Значимую роль в экономике любого государства играют метрологические стандарты, посредством которых осуществляется измерение физических параметров различных объектов. Для этого задействуются средства измерений, применение которых регламентируется отдельными положениями законодательства. В чем заключается специфика регулирования метрологии в России? Какие нормы права характеризуют утверждение и применение средств метрологических измерений?
Что такое метрология?
Для начала изучим некоторые теоретические моменты, отражащие особенности метрологии. метрологические характеристики — термины, имеющие отношение к данной научной отрасли.
Основные направления метрологии:
Теория измерений;
Применение физических величин;
Проблематика определения точности тех или иных измерений, а также нахождения единообразия в подходах к ним;
Выбор эталонов и образцов, а также практическое их внедрение в различных сферах хозяйства.
Основной предмет изучения рассматриваемой дисциплины — методы и инструменты, которые применяются в целях учета тех или иных объектов, исходя из их массы, длины, объема, мощности и т. д.
Основные понятия, которые применяются в метрологии:
Физический параметр (представляющий собой свойство объекта, которое отличает его по определенным критериям от других, даже если они в достаточной мере схожи с ним);
Измерение (процедура, предполагающая нахождение определенного значения по физическому параметру посредством применения различных инструментов и при сопоставлении со стандартными величинами);
И контроля — инструменты, которые задействуются в целях измерения той или иной единицы физического параметра.
Если говорить конкретно о средствах измерений, то можно отметить, что таковые могут быть представлены в нескольких разновидностях. Рассмотрим их подробнее.
Классификация
В общем случае под средством измерений принято понимать технический инструмент, задействуемый в целях измерения тех или иных объектов, которое обладает нормированными метрологическими параметрами, приспособлено к воспроизведению либо хранению определенных физических параметров, величина которых принимается как постоянная в рамках установленного интервала времени.
Можно отметить, что утверждение типа средств измерений в России осуществляется на уровне федеральных органов власти, таких как Федеральное агентство по и метрологии. В чем же заключаются особенности ее классификации? Средства измерений также тесно связаны с данным термином) могут быть представлены, в частности:
Мерой (как средством, которое задействуется в целях воспроизведения физических параметров конкретного размера);
Прибором (как средством, которое задействуется в целях выработки определенного сигнала по измерительным данным в удобной для пользователя форме);
Преобразователем (как средством, которое применяется в целях выработки сигнала по измерительным данным, который подлежит передаче в дальнейшую обработку в рамках задействуемой инфраструктуры);
Измерительной системой (как совокупностью средств, которые используются в целях выработки измерительных сигналов в требуемом формате, включая пользовательский).
Еще один критерий классификации средств измерений — уровень их автоматизации. Так, они бывают:
Автоматическими;
Частично автоматизированными;
Ручными.
Метрологические средства измерения также могут быть классифицированы исходя из их стандартизации. Так, они могут быть:
Стандартизованными;
Нерегулируемыми.
Еще один критерий классификации средств измерений — функциональность в рамках поверочной схемы. Так, они могут быть:
Эталонами;
Рабочими инструментами.
Другой важный критерий средств измерений — значимость измеряемого параметра. Исходя из указанного критерия, они могут быть:
Основными;
Вспомогательными.
В первом случае осуществляется измерение физического параметра, который важен с точки зрения успешного решения измерительной задачи. В свою очередь, есть средства измерений, метрологические характеристики которых предполагают измерение только тех параметров, которые имеют ограниченное влияние, но тем не менее важных и требующих учета.
Рассмотрим теперь собственно сущность метрологических характеристик рассматриваемых инструментов. Одним из источников данных для нас будут ГОСТы, регулирующие применение соответствующей инфраструктуры.
Метрологические характеристики инструментов измерения
В соответствии с государственными стандартами, регламентирующими то, каким образом должны задействоваться средства измерений, метрологические характеристики — это технические параметры, которые описывают свойства соответствующих инструментов, а также влияющие на результаты тех или иных измерений, проводимых в целях осуществления оценки их качества, а также в целях корректного определения их результатов.
Характеристики, о которых идет речь, могут быть нормируемыми или экспериментальными. Первые фиксируются в нормативной документации. Например, той, что включена в формируемый ВНИИМС госреестр средств измерений. Вторые задействуются в конкретной ситуации с учетом особенностей производственного процесса или среды, в которой осуществляются измерения.
Особенности реестра средств измерений
Полезно будет более подробно рассмотреть то, что представляет собой государственный реестр инструментов измерений. Данный ресурс входит в Федеральный информационный фонд и задействуется в целях регистрации тех решений, которые утверждены Росстандартом. Реестр средств измерений состоит из разделов, в которых отражены сведения:
Об инструментах, утвержденных Росстандартом, свидетельствах о введении средств измерений;
Конкретных экземплярах инструментов, утвержденных Росстандартом;
Аккредитованных государственных центрах, в которых проводятся испытания средств измерений.
Цели ведения реестра
Рассматриваемый реестр ведется в целях:
Учета инструментов измерений;
Формирования централизованных фондов сведений о соответствующих решениях, которые допущены к выпуску российскими предприятиями, а также к применению в тех или иных сферах хозяйства;
Регистрации аккредитованных учреждений, занимающихся испытаниями инструментов измерений;
Учета оформленных свидетельств о внедрении средств измерений, а также аттестатов аккредитованных учреждений, занимающихся испытаниями,
Учета программ испытаний инструментов измерений;
Информационного сопровождения граждан, организаций, а также национальных метрологических учреждений государств, которые участвуют в сотрудничестве по вопросам признания испытаний и внедрения средств измерений.
В отношении каждого типа инструментов, сведения о котором отражаются в Реестре, фиксируются:
Наименование;
Регистрационный номер;
Предназначение;
Страна-изготовитель;
Производитель;
Название центра испытаний;
Период действия сертификата;
Сведения об интервале между поверками;
Сведения о методике поверки.
Утверждение конкретного типа средств измерений осуществляется Росстандартом на основе итогов испытаний соответствующих инструментов, проведенных специализированными государственными центрами.
Если говорить о роли государства в регламентации применения инструментов, о которой идет речь, и о том, чтобы дополнять создаваемый ВНИИМС госреестр средств измерений с точки зрения нормирования работы специалистов, проводящих исследование физических параметров в тех или иных сферах, то можно обратить внимание на такие направления деятельности госструктур, как поверка и сертификация инфраструктуры измерений. Изучим данный аспект подробнее.
Поверка инструментов измерений
Итак, наряду с такими направлениями деятельности, как, например, утверждение типа средств измерений, государство ведет активную работу по регламентации их применения. В частности, в таком направлении, как поверка. Регламентируется ее проведение отдельным федеральным законом.
В соответствии с его положениями поверка инструментов измерений в ряде случаев является обязательной. Так, например, государственные средства измерений перед непосредственной эксплуатацией, а также при осуществлении их ремонта должны быть проверены — в рамках первичного или периодического мероприятия соответствующего типа.
Задача пользователей данных инструментов — своевременно осуществлять проверку. В принципе, хозяйствующие субъекты вправе провести ее самостоятельно, но только при одном условии — наличии аккредитации на предмет деятельности в сфере по обеспечению единства технических измерений. В некоторых случаях поверку должна проводить специализированная метрологическая служба, имеющая аккредитацию. Как правило, это касается тех случаев, когда правительством РФ определен конкретный перечень инструментов измерений, в отношении которых поверка должна проводиться по соответствующей схеме.
После того как рассматриваемая процедура проведена, выписывается свидетельство о ее осуществлении. Компетентные государственные ведомства могут разрабатывать специальные поверочные знаки, а также структуру соответствующего документа. Кроме того, некоторые госструктуры могут быть уполномочены на сбор результатов осуществления поверок по различным средствам измерений.
В некоторых случаях, даже если тот или иной инструмент не входит в перечень средств измерений, в отношении которых проведение поверок обязательно, пользователь подобной инфраструктуры может провести соответствующую процедуру добровольно.
Сертификация инструментов измерений
В рамках государственного регулирования пользования различными средствами измерений также осуществляется сертификация данной инфраструктуры. Ее сущность — в подтверждении прежде всего безопасности пользования тем или иным устройством. Кроме того, сертифицированный инструмент включается в государственный реестр средств измерений. Как правило, рассматриваемая процедура предполагает оформление:
Сертификата по ГОСТ Р либо декларации соответствия инструмента ГОСТ Р;
Сертификата о типе инструментов измерения.
Сертификация может быть осуществлена в Росстандарте либо в одном из аккредитованных центров. Сертификация — процедура, которая, как и поверка, может быть обязательной для определенных инструментов измерений. Как правило, подобные требования устанавливаются для средств измерения, которые используются в таких сферах:
Деятельность вооруженных сил государства;
Медицина;
Деятельность силовых структур;
Картография;
Геодезия;
Сфера регулирования реализации единства измерений.
Утверждение инструментов измерений
Полезно будет рассмотреть такой аспект применения инструментов, о которых идет речь, как утверждение средств измерения. Данная процедура также осуществляется при участии государства как часть метрологического контроля. Утверждение того или иного типа средства измерения осуществляет компетентная метрологическая служба. При этом устанавливаются:
Методики осуществления поверки характеристик средства измерения;
Конкретные показатели точности по измерению величин;
Оптимальные интервалы осуществления поверки инструмента.
По итогам утверждения средства измерения компетентное ведомство выдает специальный документ. Речь идет о таком источнике, как свидетельство об утверждении средств измерений. Оно может быть оформлено и на отдельно взятое устройство, и на серийный выпуск соответствующих решений.
Условием получения второго типа документа может быть соблюдение производителем определенных технических условий. Для того чтобы оформить свидетельство средств измерения, необходимо также разработать специальную документацию по эксплуатации инструмента. Если говорить о документе для серийного производства решений, то он выдается компетентными органами на 5 лет. После этого возможно его продление на основании запроса от фирмы-производителя. В свою очередь, если сертификат выдан на единичный продукт, то срок его действия соответствует периоду службы устройства.
Калибровка инструментов измерений
Еще один важный аспект государственного регулирования сферы метрологии — правовые акты, регламентирующие, каким образом должна осуществляться калибровка средств измерений. Что обозначает данный термин?
Калибровка инструментов измерений — это процедура, осуществляемая в целях определения, а также подтверждения фактических значений по метрологическим характеристикам, а также пригодности инструмента измерений к применению. Главное отличие калибровки от поверки — это то, что рассматриваемая процедура реализуется прежде всего в отношении тех средств измерений, что не подлежат контролю и надзору государственными органами.
В соответствии с законодательством РФ те инструменты, которые не применяются в области государственного регулирования при обеспечении единства измерений, в добровольном порядке могут быть откалиброваны. Данная процедура осуществляется с применением различных эталонов, которые сопоставляются с государственными первичными эталонами или же при их отсутствии с национальными, которые приняты в иностранных государств.
Калибровку могут проводить частные лица — хозяйственные общества и индивидуальные предприниматели при условии прохождения добровольной аккредитации. Результаты данной процедуры могут быть впоследствии использованы в рамках поверки тех или иных средств измерения в порядке, определяемом правительством России. Таким образом, несмотря на то, что калибровка средств измерений осуществляется добровольно, государство тем не менее может прописывать регламенты, определяющие проведение данной процедуры, а также применение ее результатов.
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.
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.
По метрологическому назначению все средства измерений (СИ) подразделяют на следующие виды:
- рабочие СИ, предназначенные для измерений, не связанных с передачей размера единицы другим средствам измерений (самые многочисленные);
- метрологические СИ, предназначенные для обеспечения единства измерений в стране.
Классификация рабочих средств измерений осуществляется по следующим признакам:
1) по конструктивному исполнению: меры; измерительные приборы; измерительные установки; измерительные системы; измерительные комплексы;
2) по уровню автоматизации: автоматизированные СИ; автоматические СИ;
3) по уровню стандартизации: стандартизованные СИ; нестандартизованные СИ;
4) по отношению к измеряемой физической величине : основные СИ; вспомогательные СИ.
Мера – это СИ, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.
Мера может быть однозначная , т.е. воспроизводящая физическую величину одного размера (например, плоско-параллельная мера длины 10 мм, гиря 1 кг), и многозначная , т.е. воспроизводящая физическую величину разных размеров (например, линейка, лимб).
Измерительный прибор – СИ, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне.
Классификация измерительных приборов:
По способу индикации значений измеряемой величины измерительные приборы подразделяются на показывающие и регистрирующие;
По действию измерительные приборы разделяют на интегрирующие и суммирующие; приборы прямого действия и приборы сравнения; аналоговые и цифровые приборы; самопишущие и печатающие приборы.
По назначению – на универсальные и специальные;
По принципу преобразующего устройства – на механические, оптические, электрические, пневматические и другие или основанные на сочетании указанных принципов, например, оптико-механические;
По числу параметров, проверяемых при одной установке, – на одномерные и многомерные.
Измерительная установка – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенных для измерений одной или нескольких физических величин, расположенная в одном месте.
Измерительная система – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях.
В зависимости от назначения измерительные системы разделяют на измерительные информационные, измерительные контролирующие, измерительные управляющие системы и др. Измерительную систему, перестраиваемую в зависимости от изменения измерительной задачи, называют гибкой измерительной системой (ГИС). Например,
измерительная система теплоэлектростанции, позволяющая получать измерительную информацию о ряде физических величин в разных энергоблоках, она может содержать сотни измерительных каналов.
Измерительно–вычислительный комплекс (ИВК) – это функционально объединенная совокупность СИ, ЭВМ и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения в составе измерительной системы конкретной измерительной задачи.
Метрологические средства измерений – это эталоны.
Эталон единицы физической величины – это средство измерений (или комплекс средств измерений), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.
Конструкция эталона, его свойства и способ воспроизведения единицы определяются природой данной физической величины и уровнем развития измерительной техники в данной области измерений. Эталон должен обладать, по крайней мере, тремя тесно связанными друг с другом существенными признаками (по М.Ф. Маликову) – неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью.
Эталоны делят на первичные, вторичные, рабочие.
Если эталон воспроизводит единицу физической величины с наивысшей в стране точностью (по сравнению с другими эталонами той же единицы), то он называется первичным, государственным эталоном.
Эталоны, получающие размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы, называют вторичными . Они создаются и утверждаются для организации поверочных работ и для обеспечения сохранности и наименьшего износа государственного первичного эталона.
Вторичные эталоны по своему метрологическому назначению делятся на эталон копию, эталон сравнения, эталон свидетель.
Эталон копия предназначен для хранения единицы физической величины и передачи её размера рабочим эталонам.
Эталон сравнения применяется для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом.
Эталон свидетель применяется для проверки сохранности государственного эталона и для замены его в случае порчи или утраты.
Рабочий эталон – это эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерений. Термин рабочий эталон заменил собой термин образцовое средство измерений (ОСИ), что сделано в целях упорядочения терминологии и приближения ее к международной. При необходимости рабочие эталоны подразделяют на разряды (1-й, 2-й, …, n -й), как это было принято для ОСИ. Рабочие эталоны 1-го разряда обладают более высокой точностью. В этом случае передачу размера единицы осуществляют через цепочку соподчиненных по разрядам рабочих эталонов. При этом от последнего рабочего эталона в этой цепочке размер единицы передают рабочему средству измерений.
Схема передачи размеров единиц от первичного эталона рабочим мерам и измерительным приборам представлена на рис. 5.1.
Задания к разделу 5 : Ответить на вопросы по своему варианту (номер варианта соответствует последней цифре номера зачетной книжки).
Номер варианта |
Вопрос |
1.Назовите виды средств измерений по метрологическому назначению. 2.Что такое измерительный прибор? 3.Какой эталон называется первичным? |
|
1.Какие средства измерения называют рабочими? 2.Какие бывают измерительные приборы по способу индикации значений измеряемой величины? 3.Для чего предназначены вторичные эталоны? |
|
1.Какие средства измерения называют метрологическими? 2.Какие бывают измерительные приборы по назначению? 3.Какие эталоны называют вторичными? |
|
1.Назовите признаки классификации рабочих средств измерений. 2.Какие бывают измерительные приборы по принципу преобразующего устройства? 3.На какие виды делят эталоны? |
|
1.Какие бывают средства измерения по конструктивному исполнению? 2.Что такое измерительная установка? 3.Какие бывают виды вторичных эталонов? |
|
1.Какие бывают средства измерения по уровню автоматизации? 2.Что такое измерительная система? 3.Для чего предназначен эталон копия? |
|
1.Какие бывают средства измерения по уровню стандартизации? 2.Какие бывают измерительные системы? 3.Для чего предназначен эталон свидетель? |
|
1.Какие бывают средства измерения по отношению к измеряемой физической величине? 2.Что такое измерительно-вычислительный комплекс? 3.Для чего предназначен эталон сравнения? |
|
1.Что такое мера? 2.Что такое эталон физической величины? 3.Какой эталон называется рабочим? |
|
1.Какие бывают меры? 2.Какими признаками должен обладать эталон? 3.Как разделяются по точности рабочие эталоны? |
Средство измерений
Средство измерений - техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины , размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. Законом РФ «Об обеспечении единства измерений» средство измерений определено как техническое средство, предназначенное для измерений. Формальное решение об отнесении технического средства к средствам измерений принимает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии .
Классификация средств измерений
По техническому назначению:
- мера физической величины - cредство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью;
- измерительный прибор - средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне;
- измерительный преобразователь - техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи;
- измерительная установка (измерительная машина) - совокупность функционально объединенных мер , измерительных приборов , и других устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких физических величин и расположенная в одном месте
- измерительная система - совокупность функционально объединенных мер , измерительных приборов , измерительных преобразователей , ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта и т. п. с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях;
- измерительно-вычислительный комплекс - функционально объединенная совокупность средств измерений, ЭВМ и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения в составе измерительной системы конкретной измерительной задачи.
- автоматические;
- автоматизированные;
- ручные.
- рабочие средства измерений.
По значимости измеряемой физической величины:
- основные средства измерений той физической величины, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей;
- вспомогательные средства измерений той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерений необходимо учитывать для получения результатов измерений требуемой точности.
По измерительным физико- химическим параметрам:
- для измерения температуры;
- давления;
- расхода и количества;
- концентрации раствора;
- для измерения уровня и др.
Метрологические характеристики средств измерений
На средство измерений утверждённого типа оформляется свидетельство (ранее - сертификат) об утверждении типа средств измерений.
Поверке подлежат только средства измерений, внесенные в государственный реестр средств измерений, допущенных к использованию в Российской Федерации. После процедуры поверки оформляется свидетельство о поверке. Остальные технические устройства подлежат калибровке. После процедуры калибровки оформляется сертификат калибровки.