Классификация и характеристика средств измерения. Средства измерений и их общая классификация. По уровню стандартизации
Средством измерений (СИ) называют техническое средство (или их комплекс), используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики.
Данное определение раскрывает метрологическую сущность СИ, заключающуюся, во-первых, в «умении» хранить (или воспроизводить) единицу физической величины и, во-вторых, в неизменности размера хранимой единицы.
СИ можно классифицировать по двум признакам:
1) конструктивное исполнение; 2) метрологическое назначение.
По конструктивному исполнению СИ подразделяют на меры, измерительные преобразователи; измерительные приборы; измерительные установки, измерительные системы.
Меры величины - СИ, предназначенные для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров. Различают меры: однозначные (гиря 1кг, калибр); многозначные (масштабная линейка); наборы мер (набор гирь, набор калибров). Набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство, называется магазином мер. Сравнение с мерой выполняют с помощью специальных технических средств - компараторов (рычажные весы, измерительный мост и т.д.).
Измерительные преобразователи (ИП) - СИ, служащие для преобразования измеряемой величины в другую величину или сигнал измерительной информации, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований. По характеру преобразования различают аналоговые (АП), цифроаналоговые (ЦАП), аналого-цифровые (АЦП) преобразователи. По месту в измерительной цепи различают первичные (ИП, на который непосредственно воздействует измеряемая величина) и промежуточные (ИП, занимающий место в измерительной цепи после первичного ИП) преобразователи.
Измерительный прибор - СИ, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Прибор, как правило, содержит устройство для преобразований измеряемой величины и её индикации в форме, наиболее доступной для восприятия. В случае сопряжения прибора с мини-ЭВМ отчет может производиться с помощью дисплея.
По степени индикации измеряемой величины измерительные приборы подразделяют на показывающие и регистрирующие. Показывающий прибор допускает только отсчитывание показаний измеряемой величины (микрометр, манометр и др.). В регистрирующем приборе предусмотрена регистрация показаний - в форме диаграммы путем печатания показаний (телеграф, разрывная машина с пишущим элементом и др.).
Все измерительные приборы могут быть разделены в основном на следующие группы:
§ штриховые инструменты (штангенциркуль);
§ микрометрические инструменты (микрометр);
§ рычажно-механические (индикаторы);
§ оптические приборы (нивелиры, дальномеры);
§ интерференционные приборы (интерферометр);
§ измерительные приборы (УИМ - универсальный измерительный микроскоп);
§ пневматические приборы (манометры);
§ электрические приборы (амперметры);
Измерительная установка - совокупность функционально объединённых мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенных для измерений одной или нескольких физических величин и расположенных в одном месте. Измерительную установку, предназначенную для испытаний каких-либо изделий, называют испытательным стендом.
Измерительная система - совокупность функционально объединённых мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого пространства с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому пространству. Например, радионавигационная система для определения местонахождения судов.
К современной измерительной технике относятся: автоматизированная измерительная система (АИС); информационно-измерительная система (ИИС); измерительно-вычислительный комплекс (ИВК). Типичная ИИС содержит в своем составе ЭВМ и обеспечивает сбор, обработку и хранение информации, поступающей от датчиков, характеризующих состояние объекта или процесса.
По метрологическому назначению все СИ подразделяются на два вида - рабочие СИ и эталоны.
Рабочие СИ (РСИ) предназначены для проведения технических измерений. По условиям применения они могут быть:
§ лабораторными , используемыми при научных исследованиях, медицинских измерениях и пр.;
§ производственными , используемыми для контроля характеристик технологических процессов, контроля качества готовой продукции и пр.;
§ полевыми , работающими в условиях постоянно изменяющихся в широких пределах внешних воздействий.
К каждому виду РСИ предъявляются специфические требования: к лабораторным - повышенная точность, чувствительность и стабильность; к производственным - повышенная стойкость к ударно- вибрационным нагрузкам, высоким и низким температурам, влажности, пыли.
Особым средством измерений является эталон. Эталоны являются высокоточными СИ, а поэтому используются для проведения метрологических измерений в качестве средств передачи информации о размере единицы и предназначены для обеспечения единства измерений.
Под эталоном единицы физической величины понимается СИ (или комплекс СИ), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме СИ и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке. Общие требования к эталонам изложены в ГОСТ 8.057-80 «ГСИ. Эталоны единиц физических величин. Основные положения.»
Эталоны должны обладать, по крайней мере, тремя существенными признаками - неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью.
Неизменность - свойство эталона удерживать неизменным размер воспроизводимости и единицы ФВ в течение длительного интервала времени.
Воспроизводимость - возможность воспроизведения единицы физической величины с наименьшей погрешностью для достигнутого уровня развития техники измерений.
Сличаемость - возможность обеспечения сличения с эталоном других СИ, нижестоящих по поверочной схеме, с наибольшей точностью для достигнутого уровня развития техники измерений.
Различают следующие виды эталонов:
§ первичный - обеспечивает воспроизведение единицы с наивысшей в стране точностью; первичные эталоны, признанные решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории государства, называются государственными. Примером первичного эталона является комплекс СИ для воспроизведения килограмма с помощью платиноиридиевого прототипа и эталонных весов;
§ вторичный - эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы. Среди вторичных эталонов различают: эталоны сравнения, применяемые для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличимы друг с другом, и эталоны-копии, используемые для передачи информации о размере единицы рабочим эталонам;
§ рабочий - эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим СИ. При необходимости рабочие эталоны подразделяются на разряды - 1-й, 2-й, … , n-й;
§ исходный - эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами (в данной лаборатории, организации, предприятии), от которого передают размер единицы подчиненным эталонам и имеющимся СИ. Исходным эталоном в стране служит первичный эталон; исходным эталоном для республики, региона или предприятия может быть вторичный или рабочий эталон.
Кроме национальных эталонов, признанных официальным решением в качестве исходного для одной страны, существуют международные эталоны, которые принимаются по международному соглашению. В качестве примера международного эталона можно привести прототип килограмма, хранимый в Международном бюро мер и весов (МБМВ).
Размер единицы передается «сверху вниз» от более точных СИ к менее точным в соответствии с установленным поверочной схемой числом ступеней передачи: первичный эталон - вторичный эталон - рабочий эталон 1-го разряда - рабочий эталон 2-го разряда … - рабочее средство измерений.
Эталонная база России - это совокупность государственных первичных и вторичных эталонов, а также исходных для страны установок высшей точности для воспроизведения единиц физических величин.
Основу эталонной базы России составляют государственные первичные эталоны основных единиц - метра, килограмма, секунды, ампера, кельвина, канделы. Современная эталонная база России имеет в своем составе 118 государственных эталонов, 76 установок высшей точности и более 300 вторичных эталонов, обеспечивающих единство и требуемую точность. Она адаптирована в европейскую и международную систему обеспечения единства измерений.
Метрология, стандартизация и сертификация: конспект лекций Демидова Н В
10. Классификация средств измерения
Средство измерения (СИ) – это техническое средство или совокупность средств, применяющееся для осуществления измерений и обладающее нормированными метрологическими характеристиками. При помощи средств измерения физическая величина может быть не только обнаружена, но и измерена.
Средства измерения классифицируются по следующим критериям:
1) по способам конструктивной реализации;
2) по метрологическому предназначению.
По способам конструктивной реализации средства измерения делятся на:
1) меры величины;
2) измерительные преобразователи;
3) измерительные приборы;
4) измерительные установки;
5) измерительные системы.
Меры величины – это средства измерения определенного фиксированного размера, многократно используемые для измерения. Выделяют:
1) однозначные меры;
2) многозначные меры;
3) наборы мер.
Некоторое количество мер, технически представляющее собой единое устройство, в рамках которого возможно по-разному комбинировать имеющиеся меры, называют магазином мер.
Объект измерения сравнивается с мерой посредством компараторов (технических приспособлений). Например, компаратором являются рычажные весы.
К однозначным мерам принадлежат стандартные образцы (СО). Различают два вида стандартных образцов:
1) стандартные образцы состава;
2) стандартные образцы свойств.
Стандартный образец состава или материала – это образец с фиксированными значениями величин, количественно отражающих содержание в веществе или материале всех его составных частей.
Стандартный образец свойств вещества или материала – это образец с фиксированными значениями величин, отражающих свойства вещества или материала (физические, биологические и др.).
Каждый стандартный образец в обязательном порядке должен пройти метрологическую аттестацию в органах метрологической службы, прежде чем начнет использоваться.
Стандартные образцы могут применяться на разных уровнях и в разных сферах. Выделяют:
1) межгосударственные СО;
2) государственные СО;
3) отраслевые СО;
4) СО организации (предприятия).
Измерительные преобразователи (ИП) – это средства измерения, выражающие измеряемую величину через другую величину или преобразующие ее в сигнал измерительной информации, который в дальнейшем можно обрабатывать, преобразовывать и хранить. Измерительные преобразователи могут преобразовывать измеряемую величину по-разному. Выделяют:
1) аналоговые преобразователи (АП);
2) цифроаналоговые преобразователи (ЦАП);
3) аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Измерительные преобразователи могут занимать различные позиции в цепи измерения. Выделяют:
1) первичные измерительные преобразователи, которые непосредственно контактируют с объектом измерения;
2) промежуточные измерительные преобразователи, которые располагаются после первичных преобразователей. Первичный измерительный преобразователь технически обособлен, от него поступают в измерительную цепь сигналы, содержащие измерительную информацию. Первичный измерительный преобразователь является датчиком. Конструктивно датчик может быть расположен довольно далеко от следующего промежуточного средства измерения, которое должно принимать его сигналы.
Обязательными свойствами измерительного преобразователя являются нормированные метрологические свойства и вхождение в цепь измерения.
Измерительный прибор – это средство измерения, посредством которого получается значение физической величины, принадлежащее фиксированному диапазону. В конструкции прибора обычно присутствует устройство, преобразующее измеряемую величину с ее индикациями в оптимально удобную для понимания форму. Для вывода измерительной информации в конструкции прибора используется, например, шкала со стрелкой или цифроуказатель, посредством которых и осуществляется регистрация значения измеряемой величины. В некоторых случаях измерительный прибор синхронизируют с компьютером, и тогда вывод измерительной информации производится на дисплей.
В соответствии с методом определения значения измеряемой величины выделяют:
1) измерительные приборы прямого действия;
2) измерительные приборы сравнения.
Измерительные приборы прямого действия – это приборы, посредством которых можно получить значение измеряемой величины непосредственно на отсчетном устройстве.
Измерительный прибор сравнения – это прибор, посредством которого значение измеряемой величины получается при помощи сравнения с известной величиной, соответствующей ее мере.
Измерительные приборы могут осуществлять индикацию измеряемой величины по-разному. Выделяют:
1) показывающие измерительные приборы;
2) регистрирующие измерительные приборы.
Разница между ними в том, что с помощью показывающего измерительного прибора можно только считывать значения измеряемой величины, а конструкция регистрирующего измерительного прибора позволяет еще и фиксировать результаты измерения, например посредством диаграммы или нанесения на какой-либо носитель информации.
Отсчетное устройство – конструктивно обособленная часть средства измерений, которая предназначена для отсчета показаний. Отсчетное устройство может быть представлено шкалой, указателем, дисплеем и др. Отсчетные устройства делятся на:
1) шкальные отсчетные устройства;
2) цифровые отсчетные устройства;
3) регистрирующие отсчетные устройства. Шкальные отсчетные устройства включают в себя шкалу и указатель.
Шкала – это система отметок и соответствующих им последовательных числовых значений измеряемой величины. Главные характеристики шкалы:
1) количество делений на шкале;
2) длина деления;
3) цена деления;
4) диапазон показаний;
5) диапазон измерений;
6) пределы измерений.
Деление шкалы – это расстояние от одной отметки шкалы до соседней отметки.
Длина деления – это расстояние от одной осевой до следующей по воображаемой линии, которая проходит через центры самых маленьких отметок данной шкалы.
Цена деления шкалы – это разность между значениями двух соседних значений на данной шкале.
Диапазон показаний шкалы – это область значений шкалы, нижней границей которой является начальное значение данной шкалы, а верхней – конечное значение данной шкалы.
Диапазон измерений – это область значений величин в пределах которой установлена нормированная предельно допустимая погрешность.
Пределы измерений – это минимальное и максимальное значение диапазона измерений.
Практически равномерная шкала – это шкала, у которой цены делений разнятся не больше чем на 13 % и которая обладает фиксированной ценой деления.
Существенно неравномерная шкала – это шкала, у которой деления сужаются и для делений которой значение выходного сигнала является половиной суммы пределов диапазона измерений.
Выделяют следующие виды шкал измерительных приборов:
1) односторонняя шкала;
2) двусторонняя шкала;
3) симметричная шкала;
4) безнулевая шкала.
Односторонняя шкала – это шкала, у которой ноль располагается в начале.
Двусторонняя шкала – это шкала, у которой ноль располагается не в начале шкалы.
Симметричная шкала – это шкала, у которой ноль располагается в центре.
Измерительная установка – это средство измерения, представляющее собой комплекс мер, ИП, измерительных приборов и прочее, выполняющих схожие функции, используемые для измерения фиксированного количества физических величин и собранные в одном месте. В случае, если измерительная установка используется для испытаний изделий, она является испытательным стендом.
Измерительная система – это средство измерения, представляющее собой объединение мер, ИП, измерительных приборов и прочее, выполняющих схожие функции, находящихся в разных частях определенного пространства и предназначенных для измерения определенного числа физических величин в данном пространстве.
По метрологическому предназначению средства измерения делятся на:
1) рабочие средства измерения;
2) эталоны.
Рабочие средства измерения (РСИ) – это средства измерения, используемые для осуществления технических измерений. Рабочие средства измерения могут использоваться в разных условиях. Выделяют:
1) лабораторные средства измерения, которые применяются при проведении научных исследований;
2) производственные средства измерения, которые применяются при осуществлении контроля над протеканием различных технологических процессов и качеством продукции;
3) полевые средства измерения, которые применяются в процессе эксплуатации самолетов, автомобилей и других технических устройств.
К каждому отдельному виду рабочих средств измерения предъявляются определенные требования. Требования к лабораторным рабочим средствам измерения – это высокая степень точности и чувствительности, к производственным РСИ – высокая степень устойчивости к вибрациям, ударам, перепадам температуры, к полевым РСИ – устойчивость и исправная работа в различных температурных условиях, устойчивость к высокому уровню влажности.
Эталоны – это средства измерения с высокой степенью точности, применяющиеся в метрологических исследованиях для передачи сведений о размере единицы. Более точные средства измерения передают сведения о размере единицы и так далее, таким образом образуется своеобразная цепочка, в каждом следующем звене которой точность этих сведений чуть меньше, чем в предыдущем.
Сведения о размере единицы предаются во время проверки средств измерения. Проверка средств измерения осуществляется с целью утверждения их пригодности.
Данный текст является ознакомительным фрагментом. Из книги Правила устройства электроустановок в вопросах и ответах [Пособие для изучения и подготовки к проверке знаний] автора Красник Валентин ВикторовичИзмерения тока Вопрос. В каких цепях выполняются измерения тока?Ответ. Выполняются в цепях всех классов напряжений, где необходим систематический контроль технологического процесса или работы оборудования (1.6.6).Вопрос. В каких цепях выполняются измерения постоянного
Из книги Метрология, стандартизация и сертификация: конспект лекций автора Демидова Н ВИзмерения напряжения Вопрос. Где выполняются измерения напряжения?Ответ. Как правило, выполняются:на секциях сборных шин переменного и постоянного тока, которые могут работать раздельно, а также на линиях электропередачи при отсутствии сборных шин РУ подстанции (схемы
Из книги Метрология, стандартизация и сертификация автора Демидова Н ВИзмерения мощности Вопрос. В каких цепях выполняются измерения мощности?Ответ. Выполняются в цепях:у генераторов – активной и реактивной мощности; конденсаторных батарей мощностью 25 Мвар и более и синхронных компенсаторов – реактивной мощности;трансформаторов и
Из книги CCTV. Библия видеонаблюдения [Цифровые и сетевые технологии] автора Дамьяновски ВладоИзмерения частоты Вопрос. Где выполняются измерения частоты?Ответ. Измерения частоты выполняются:на каждой секции шин генераторного напряжения;на каждом генераторе блочной электростанции;на каждой системе (секции) шин высших напряжений электростанции;в узлах
Из книги Технический регламент о требованиях пожарной безопасности. Федеральный закон № 123-ФЗ от 22 июля 2008 г. автора Коллектив авторовИзмерения при синхронизации Вопрос. Какие приборы предусматриваются для измерений при точной (ручной или полуавтоматической) синхронизации?Ответ. Предусматриваются два вольтметра, два частотомера и синхроноскоп
Из книги Очень общая метрология автора Ашкинази Леонид Александрович4. Единицы измерения В 1960 г. на XI Генеральной конференции по мерам и весам была утверждена Международная система единиц (СИ).В основе Международной системы единиц лежат семь единиц, охватывающих следующие области науки: механику, электричество, теплоту, оптику,
Из книги автора9. Классификация средств размещения Средства размещения туристов – любой объект, предназначенный для проживания туристов (гостиница, отель, туристическая база и т. п.)Средства размещения, согласно Постановлению Госстандарта Российской Федерации от 9 июля 1998 г.,
Из книги автора9.Классификация средств измерения Средство измерения (СИ) – это техническое средство или совокупность средств, применяющееся для осуществления измерений и обладающее нормированными метрологическими характеристиками. При помощи средств измерения физическая величина
Из книги автора42. Классификация средств размещения Средства размещения туристов – любой объект, предназначенный для проживания туристов (гостиница, отель, туристическая база и т. п.)Средства размещения, согласно Постановлению Госстандарта Российской Федерации от 9 июля 1998 г.,
Из книги автора1. Единицы измерения СИ Основные единицыЗаконы Физики выражают фундаментальные взаимосвязи между определенными физическими величинами.В Физике много различных величин. Чтобы упростить измерения и построить физические теории, некоторые из этих величин принимаются за
Из книги автора Из книги автора Из книги автора Из книги автора Из книги автораКонкретные измерения Электрические измерения: напряжение, ток, сопротивление, мощность Измерять в быту электрические параметры приходится не часто, а некоторым - и никогда.Напряжение в сети либо есть, либо его нет, и определяют это просто подключив нагрузку - проще
Из книги автораМедицинские измерения В медицине измеряют множество разных величин, например концентрации каких-либо веществ в каких-либо средах, механические величины (вес, линейные размеры, перемещение, давление, силу, объем выдыхаемого воздуха), частоты (пульса, дыхания),
Средства измерений классифицируются по весьма разнообразным признакам, которые в большинстве случаев взаимно независимы и в каждом средстве измерений могут находиться почти в любых сочетаниях.
К числу этих признаков относятся: тип и вид контролируемых физических величин; назначение; число проверяемых параметров при одной установке объекта измерения; принцип действия; способ образования показаний; способ получения числового значения измеряемой величины; точность; условия применения; степень защищенности от внешних магнитных и электрических полей; прочность и устойчивость против механических воздействий и перегрузок; стабильность; чувствительность; пределы и диапазоны измерений; роль, выполняемой в системе обеспечения единства измерений; уровень автоматизации; уровень стандартизации; отношению к измеряемой физической величине.
Классификация СИ по типу контролируемых величин
Классификация средств измерения и контроля по типу контролируемых физических величин представлена на рис. 7.8.
Рис. 7.7. Классификация средств измерения и контроля по типу физических величин
В условиях расширяющейся автоматизации технологических процессов обработки деталей и сборки узлов и агрегатов машин, повышения требований к производительности, точности и качеству обработки при массовом производстве машин все большее значение приобретают автоматические средства контроля. Они классифицируются по числу проверяемых параметров, степени автоматизации, способу преобразования измерительного импульса, месту установки в технологическом процессе , воздействию на технологический процесс (рис. 7.8).
Отнесение контрольных операций к ручным, полуавтоматическим или автоматическим можно выполнять по отношению времени, затрачиваемому на ручные операции, к общему (суммарному) времени контроля tx. Если tp/tz< 0,5, то контроль считается ручным (например, контроль ручными калибрами или шкальными средствами измерения). Если 0,02 < tv/tz< 0,5, то контроль считается полуавтоматическим (например, установка объекта контроля на стол контрольного приспособления выполняется вручную, а последующий процесс контроля показаний - автоматически). Если tp/tz < 0,02, то контроль считается автоматическим (установка объекта контроля, его измерение, оценка результатов и снятие объекта контроля выполняются без участия оператора).
По назначению
По назначению СИ делятся на универсальные и специальные;
По числу проверяемых параметров
По числу проверяемых параметров при одной установке объекта измерения - одномерные и многомерные;
Ту или иную величину можно измерять при помощи средств измерений, отличающихся одно от другого принципом действия. Различия этих принципов связаны с использованием различных физических явлений. Например, для измерения длины применяют механические, оптические, пневматические и электрические устройства. Кроме того, могут быть различными способы использования одного и того же физического явления. Так, различие принципа действия электроизмерительных устройств, в которых используется взаимодействие электрического тока и магнитного потока, заключается в способе получения, форме и характере магнитного потока.
По способу образования показаний
По способу образования показаний измерительные приборы можно разделить на три основные группы: показывающие, самопишущие и приборы с наводкой.
Рис. 7.8. Классификация автоматических средств контроля
Показывающие измерительные приборы, если на них воздействует измеряемая величина, дают показание, не требуя от наблюдателя каких-либо дополнительных операций. Указатель отсчетного устройства перемещается без воздействия человека и наблюдается визуально. Самопишущие измерительные приборы , кроме шкалы и указателя, содержат механизм, записывающий показания прибора и измерения изменяющейся величины в виде диаграммы. Измерительные приборы с наводкой требуют обязательного вмешательства человека, который перемещением тех или иных талей или подбором мер добивается достижения определенного эффекта-обычно приведения к нулю показания нулевого индикатора. По достижении этого положения производится отсчет показаний по отсчетному приспособлению или по сумме подобранных мер.
По способу получения значения измеряемой величины приборы можно разделить на две группы: приборы непосредственной оценки и компарирующие приборы (приборы сравнения).
Для каждого средства измерения устанавливают границы условий их применения , имея в виду, что.именно в пределах этих границ нормируются и обеспечиваются те их свойства, которые определяют уровень точности их показаний.
Постоянно действующей, влияющей на средства измерений, величиной является магнитное тюле Земли. В каждой точке поверхности Земли оно приблизительно постоянно. Магнитное поле Земли и другие магнитные поля влияют на показания ряда средств измерений, принцип действия которых основан на использовании магнитных и электромагнитных явлений. Магнитные поля, возникающие в современных технических устройствах, во много раз сильнее магнитного поля Земли, поэтому от них необходимо защищать даже не очень чувствительные средства измерений. Так как защита от влияния магнитных полей всегда усложняет и удорожает средства измерений, то применяют не только при наличии таких магнитных полей, которые могут повлиять на него. В зависимости от напряженности магнитных полей используют средства измерений, соответствующим образом защищенные от них. Для электроизмерительных приборов разработана классификация по степени защищенности их от влияния магнитных полей. Введены две категории защищенности: I и II. Категории I соответствует большая степень защищенности (ГОСТ 1845-59).
На показания измерительных приборов, основанных на использовании электростатистических явлений, влияют электрические поля. На степени защищенности от влияния электрических полей также введены категории.
Классификация по прочности и устойчивости против механических воздействий и перегрузок
Существуют внешние явления, воздействие которых не выражается в непосредственном влиянии на показания средств измерений, но они могут явиться причиной порчи и нарушения действий механизма. На средства измерений могут воздействовать вода, другие жидкости и газы, пыль и т. д. От воздействия этих факторов средства измерений защищают кожухами или выполняют их в корпусах из особых материалов с применением защитных покрытий . По степени защиты от внешних воздействий различают средства измерений обыкновенные, пылезащищенные, брыз-гозащищенные, водозащищенные, герметические, газозащищенные, взрывобезопасные.
Классификация по стабильности показаний средств измерений. Значения мер или показания измерительных приборов изменяются нередко и без воздействия внешних факторов по истечении более или менее длительного времени. Причиной таких изменений в большинстве случаев являются внутренние структурные изменения материалов, из.которых изготовлены основные детали средства измерения. Таким изменениям, называемым старением, в большей степени подвержены сплавы металлов и органические материалы.
По роли, выполняемой в системе обеспечения единства измерений
По роли, выполняемой в системе обеспечения единства измерений, СИ делятся на:
- метрологические, предназначенные для метрологических целей - воспроизведения единицы и (или) ее хранения или передачи размера единицы рабочим СИ;
- рабочие, применяемые для измерений, не связанных с передачей размера единиц.
Подавляющее большинство используемых на практике СИ принадлежат ко второй группе. Метрологические средства измерений весьма немногочисленны. Они разрабатываются, производятся и эксплуатируются в специализированных научно-исследовательских центрах.
По уровню стандартизации
По уровню стандартизации средства измерений подразделяются на:
- стандартизованные, изготовленные в соответствии с требованиями государственного или отраслевого стандарта;
- нестандартизованные (уникальные), предназначенные для решения специальной измерительной задачи, в стандартизации требований к которым нет необходимости.
Основная масса СИ являются стандартизованными. Они серийно выпускаются промышленными предприятиями и в обязательном порядке подвергаются государственным испытаниям. Нестандартизованные средства измерений разрабатываются специализированными научно-исследовательскими организациями и выпускаются единичными экземплярами. Они не проходят государственных испытаний, их характеристики определяются при метрологической аттестации.
По отношению к измеряемой физической величине
По отношению к измеряемой физической величине средства измерений делятся на:
- основные - это СИ той физической величины, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей
- вспомогательные - это СИ той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерения необходимо учесть для получения результатов измерения требуемой точности.
Средство измерений представляет собой техническое средство, предназначенное для нахождения опытным путем с оцененной точностью значения заранее выбранной измеряемой физической величины.
Средство измерений имеет нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным в пределах установленной погрешности и в течение известного интервала времени.
В зависимости от степени стандартизации выделяют:
- 1) стандартизованные средства измерений, изготовленные в соответствии с требованиями национального стандарта;
- 2) нестандартизованные средства измерений – уникальные средства измерений, предназначенные для специальной измерительной задачи, в стандартизации требований к которому нет необходимости. Нестандартизованные средства измерений не подвергаются государственным испытаниям (поверкам), а подлежат метрологическим аттестациям.
По степени автоматизации средства измерений делят:
- 1) на автоматические средства измерений , производящие в автоматическом режиме все операции, связанные с обработкой результатов измерений, их регистрацией, передачей данных или выработкой управляющего сигнала;
- 2) автоматизированные средства измерений, производящие в автоматическом режиме одну или часть измерительных операций;
- 3) неавтоматические средства измерений, не имеющие устройств для автоматического выполнения измерений и обработки их результатов (рулетка, теодолит и т.д.).
По конструктивному исполнению средства измерения делятся на: меры; измерительные преобразователи; измерительные приборы; измерительные установки; измерительно- информационные системы (рис. 4.4).
Рис. 4.4.
Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины заданного размера. Мера выступает в качестве носителя единицы физической величины и служит основой для измерений. К мерам относятся гири, концевые меры длины, нормальные элементы (меры ЭДС); кварцевый резонатор (мера частоты электрических колебаний). Меры, воспроизводящие физическую величину одного размера, называют однозначными. Меры, которые воспроизводят физическую величину разных размеров, называют многозначными. Примером многозначной меры является миллиметровая линейка, которая воспроизводит не только миллиметровые, но и сантиметровые размеры длины.
Меры могут составлять наборы или магазины мер. Набор мер представляет собой комплект однородных мер разного размера, предназначенных для применения в различных сочетаниях. Например, набор разновесов.
Магазин мер – это набор мер, в котором меры конструктивно объединены в единое устройство. Соединение мер может осуществляться автоматически или вручную. Примером магазина мер может служить магазин электрических сопротивлений.
Измерительный преобразователь предназначен для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному наблюдению человеком (оператором).
Измеряемая (преобразуемая) величина, поступающая на измерительный преобразователь, называется входной величиной, преобразованная величина – выходной. Соотношение между входной и выходной величинами, которое может быть представлено формулой, таблицей, графиком, называется функцией преобра:ювания и является для измерительного преобразователя основной метрологической характеристикой.
Самым распространенным средством измерений является первичный измерительный преобразователь. Например, первичный преобразователь неэлектрической величины в электрическую. Первичные измерительные преобразователи не изменяют рода физической величины, а служат лишь для изменения размера измеряемой величины (например, делители или усилители напряжения). Часто измерительные преобразователи встраиваются в измерительный прибор.
Часть первичного преобразователя, воспринимающая измерительный сигнал на его входе, называется чувствительным элементом, или сенсором.
Первичный измерительный преобразователь, конструктивно оформленный как обособленное средство измерений (без отсчетного устройства) с нормированной функцией преобразования, называется датчиком. Например: датчик давления, датчик температуры, датчик скорости и т.д.
Вторичными (промежуточными ) измерительными преобразователями называются преобразователи, расположенные в измерительной цепи после первичного преобразователя и обычно по измеряемой (преобразуемой) величине однородные с ним.
По характеру преобразования измерительные преобразователи разделяются на аналоговые, аналого-цифровые, цифрово-аналоговые, цифровые. Цифровые преобразователи служат для изменения формата цифрового сигнала.
Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия человеком (оператором).
Конструктивно измерительные приборы представляют собой совокупность первичных и промежуточных преобразователей.
Особое место занимают приборы прямого действия. Они преобразуют измеряемую величину, как правило, без изменения ее рода и отображают ее на показывающем устройстве, которое проградуировано в единицах этой величины. Например, амперметр, вольтметр и пр.
Более точными являются приборы сравнения, которые предназначены для сравнения измеряемых величин с величинами, значения которых известны. Сравнение осуществляется с помощью компенсационных цепей прибора. Например, измерение массы осуществляется через установку эталонных гирь на равноплечных весах.
Измерительные приборы подразделяются на аналоговые и цифровые. В соответствии с уравнением измерений (4.1) значение величины равно произведению ее числового значения на размер единицы измерения. Информация о числовом значении физической величины, называемая измерительной информацией, в процессе измерений передается с помощью тех или иных сигналов.
В аналоговых приборах устанавливается прямая связь между значением измеряемой величины и значением сигнала физической величины. Например, в ртутном термометре высота столбика ртути соответствует конкретному значению температуры. При этом, очевидно, используется не само числовое значение, а аналоговая величина.
В цифровых измерительных приборах сигналы измерительной информации подвергаются дискретизации и передаются для отображения в виде отдельных кратковременных импульсов, являющихся носителями измерительной информации.
По способу записи измеряемой величины регистрирующие измерительные приборы делятся на самопишущие и печатающие. В самопишущих приборах запись показаний представляется в графическом виде (например, осциллограф), в печатающих – в числовой форме.
Измерительная установка – совокупность функционально объединенных средств измерений, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного наблюдения человеком и расположенная в одном месте.
Измерительная установка может включать в себя меры, измерительные приборы и преобразователей, а также различные вспомогательные устройства.
Измерительно-информационная система – совокупность средств измерений, соединенных между собой каналами связи и предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и (или) использования в автоматических системах управления.
По метрологическому назначению средства измерений подразделяются на два вида: рабочие средства измерений и эталоны.
Рабочие средства измерений (далее РСИ) предназначены для измерений параметров и характеристик объектов контроля и измерений. РСИ являются самыми многочисленными и широко применяемыми. Так, к РСИ относят электросчетчик, применяемый для измерения электрической энергии; теодолит – для измерения плоских углов; нутромер – для измерения малых длин (диаметров отверстий); термометр – для измерения температуры; измерительная система теплоэлектростанции, позволяющая получить измерительную информацию о ряде физических величин в разных энергоблоках.
Эталоны предназначены для воспроизведения и хранения единицы величины (кратных или дольных значений единицы) с целью передачи ее размера другим средством измерения.
По общему назначению средства измерений могут использоваться для проведения поверочных мероприятий, калибровки или для осуществления технических измерений.
