Виды средств измерений

Виды измерений

Измерения, выполняемые с помощью специальных техниче­ских средств, называют инструментальными. Простейшим при­мером таких измерений является определение размера детали линейкой с делениями, т. е. сравнение размера детали с едини­цей длины, хранимой линейкой.

Для упорядочения измерительной деятельности измерения классифицируют по следующим признакам:

· общим приемам получения результатов измерений — прямые, косвенные, совместныеисовокупные;

· числу измерений в серии — однократные и многократные;

· метрологическому назначению — техническиеи метрологиче­ские;

· характеристике точности — равноточные и неравноточные;

· отношению к изменению измеряемой величины — статические и динамические;

· выражению результата измерений — абсолютныеиотносительные.

Прямые измерения — измерения, при которых искомое зна­чение величины находят непосредственно из опытных данных (измерения массы на весах, температуры термометром, длины с помощью линейных мер). Прямые измерения можно выразить формулой Q = X, где Q - искомое значение измеряемой величины, а X - значение, непосредственно получаемое из опытных данных.

При прямых измерениях экспериментальным операциям подвергают измеряемую величину, которую сравнивают с мерой непосредственно или же с помощью измерительных приборов, градуированных в требуемых единицах. Примерами прямых служат измерения длины тела линейкой, массы при помощи весов и др. Прямые измерения широко применяются в машиностроении, а также при контроле технологических процессов (измерение давления, температуры и др.).

Косвенные измерения — измерения, при которых искомое зна­чение находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, полученными прямыми измерениями (оп­ределение плотности однородного тела по его массе и геометри­ческим размерам, удельного электрического сопротивления про­водника по его сопротивлению, длине и площади поперечного се­чения).

Значение измеряемой величины находят путем вычисления по формуле Q = F(x₁,x₂...x_n), где Q- искомое значение косвенно измеряемой величины; F- функциональная зависимость, которая заранее известна, x₁,x₂...x_n - значения величин, измеренных прямым способом.

Примеры косвенных измерений: определение объема тела по прямым измерениям его геометрических размеров, нахождение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения.

Косвенные измерения широко распространены в тех случаях, когда искомую величину невозможно или слишком сложно измерить непосредственно или когда прямое измерение дает менее точный результат. Роль их особенно велика при измерении величин, недоступных непосредственному экспериментальному сравнению, например размеров астрономического или внутриатомного порядка.

Совокупные измерения — измерения нескольких однородных величин, при которых искомое значение величин находят реше­нием системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин (измерения, при которых масса отдельных гирь набора находится по известной массе од­ной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь).

Примером совокупных измерений является определение массы отдельных гирь набора (калибровка по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь).

Совместные измерения — одновременные измерения двух или нескольких неодноименных величин для нахождения зависи­мости между ними (проводимые одновременно измерения при­ращения длины образца в зависимости от изменений его темпе­ратуры и определение коэффициента линейного расширения).

В качестве примера можно назвать измерение электрического сопротивления при 20⁰С и температурных коэффициентов измерительного резистора по данным прямых измерений его сопротивления при различных температурах.

Абсолютные измерения — измерения, основанные на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и исполь­зовании физических констант.

Относительные измерения — получение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измене­ния величины по отношению к одноименной величине, прини­маемой за исходную.

Однократное измерение — измерение, выполняемое один раз (измерение конкретного времени по часам).

Многократные измерения — измерения одной и той же физи­ческой величины, результат которых получают из нескольких следующих друг за другом измерений. Обычно многократными измерениями считаются те, которые производятся свыше трех раз.

Технические измерения — измерения, выполняемые при по­мощи рабочих средств измерений с целью контроля и управления научными экспериментами, контроля параметров изделий и т. д. (измерение давления воздуха в автомобильной камере).

Метрологические измерения — измерения при помощи этало­нов и образцовых средств измерений с целью нововведения еди­ниц физических величин или передачи их размеров рабочим средствам измерений.

Равноточные измерения — ряд измерений какой-либо величи­ны, выполненных одинаковыми по точности средствами измере­ний в одних и тех же условиях.

Неравноточные измерения — ряд измерений какой-либо ве­личины, выполненных различными по точности средствами из­мерений и в разных условиях.

Статические измерения — измерения физической величины, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной зада­чей за неизменную на протяжении времени измерения (измере­ния размера детали при нормальной температуре).

Динамические измерения — измерения физической величины, размер которой изменяется с течением времени (измерения рас­стояния до уровня земли со снижающегося самолета).

Виды средств измерений

Средства измерений – технические средства, применяемые для проведения экспериментальной части измерений и имеющие нормированные метрологические свойства. Средства измерений являются носителями единиц, в которых хотят выразить измеряемые величины. В связи с большим количеством видов измеряемых величин принципы действия средства измерений весьма разнообразны. Существуют средства измерений, в основе действия которых лежат механические, электрические, электронные, магнитные, оптические, термические, химические и другие явления, а также их сочетания. Кроме чисто измерительных целей, средства измерений широко используются также в устройствах контроля, сигнализации, регулирования, управления производственными процессами, а также для сбора всякого рода информации, подлежащей в дальнейшем обработке с помощью вычислительных машин.

Для практического измерения единицы величины применяются технические средства, которые имеют нормированные погрешности и называются средствами измерений. К средствам измерений относятся: меры, измерительные приборы, измерительные установки и системы, измерительные преобразователи и измерительные принадлежности.

Мера — средство измерений, предназначенное для воспроиз­ведения физической величины заданного размера (гиря — мера массы, генератор — мера частоты электрических колебаний).

Меры, в свою очередь, подразделяют на однозначные и мно­гозначные меры.

Однозначная мера — мера, воспроизводящая физическую ве­личину одного размера (плоскопараллельная концевая мера длины, нормальный элемент, конденсатор постоянной емкости).

Многозначная мера — мера, воспроизводящая ряд одноимен­ных физических величин различного размера (линейка с милли­метровыми делениями, конденсатор переменной емкости).

Набор мер — специально подобранный комплект мер, при­меняемых не только по отдельности, но и в различных сочета­ниях с целью воспроизведения ряда одноименных величин раз­личного размера (набор гирь, набор плоскопараллельных кон­цевых мер длины).

Измерительные приборы - это средства измерений, которые позволяют получать измерительную информацию в форме, удобной для восприятия пользователем. Различаются измерительные приборы прямого действия и приборы сравнения. В зависимости от метода регистрации и формы представления результата измерения измерительные приборы делятся на аналоговые (шкальными) и цифровые.

Аналоговые приборы состоят из шкалы, представ­ляющей собой совокупность отметок и чисел, изображающих ряд последовательных значений измеряемой величны, и указателя (стрелки, электронного луча и других), связанных с подвижной системой прибора.

Отметки шкалы с представленными числовыми значениями называют числовыми отметками шкалы. Основные характеристи­ки шкалы — длина деления шкалы, выражающаяся расстоянием между осями двух соседних штрихов шкалы, и цена деления шкалы, представляющая значение измеряемой величины, вызы­вающей перемещение указателя на одно деление.

Диапазон измерений представляет собойчасть диапазона по­казаний, для которого нормированы пределы допускаемых пог­решностей средств измерений. Наименьшее и наибольшее зна­чения диапазона измерений называют соответственно нижними верхним пределами измерений.

Значение величины, определяемое по отсчетному устройству средства измерений и выраженное в принятых единицах этой ве­личины; называютпоказанием средства измерений.

Приборы прямого действия отображают измеряемую величину на показывающем устройстве, имеющем соответствующую градуировку в единицах этой величины. Изменения рода физической величины при этом не происходит. К приборам прямого действия относят, например, амперметры, вольтметры, термометры и т.п.

Приборы сравнения предназначаются для сравнения измеряемых величин с величинами, значения которых известны. Такие приборы широко используются в научных целях, а также и на практике для измерения таких величин, как яркость источников излучения, давление воздуха и др.

Измерительные установки и системы - это совокупность средств измерений, объединенных по функциональному признаку со вспомогательными устройствами, для измерения одной или нескольких физических величин объекта измерений. Обычно такие системы автоматизированы и обеспечивают ввод информации в систему, автоматизацию самого процесса измерения, обработку и отображение результатов измерений для восприятия их пользователем.

Измерительный преобразователь – это средство измерений, которое служит для преобразования сигнала измерительной информации в форму, удобную для обработки или хранения, а также передачи в показывающее устройство. Измерительные преобразователи либо входят в конструктивную схему измерительного прибора, либо применяются совместно с ним, но сигнал преобразователя не поддается непосредственному восприятию наблюдателем. Например, преобразователь может быть необходим для передачи информации в память компьютера, для усиления напряжения и т.д. Преобразователи подразделяются на первичные (непосредственно воспринимающие измеряемую величину), передающие, на выходе которых величина приобретает форму, удобную для регистрации или передачи на расстояние; промежуточные, работающие в сочетании с первичными и не влияющие на изменение рода физической величины.

Измерительные принадлежности - это вспомогательные средства измерений величин. Они необходимы для вычисления поправок к результатам измерений, если требуется высокая степень точности. Например, термометр может быть вспомогательным средством, если показания прибора достоверны при строго регламентированный температуре; психрометр - если строго оговаривается влажность окружающей среды. Следует учитывать, что измерительные принадлежности вносят определенные погрешности в результат измерений, связанные с погрешностью самого вспомогательного средства.

По метрологическому назначению средства измерений делят на два вида - рабочие средства измерений и эталоны. Рабочие средства измерений применяют для определения параметров (характеристик) технических устройств, технологических процессов, окружающей среды и др. Рабочие средства могут быть лабораторными (для научных исследований), производственными или учебными (для обеспечения и контроля заданных характеристик технологических процессов), полевыми (для самолетов, автомобилей, судов и т.п.). Каждый из этих видов рабочих средств отличается особыми показателями. Так, лабораторные средства измерений - самые точные и чувствительные, а их показания характеризуются высокой стабильностью. Производственные (учебные) обладают устойчивостью к воздействиям различных факторов производственного процесса: температуры, влажности, вибрации и т.п., что может сказаться на достоверности и точности показаний приборов. Полевые работают в условиях, постоянно изменяющихся в широких пределах внешних воздействий.