Средства измерений. Измерения выполняются с помощью специальных технических средств.

Измерения выполняются с помощью специальных технических средств.

Средствоизмерений – 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.

Средства измерений позволяют не только обнаружить физическую величину, но и измерить ее, т.е. определить количественное значение величины.

Другими отличительными признаками средств измерений являются, во-первых, «умения» хранить (или воспроизводить) единицу физической величины; во-вторых, неизменность размера хранимой единицы величины. 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).

По конструктивному исполнению, форме представления измерительной информации, функциональному назначению средства измерений подразделяют на меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки и измерительные системы.

Мера – средство 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.

Различают следующие разновидности мер:

– однозначная мера – мера, воспроизводящая физическую величину одного размера (например, гиря 1 кг);

– многозначная мера – мера, воспроизводящая физическую величину разных размеров (например, штриховая мера длины);

– набор мер – комплект мер разного размера одной и той же физической величины, предназначенных для применения на практике как в отдельности, так и в различных сочетаниях (например, набор концевых мер длины);

– магазин мер – набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство, в котором имеются приспособления для их соединения в различных комбинациях (например, магазин электрических сопротивлений).

Роль однозначных мер также выполняют стандартные образцы. Существуют стандартные образцы состава веществ и стандартные образцы свойств веществ.

Стандартныйобразец–образец вещества (материала) с установленными в результате метрологической аттестации значениями одной или более величин, характеризующими свойство или состав этого вещества (материала).

Стандартный образец состава вещества – стандартный образец с установленными значениями величин, характеризующими содержание определенных компонентов в веществе (материале). Например, стандартный образец углеродистой стали определенной марки.

Стандартный образец свойства вещества – стандартный образец, с установленными значениями величин, характеризующими физические, химические, биологические или другие свойства. Например, стандартный образец относительной диэлектрической проницаемости.

Стандартные образцы, в основном, применяются непосредственно при выполнении измерений, но могут применяться и как эталоны при поверке (калибровке) средств измерений.

Измерительный преобразователь – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, обработки и хранения, но не обеспечивающей непосредственное восприятие наблюдателем.

Измерительный преобразователь или входит в состав какого-либо измерительного прибора (измерительной установки, измерительной системы и др.), или применяется вместе с каким-либо средством измерений. (Пример: термопара в термоэлектрическом термометре).

По характеру преобразования различают аналоговые, цифро-аналоговые, аналого-цифровые преобразователи. По месту в измерительной цепи различают первичные и промежуточные преобразователи. Выделяют также масштабные и передающие преобразователи.

Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации (т.е. сигнала, содержащего количественную информацию об измеряемой физической величине) в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Измерительныеприборы предназначены для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне.

По способу обработки сигналов измерительной информации приборы делят на аналоговые и цифровые.

В аналоговых приборах показания являются непрерывной функцией размера измеряемой величины, т.е. могут, как и измеряемая величина, принимать бесконечное множество значений. В цифровых приборах непрерывная измеряемая величина дискретизируется по времени, квантуется по уровню, кодируется и в виде цифрового кода отображается на цифровом отсчетом устройстве. В результате показания цифрового прибора могут принимать лишь конечное число значений.

Цифровые средства измерения обеспечивают, как правило, большую точность и быстродействие. Однако не всегда цифровое устройство лучше аналогового. При большом числе одновременно измеряемых величин (контроль сложного объекта) или при динамическом изменении входной величины показания аналоговых приборов воспринимаются легче, обеспечивая оперативность анализа контролируемого процесса. Поэтому для повышения информативности отсчетные устройства современных цифровых приборов могут дополняться, так называемыми, линейными шкалами – определенным образом расположенными сегментами на цифровом индикаторе.

По способу отображения результата измерения аналоговые и цифровые приборы принято разделять на показывающие, допускающие только отсчитывание показаний, и регистрирующие, в которых предусмотрена возможность автоматической и (или) ручной регистрации показаний.

По действию измерительные приборы разделяют на интегрирующие и суммирующие. Различают также самопишущие и печатающие приборы.

По назначению измерительные приборы разделяют на универсальные, специальные и для контроля.

Универсальные измерительные приборы применяют в контрольно-измерительных лабораториях всех типов производств, а также в цехах единичных и мелкосерийных производств.

Универсальные измерительные приборы подразделяются на:

– механические:

- простейшие инструменты – проверочные измерительные линейки, щупы, образцы шероховатости поверхности;

- штангенинструменты – штангенциркуль, штангенглубиномер, штангенрейсмас, штангензубомер;

- микрометрические инструменты – микрометр, микрометрический нутромер, микрометрический глубиномер;

- приборы с зубчатой передачей – индикаторы часового типа; рычажно-механические – миниметры, рычажные скобы;

– оптические: вертикальные и горизонтальные оптиметры, малый и большой инструментальные микроскопы, универсальный микроскоп, концевая машина, проекторы, интерференционные приборы;

– пневматические: длинномеры (ротаметры);

– электрические: электроконтактные измерительные головки, индуктивные приборы, профилографы, профилометры, кругломеры.

Специальные измерительные приборы предназначены для измерения одного или нескольких параметров деталей определенного типа; например приборы для измерения (контроля) параметров коленчатого вала, распределительного вала, параметров зубчатых колес, диаметров глубоких отверстий.

Приборы для контроля геометрических параметров по назначению делят на приборы для приемочного (пассивного) контроля (калибры), для активного контроля в процессе изготовления деталей и приборы для статистического анализа и контроля.

По степени автоматизации различают измерительные приборы ручного действия, механизированные, полуавтоматические и автоматические.

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких физических величин и расположенная в одном месте.

Измерительную установку, применяемую для поверки, называют поверочной установкой. Измерительную установку, входящую в состав эталона, называют эталонной установкой. Некоторые большие измерительные установки называют измерительными машинами. (Примеры: установка для измерений удельного сопротивления электротехнических материалов; установка для испытаний магнитных материалов.)

Измерительная система – совокупность средств измерений, соединенных между собой каналом общего пользования (КОП) и предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки. Создание информационно-измерительных систем (ИИС) связано с новым этапом развития измерительной техники – построение автоматизированных ИИС на базе радиоизмерительных приборов общего применения.

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).

(Примеры измерительных систем: Измерительная система теплоэлектростанции, позволяющая получать измерительную информацию о ряде физических величин в разных энергоблоках. Она может содержать сотни измерительных каналов. Радионавигационная система для определения местоположения различных объектов, состоящая из ряда измерительно-вычислительных комплексов, разнесенных в пространстве на значительное расстояние друг от друга.)

Измерительно-вычислительный комплекс – функционально объединенная совокупность средств измерений, ЭВМ и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения в составе измерительной системы конкретной измерительной задачи.

По методу измерений измерительные устройства бывают прямого действия, реализующие метод непосредственной оценки, и устройства, использующие метод сравнения.

Простейшим является метод непосредственной оценки, в котором значение измеряемой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора.

Наиболее точным является метод сравнения измеряемой величины с однородной независимой известной величиной.

По уровню автоматизации средства измерений подразделяют на три группы: неавтоматичекие, автоматические и автоматизированные.

Автоматическоесредствоизмерений – средство измерений, производящее без непосредственного участия человека измерения и все операции, связанные с обработкой результатов измерений, их регистрацией, передачей данных или выработкой управляющего сигнала.

Автоматическое средство измерений, встроенное в автоматическую технологическую линию, нередко называют измерительный автомат, или контрольный автомат.

Автоматизированноесредствоизмерений – средство измерений, производящее в автоматическом режиме одну или часть измерительных операций. (Примеры: электрический счетчик электроэнергии (измерение и регистрация данных нарастающим итогом; барограф (измерение и регистрация результатов).

По способу применения и конструкции измерительные устройства делят на щитовые, переносные (портативные) и стационарные.

По точности измерений измерительные средства можно разделить на: эталоны и рабочие средства измерений.

Рабочее средство измерений – средство, применяемое для измерений, не связанных с передачей размера единицы. Они используются для технических измерений.

По условиям применения рабочие средства измерений могут быть лабораторными, производственными и полевыми.

Лабораторные средства измерений применяются при проведении научных исследований, медицинских измерений, а также при проектировании технических устройств. Производственные средства измерений употребляются для измерений характеристик технологических процессов, контроля качества готовой продукции, при определении количества отпускаемых товаров. Полевые средства измерений используются непосредственно при эксплуатации самолетов, автомобилей, речных и морских судов и т.д.

К каждому виду рабочих средств измерений предъявляются специфические требования: к лабораторным – повышенная точность и чувствительность; к производственным – стойкость к ударно-вибрационным нагрузкам, высоким или низким температурам; к полевым – повышенная стабильность в условиях резкого перепада температур, высокой влажности.