Метрологические характеристики средств измерений и контроля

Лекция №2

ТЕМА: « Методы измерений»

План занятия:1.Методы измерения физических величин.

                            2. Понятие о средстве измерений.

                    3. Метрологические характеристики средств измерений и

                              контроля.

 

                               Ход занятия

                Методы измерения физических величин

Метод измерений – это приём или совокупность приёмов сравнения измеряемой физической величины с её единицей в соответствие с реализованным принципом измерений. Методы измерений определяются видом измеряемых величин, их размерами, требуемой точностью результата, требуемой быстротой процесса изме-

 

рения и прочими данными. В предыдущей теме перечислялись виды измерений по способу получения числового значения. Наибольшее распространение, на практике, получили прямые измерения из-заих простоты и скорости исполнения.

Прямые измерения можно производить следующим методами, которые можно разделить на две основных группы:

1 Метод непосредственной оценки – значение величины определяют непосредственно по отсчётному устройству мерительного прибора (силу тока по амперметру, массы – по циферблатным весам и т.д.).

2 Метод сравнения с мерой – измеряемую величину сравнивают с величиной воспроизводимой мерой (измерение массы рычажными весами с уравновешиванием гирями).

А) Дифференциальный метод – метод сравнения с мерой, при котором на измерительный прибор действует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой (измерения, выполняемые при проверке мер длины сравнением с образцовой мерой на компараторе).

Б) Нулевой метод – метод сравнения с мерой, когда результирующий эффект воздействия на прибор сравнения доводят до нуля (измерение электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием).

В) Метод совпадений – метод сравнения с мерой, при котором разность между измеряемой величиной и величиной воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадения отметок шкал прибора (измерение линейных размеров с помощью штангенциркуля).

Г) Метод замещения – метод сравнения с мерой, когда измеряемую величину замещают известной величиной воспроизводимой мерой (взвешивание с поочерёдным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашу весов).

 

Понятие о средстве измерений

Средство измерений – это техническое средство или комплекс средств, предназначенное для измерений. Оно имеет нормированные метрологические характеристики, воспроизводящие или хранящие единицу физической величины.

Средство измерений должно реализовывать одну из следующих функций:

–воспроизводить величину заданного размера;

–вырабатывать сигнал, несущий информацию о значении измеряемой величи-

ны.

Такие сигналы могут любо непосредственно восприниматься органами чувств человека, либо проходить через вспомогательные (преобразующие приборы для этого).

Все средства измерений можно классифицировать по двум основным призна-

кам:

1 По метрологическому назначению средства измерения делятся на:

а) Рабочие средства измерения – применяются для проведения технических измерений.

– лабораторные (используются при научных исследованиях, при проектировании технических устройств, а также для проведения медицинских измерений);

–производственные (используются для контроля качества продукции на производстве и для контроля технологического процесса производства);

–полевые (используются непосредственно на всех видах транспорта).

б) Эталоны

 

2) По конструктивному исполнению средства измерения делятся на:

а) меры физической величины – это средства измерения, предназначенные для хранения и воспроизведения единицы физической величины

б)   измерительные приборы – это средство измерения, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в заданных пределах. Прибор, как правило, содержит устройство для преобразования измерительной величины, а также индикацию в наиболее доступной для восприятия форме.

в)    измерительные преобразователи – это средства измерений, предназначенные для преобразования измерений физической величины в другую величину удобную для переработки, хранения и, при необходимости, дальнейшего преобразования

 г)  измерительная установка – это комплекс функционально объединенных мер, измерительных преобразователей, измерительных приборов и других устройств, предназначенных для измерения одной или нескольких физических величин. Как правило, этот комплекс располагается в одном месте, например испытательный

стенд

д)   измерительная система – это совокупность функционально объединенных измерительных приборов, мер, измерительных преобразователей и других технических средств, размещенных в различных точках контролируемого пространства и предназначенных для измерения одной или нескольких физических величин

                                            

Метрологические характеристики средств измерений и контроля

Эта характеристика одного из средств измерения влияющая на результат и его погрешность.

Рассмотрим наиболее часто встречающиеся метрологические характеристики средств измерений и контроля:

Цена деления шкалы прибора – это разность величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Она всегда указывается на шкале прибора.

Длина деления шкалы прибора – это фактическое расстояние между осями (центрами) соседних отметок шкалы прибора.

Начальное и конечное значение шкалы – наименьшее и наибольшее значение измеряемой величины, которые могут быть отсчитаны по шкале данного средства измерения.

Диапазон показаний средства измерений – это область значений шкалы прибо-

ра, ограниченная начальным и конечным значениями шкалы. Существуют средства измерения, начальное значение которых не равно нулю (например, микрометрический нутромер).

Измерительное усилие – это усилие, возникающее в зоне контакта измерительного наконечника прибора с измеряемой поверхностью.

Перепад измерительного усилия – разность измерительного усилия при двух положениях указателя в пределах диапазона показаний.

 Чувствительность – это способность средства измерения реагировать на изменения измеряемой величины. Определяется как отношение изменения выходного сигнала средств измерения к вызывающему его изменению измеряемой величины.

Порог чувствительности средств измерения – то наименьшее значение изме-

нения физической величины, с которого возможно начать измерение этой величины данным средством измерения.

  Вариация показаний измерительного прибора – это разность показаний прибо-

ра в одной и той же точке диапазона показаний при плавном подходе к этой точке показывающего элемента (стрелки) со стороны больших и меньших значений измеряемой величины.

 

                   Методика выполнения измерений

Следует отличать метод измерения от методики выполнения измерений (МВИ).

Методика выполнения измерений установленная совокупностьопераций и правил при измерении, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с гарантированной точностью в соответствии с принятым методом.

Общие требования к разработке, оформлению, унификации и аттестации МВИ регламентирует ГОСТ . Эти нормативные документы применяются ко всем МВИ, за исключением МВИ, при использовании которых погрешности измерений определяют в процессе или после применения данных МВИ (обычно это происходит при научных исследованиях)

Исходными данными для разработки МВИ служат

 

1) назначение методики, наименование измеряемой величины, характе-ристики объекта измерений, влияющие на погрешность измерения;

 

2) требования к погрешности измерений ;

 

3) условия измерений (диапазон значений внешних влияющих факторов);

4) форма представления результатов измерений;

5) требования к безопасности измерительных процедур.

 

Разработка МВИ включает следующие этапы :

1. составление и утверждение технического задания на разработку МВИ;

2. выбор методов и средств измерений (по стоимости, трудоёмкости и погрешности), включая нестандартные;

3. установление последовательности операций, выполняемых при измерении, и условий измерения;

4. установление приписанных характеристик или предельно допустимых погрешностей измерения;

5. составление алгоритма обработки экспериментальных данных и правил оформления результатов измерений;

6. составление текста документа МВИ;

7. метрологическая экспертиза проекта МВИ;

 

1) аттестация МВИ (обязательная процедура только для измерений, про-водимых в сферах распространения ГМКН  государственного метрологического контроля и надзора);

 

2) стандартизация МВИ .

 

Аттестация МВИ включает в себя:разработку и утверждение про-граммы аттестации; выполнение исследований в соответствии с программой; составление и оформление отчёта об аттестации; оформление аттестата МВИ.

При аттестации должна быть проверена правильность учёта всех факторов, влияющих на точность измерений, установлена достоверность результатов измерений.

Аттестацию МВИ проводят государственные и ведомственные метрологические службы, причём, если МВИ применяется в сферах распространения

ГМКН, то её аттестацию проводят органы государственной метрологической службы (ГМС).

 

Стандартизации подлежат МВИ,разработанные для типовых измерений, широко используемых на предприятиях различной специализации.

 

В документах МВИ указывают:

 назначение МВИ,условия измерений,погрешность или приписанную характеристику измерений, методы измерений, средства измерений, вспомогательные устройства и материалы, операции по подготовке и выполнению измерений, правила обработки и оформления результатов измерений, требования к квалификации операторов и безопасности выполняемых работ.

Если проводятся прямые измерения с помощью показывающего прибора утверждённого типа,то документированная МВИ не требуется,посколькуеё полностью заменяют техническое описание и формуляр прибора. В этом случае достаточно в нормативной документации указать тип и основные метрологические характеристики применяемого средства измерений.

Документированная МВИ необходима только при возможной существенной методической или субъективной погрешности измерений. Такие случаи особенно часто возникают при проведении косвенных измерений.

МВИ периодически пересматриваются с целью их совершенствования. Аттестацию МВИ следует отличать от метрологической аттестациисредств измерений.

 

Средства измерений

 

Средство измерений техническое средство,предназначенное для из-мерений и имеющее нормированные метрологические характеристики.

Существует несколько способов классификации средств измерений (СИ).