Основные виды измерений и их классификация

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ИЗМЕРЕНИЙ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ Содержание учебного материала Классификация измерений. Методы прямых измерений: непосредственной оценки, сравнения и противопоставления, дифференциальный, нулевой и совпадения. Косвенные, совокупные и совместные измерения. Статические, динамические, однократные и многократные измерения. Метрология – это наука, которая в первую очередь занимается измерениями. Измерение – это нахождение физических величин опытным путем с помощью специальных технических средств. По способу получения результата, т.е. числового значения измеряемой величины, измерения подразделяются на следующие виды: • прямые • косвенные • совместные • совокупные Методы измерений Для определения числового значения измеряемой величины в зависимости от ее рода, характера, требуемой точности особенностей измерительных приборов и других факторов пользуются различными методами измерений. По способу получения числового значения измеряемой величины методы измерений делятся на прямые, косвенные и совокупные. Прямым измерением называется определение числового значения измеряемой величины непосредственно опытным путем по данным отсчета показаний средств измерений. Этот метод требует малого времени измерения без дополнительных операций. Косвенным называется такое измерение, при котором значение измеряемой величины определяется путем расчета по результатам измерений других, связанных с ней величин (например, значение сопротивления участка цепи находят по измеренным силе тока и напряжения: R = U/I). Совокупным называется измерение, которое состоит из совокупности прямых измерений одной или нескольких величин одного вида, выполненных при различных условиях или при отличающихся сочетаниях измеряемых величин. При этом числовое значение результата измерения находится путем решения системы уравнений. Измерения также классифицируются: • по характеристике точности – равноточные и неравноточные; • числу измерений в серии – на однократные и многократные; • отношению к измерению измеряемой величины – на статические и динамические; • выражению результата измерений – на абсолютные и относительные; • метрологическому назначению – на технические (при помощи рабочих средств измерений) и метрологические (при помощи эталонов и образцовых средств для воспроизведения единицы физической величины). Косвенное и совокупное измерения связаны с выполнением ряда прямых измерений. Все методы прямых измерений по характеру использования мер делятся на методы непосредственной оценки и методы сравнения. Последние в свою очередь подразделяются на нулевые, дифференциальные и методы замещения. При методах непосредственной оценки значение измеряемой величины определяется с помощью измерительных приборов, заранее проградуированных в единицах этой величины. Благодаря своей простоте и быстрому получению результатов эти методы являются самыми распространенными. Более точные измерения получаются при использовании методов сравнения, которые, однако, требуют выполнения ряда вспомогательных операций и более квалифицированного обращения. Методами сравнения пользуются в основном в лабораториях. Нулевой метод заключается в уравновешивании измеряемой величины известной (мерой) таким образом, что результат их одновременного воздействия на индикатор сводится к нулю. Точность этого метода ограничивается только чувствительностью индикатора и используемых мер. Дифференциальный метод основывается на нулевом методе, только уравновешивание измерительной схемы не доводится до конца и измерение сводится к определению и численной оценке разности между значениями меры и измеряемой величины с помощью приборов непосредственной оценки. Этот метод отличается большой точностью и применяется при проверке образцовых мер. Метод замещения заключается в том, что измеряемая величина в измерительной схеме замещается образцовой мерой так, что не вызывает никаких изменений в схеме. При этом получается достаточно высокая точность измерения. Контрольные вопросы 1.  Перечислите известные методы измерений; 2. Укажите, при каком методе измерений результаты получаются более точными; 3. Укажите, как классифицируются измерения по метрологическому назначению; 4. Укажите, какие методы измерений находят применение на железнодорожном транспорте. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ И ЭТАЛОНЫ Содержание учебного материала Меры: однозначные и многозначные; стандартные образцы и стандартные вещества. Измерительные приборы и их классификация. Измерительные преобразователи: первичные, передающие и промежуточные. Измерительная установка, измерительная система и измерительная принадлежности их классификация. Образцовые средства измерений Средство измерений (measuring in strument) - 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. По конструктивному исполнению средства измерений подразделяются на: - меры; - измерительные преобразователи; - измерительные приборы; - измерительные установки; - измерительно-информационные системы. Классификация средств измерений по метро­логическому назначению По метрологическому назначению средства измерений подраз­деляются на рабочие и метрологические. Рабочее средство измерения (ordinary measuring instrument) — средство измерения, предназначенное для измерений, не связанных с передачей размера единицы другим средствам измерений. Другими словами, рабочие средства измерений предназначены для проведения технических измерений. Они являются самыми многочисленными и широко применяемыми. Примеры рабочих средств измерений: электросчетчик для измерения расхода электрической энергии, нутромер для измерения диаметра внутренних цилиндриче­ских поверхностей, термометр для измерения температуры, измери­тельная система теплоэлектростанции, позволяющая получить изме­рительную информацию о ряде физических величин в разных энер­гоблоках и др. Мера физической величины (material measure) – 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. Измерительный преобразователь (measuring transducer) - техническое средство с нормированными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи. Примеры измерительных преобразователей – термопара, пружина динамометра, микрометрическая пара винт-гайка. Измерительный прибор (measuring instrument) - средство измерений, предназначенное для получения значений физической величины в установленном диапазоне её измерения в форме, удобной для восприятия наблюдателем. Измерительная установка (measuring installation) - cовoкyпнocть oбъeдинeнныx технических cpедcтв измерений (измepительныx пpибopов, меp, измеpитeльныx пpеoбpазoватeлeй) и дpyгиx ycтpойств, котоpое ocyщecтвляeт перевод технической xаpактepистики сигналoв измepитeльнoй инфopмaции в фoрмy, пoдxодящyю для пpямого воспpиятия наблюдателем, и paзмeщенная cтaционapнo. Измepитeльнaя cистема (measuring system) - сoвoкyпность технических cрeдcтв измерений и вспомогательных yстpойcтв, oбъeдиненныx кaналами связи, кoтoроe ocyщеcтвляeт перевод технической xаpактеpистики сигналов измepитeльнoй информации в фоpмy, пoдxодящей для aвтoматичеcкой обpaбoтки, пepедачи и использования в качестве управляющих сигналов. Эталон (measurement standard) — это средство измерения (или комплекс средств измерений), предназначенное для воспроизве­дения и (или) хранения единицы физической величины и передачи ее размера нижестоящим, по поверочной схеме средствам измерений, 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 - неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостъю. Эталоны являются высокоточными средствами измерений, а по­этому используются для проведения метрологических измерений в качестве средств передачи информации о размере единицы физиче­ской величины. Размер единицы передается «сверху вниз», от более точных средств измерения к менее точным. Эталоны классифицируются на первичные, вторичные и рабочие. • Первичный эталон (primary standard) — эталон, обеспечиваю­щий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по срав­нению с другими эталонами гой же единицы) точностью. Пер­вичный эталон может быть национальным (государственным) и международным. Государственный первичный эталон - эта­лон, признанный официальным решением служить в качестве исходного для страны. Международный эталон (international standart) — эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним раз­меров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами. • Вторичный эталон (secondary standard) - эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона дан­ной единицы. Вторичные эталоны создаются и утверждаются для обеспечения сохранности и меньшего износа государст­венного эталона. По метрологическому назначению они быва­ют следующих видов: - эталон сравнения (transver standart) — эталон, применяемый для сличений эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом; - эталон-копия - эталон, применяемый для передачи размера единицы следующим звеньям поверочной схемы - рабочим эталонам; - эталон-свидетель — эталон, применяемый для контроля со­хранности государственного эталона и для замены его в слу­чае порчи или утраты. Вторичные эталоны, так же как и государственный эталон не применяют для передачи размера единицы рабочим средствам измерений. Для этой цели используют рабочие эталоны. • Рабочий эталон (working standard) - эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерения. При необходимости рабочие эталоны подразделяют на разря­ды; 1-го разряда, 2-го разряда и т.д. Термин «рабочий эталон» заменил собой термин «образцовое средство измерений» (ОСИ), что сделано в целях упорядочения терминологии и приближения её к международной. При необходимости рабочие эталоны подразделяют на разряды (1,2,3,…n-ый), как это было принято для ОСИ. Передачу размера единицы осуществляют через цепочку соподчиненных по разрядам рабочих эталонов. От последнего рабочего эталона в этой цепочке размер единицы передают рабочему средству измерений. Схема передачи размеров (поверочная схема) от эталонов к рабочим средствам измерения (первичный эталон - вторичный эталон - разрядные эталоны - рабочие средства измерения) представлены на рисунке 2.2. Для обеспечения правильности передачи размеров физических величин во всех звеньях метрологической цепи должен быть установлен определённый порядок. Этот порядок приводится в поверочных схемах. Поверочная схема-это нормативный документ, устанавливающий соподчинения средств измерений, участвующих в передаче размера единицы от эталона рабочим средствам измерения (с указания методов и погрешности при передаче). Поверка средств измерений — совокупность операций, выполняемых органами Государственной метрологической службы (другими уполномоченными на то органами, организациями) с целью определения и подтверждения соответствия характеристик средства измерения установленным требованиям. Положительные результаты поверки средств измерений удостоверяются поверительным клеймом или свидетельством о поверке. Калибровка средств измерений — это совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и/или пригодности к применению средств измерений, не подлежащих государственному метрологическому контролю и надзору. Под пригодностью средства измерения подразумевается соответствие его метрологических характеристик ранее установленным техническим требованиям, которые могут содержаться в нормативном документе или определяться заказчиком. Вывод о пригодности делает калибровочная лаборатория. Контрольные вопросы 1.  Объясните, по каким признакам подразделяют средства измерения; 2. Перечислите средства измерения по метрологическому назначению, виды эталонов; 3. Укажите, в чем различие рабочих средств измерений и эталонов; 4. Назовите перспективы развития эталонов; 5. Назовите виды мерительных инструментов, назначаемые в зависимости от типа производства и в зависимости от точности измерения; 6. Назовите метрологические характеристики, определяющие область применения средств измерений и качество измерений; 7. Объясните разницу проведения поверки и калибровки средств измерений; 8. Укажите, в чем различие рабочих средств измерений и эталонов; 9. Укажите российские схемы калибровки и поверочные схемы.