Методы измерений. Классификация методов измерений

Принцип измерений - физическое явление или совокупность физических явлений, положенных в основу измерений. Например, измерение массы тела при помощи взвешивания с использованием силы тяжести, пропорциональной массе, измерение температуры с использованием термоэлектрического эффекта.

Метод измерений – совокупность приёмов использования принципов и средств измерения. Все существующие методы измерений условно делятся на 2 основных вида:

- метод непосредственной оценки – значения определяемой величины определяется непосредственно по отчетному устройству прибора или измерительного устройства прямого действия.

- метод сравнения с мерой – измеряется величина, сравнивающаяся с величиной заданной мерой. При этом сравнение может быть переходное, равновременное, разновременное и другие.

Нулевой метод предусматривает одновременное сравнение измеряемой величины и меры, а результирующий эффект воздействия доводится с помощью прибора сравнения до нуля.

Пример: измерения электрического сoпротивления мостом с полным его уравновешиванием.

В горнометаллургической отрасли широкое применение находит дифференциальный метод - метод сравнения с мерой, в котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой.

Пример: измерения, выполняемые при по верке мер длины сравнением с образцовой мерой на компараторе.

Метод противопоставления – метод сравнения с мерой, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами.

Пример: измерения массы на равноплечных весах с помещением измеряемой массы и уравновешивающих ее гирь на двух чашках весов.

Метод замещения – метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой.

Пример: взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов.

Метод совпадений - метод сравнения с мерой, в котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов.

Пример: измерение длины с помощью штангенциркуля с нониусом основано на использовании метода совпадений: наблюдают совпадение отметок на шкалах штангенциркуля и нониуса; при измерении частоты вращения стробоскопом наблюдают совпадения положения какой-либо марки на вращающемся объекте в моменты вспышек известной частоты.

Кроме методов измерения широко применяются следующие методы контроля:

- дифференциальный метод – при этом методе осуществляется незаконченная проверка каждого измеряемого параметра в отдельности;

- компенсационный - при этом методе осуществляется проверка нескольких параметров по суммарной погрешности.

Из всех методов измерения метод сравнения с мерой является более точным по сравнению с методом непосредственной оценки, причём дифференциальный метод измерения является более точным, чем нулевой метод измерения.

Недостатком нулевого метода измерения является необходимость иметь большой число мер, различных сочетаний для воспроизведения мерных величин кратных измеряемым. Разновидностью нулевого метода является компенсацион6ный метод измерения, при котором происходит измерения физической величины без нарушения процесса в котором она участвует.

8. Понятие о средстве измерения. Классификация средств измерения

Измерение– это нахождение значения физической величины опытным путём с использованием операционных технических средств.

Средство измерения – технические средства, которые используются при измерении и имеют нормированные метрологические характеристики.

Структурная схема процесса измерения:

ОИ – объект измерения;

СИ – средства измерения;

ВФВ – влияющая физическая величина;

ФВ – физическая величина;

ВФВ оказывает воздействие на объект измерения, средства измерения и на оператора, т.е. в качестве этих величин выступают: температура окружающей среды, давление, влажность и др. Действие ВФВ приводит к образованию дополнительных погрешностей измерения.

КИС – контрольно измеряемая система;

САК – система автоматического контроля;

ИИС – информационно измеряемая система (телеизмерения).

Эталон и мера

Эталон единицы - средство измерений (или комплекс средств измерений), обеспечивающее воспроизведение и (или) хранение единицы с целью передачи ее размера нижестоящим поверочной схеме средствам измерений, выполненное по особой спецификации и официально утвержденное в установленном порядке в качестве эталона.

Примеры. Комплекс средств измерений для воспроизведения метра через длину световой волны, утвержденный в качестве государственного эталона метра; платиноиридиевая гиря № 6 в 1 кг, утвержденная в качестве эталона-копии килограмма; группа из шести манганиновых одноомных резисторов, утвержденная в качестве государственного эталона ома.

Первичный эталон - эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью.

Примечание. Первичный эталон основной единицы должен воспроизводить единицу в соответствии с ее определением.

Вторичный эталон - эталон, значение которого устанавливают по первичному эталону.

Эталон-свидетель - вторичный эталон, предназначенный для проверки сохранности государственного эталона и для замены его в случае порчи или утраты.

Примечание. Эталон-свидетель применяется лишь тогда, когда государственный эталон является невоспроизводимым.

Эталон-копия - вторичный эталон, предназначенный для передачи размеров единиц рабочим эталонам.

Примечание. Эталон-копия не всегда является физической копией государственного эталона.

Эталон сравнения - вторичный эталон, применяемый для сличений эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемы друг с другом.

Специальный эталон - эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы в особых условиях и заменяющий для этих условий первичный эталон.

Примечание. Единица, воспроизводимая с помощью специального эталона, по размеру должна быть согласована с единицей, воспроизводимой с помощью соответствующего первичного эталона.

Рабочий эталон - эталон, применяемый для передачи размера единицы образцовым средствам измерений высшей точности, и в отдельных случаях — наиболее точным рабочим средствам измерений.

По всем системным единицам имеются первичные эталоны, эталон моля отсутствует. Эталон килограмма – платиноиридиевый стержень с высотой и длиной равной 39 мм и рычажные весы на 1 кг с возможностью дистанционной передачи показаний. Эталон Ампера – токовые весы с дистанционным управлением, эталон сопротивления – комплекс эталонов в виде группы из 10 манганиновых катушек и измерительный мост.

Государственный эталон - первичный или специальный эталон, cпециально утвержденный в качестве исходного для страны

Пример. Нормальный элемент, используемый для сличений государственного эталона вольта СССР с эталоном вольта Международного бюро мер и весов.

Эталонная установка - измерительная установка, входящая в комплекс средств измерений, утвержденный в качестве эталона.

Образцовое средство измерений - мера, измерительный прибор или измерительный преобразователь, служащие для поверки по ним других средств измерений и утвержденные в качестве образцовых.

Образцовое вещество - образцовая мера в виде вещества с известными свойствами, воспроизводимыми при соблюдении условий приготовления, указанных в утвержденной спецификации.

Примеры. Чистая вода, чистые газы (водород, кислород), чистые металлы (цинк, серебро, золото, платина).

Стандартный образец - мера для воспроизведения единиц величин, характеризующих свойства или состав веществ и материалов.

Примеры. Стандартный образец свойств ферромагнитных материалов, стандартный образец среднелегированной стали с аттестованным содержанием химических элементов

Исходное образцовое средство измерений - образцовая мера или образцовый измерительный прибор, соответствующие высшей ступени поверочной схемы органа метрологической службы.

Подчиненное образцовое средство измерений - образцовая мера, образцовый измерительный прибор или образцовый измерительный преобразователь низшего разряда по сравнению с исходным образцовым средством измерений

Поверочная установка - измерительная установка, укомплектованная образцовыми средствами измерений и предназначенная для поверки других средств измерений.

Примеры. Установка для поверки термометров, состоящая из образцовых термометров, устройств для воспроизведения постоянных температурных точек, термостатов и т. д.; установка для поверки электрических счетчиков, включающая образцовые ваттметры, щит для навешивания и соединения счетчиков, вспомогательные приборы, а также питающие и регулирующие устройства.

Рабочее средство измерений - средство измерений, применяемое для измерений, не связанных с передачей размера единиц.

Примеры. Весы для отпуска товаров, меpa длины, применяемая для измерений размеров изделий или для наладки металлообрабатывающих станков.

Поверочная схема - утвержденный в установленном документ, устанавливающий средства, методы и точность передачи размера единицы от эталона или исходного образцового средства измерений рабочим средствам изме­рений.

Разряд образцовых средств измерений - категория образцовых средств измерений, отнесенных к одной и той же ступени поверочной схемы.

Примечание. Размеры образцовых средств измерений нумеруются: 1-й, 2-й и т. д.