсолютной погрешности осуществляется в технической документации на средство измерения.
Выражение класса точности через относительные и приведенную погрешности рассмотрено в предыдущем разделе
В настоящее время по отношению к современным средствам измерений понятие класс точности применяется довольно редко. В основном он чаще всего используется для описания характеристик электроизмерительных приборов, аналоговых стрелочных приборов всех типов, некоторых мер длины, весов, гирь общего назначения, манометров.
Примеры обозначение классов точности для различных форм выражения погрешности приведены в таблице 1.
Таблица 1. Обозначение классов точности
| Пределы допускаемой основной погрешности | Обозначения | Форма выражения погрешности | |
| в документации | на приборе | ||
| γ = ± 1,5 | Класс точности 1,5 | 1,5 | Приведенная погрешность |
| δ = ± 0,5 | Класс точности 0,5 | 0,5 | Относительная погрешность, постоянная |
| δ = ± [ 0,02 + 0,01( xk/x –1)] | Класс точности 0,02/0,01 | 0,02/0,01 | Относительная погрешность, возрастает с уменьшением х |
Дата добавления: 2021-02-10; просмотров: 71; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!