Средства измерения

Метрология, стандартизация и сертификация
СРЕДСТВА
ИЗМЕРЕНИЙ
Тема 6
Понятие о средствах измерений
Средство измерения – это техническое средство (или комплекс),
предназначенное для измерений, имеющее нормированные
метрологические характеристики, воспроизводящие и (или)
хранящие единицу физической величины, размер которой
принимается
неизменным
(в
пределах
установленной
погрешности) в течение известного интервала времени.
Средство
измерения
является
обобщенным
понятием,
объединяющим
разнообразные конструктивно
законченные
устройства, которые реализуют одну из двух функций:
- воспроизводят величину заданного (известного) размера,
(например, гиря – заданную массу);
- вырабатывают сигнал (показание), несущий информацию о
значении
измеряемой
величины.
Показания
СИ
либо
непосредственно воспринимаются органами чувств человека
(например, показания стрелочного или цифрового приборов), либо
они недоступны восприятию человеком и используются для
преобразования другими СИ.
2
Обобщенная структурная схема средства измерения
3
Элементарные средства измерений
Измерительный преобразователь (ИП) – это техническое средство
с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для
преобразования измеряемой величины в другую величину или
измерительный сигнал , удобный для обработки, хранения, дальнейших
преобразований, индикации или передачи.
Информативным параметром входного сигнала СИ является параметр
входного сигнала, функционально связанный с измеряемой величиной и
используемый для передачи ее значения или являющийся самой
измеряемой величиной.
Мера
–
это
средство
измерений,
предназначенное
для
воспроизведения и (или) хранения физической величины одного
(однозначная мера) или нескольких (многозначная мера) размеров,
значения которых выражены в установленных единицах и известны с
необходимой точностью.
Устройство сравнения – это техническое средство, дающее
возможность выполнять сравнение выходных сигналов мер однородных
величин или же показаний измерительных приборов.
4
Измерительный преобразователь
Измерительный преобразователь или входит в состав какого-либо
измерительного прибора (измерительной установки, измерительной
системы и др.), или применяется вместе с каким-либо средством
измерений. Примеры: термопара в термоэлектрическом термометре,
измерительный
трансформатор
тока,
электропневматический
преобразователь.
Классификация ИП:
1) По месту в измерительной цепи:
первичные, на которые непосредственно воздействует измеряемая
физическая величина;
промежуточные, которые располагаются в измерительной цепи после
первичного.
2) По характеру преобразования входной величины
Линейные, имеющие линейную связь между входной и выходной
величинами.
Нелинейные, у которых связь между входной и выходными величинами
нелинейная.
13
5
По характеру преобразования сигнала
измерительные преобразователи делятся на
аналоговые
A
B
аналогоцифровые
(АЦП)
C
цифроаналоговые
(ЦАП)
6
Измерительные преобразователи

Измерительные преобразователи - средства измерений,
предназначенные для преобразования измеряемой величины в
другую однородную или неоднородную величину с целью
представления измеряемой величины в форме, удобной при
обработке, хранении, дальнейших преобразованиях, передаче в
показывающее устройство. Измерительные преобразователи не
имеют устройств отображения измерительной информации, они
или входят в состав измерительных приборов или применяются совместно с ними.
7
Меры
Меры предназначены для воспроизведения и
(или)хранения физической величины одного или
нескольких заданных размеров. К мерам
относятся:
Гири
A
концевые меры длины
B
нормальные элементы (меры ЭДС)
C
8
Меры,
воспроизводящие
физическую
величину одного
размера,
называются
однозначными.
Меры, воспроизводящие
физическую величину
разных размеров,
называются
многозначными.
(Примером
многозначной меры
является миллиметровая
линейка,
воспроизводящая наряду
с миллиметровыми
также и сантиметровые
размеры длины).
9
Применяются также меры в виде
наборов и магазинов мер.

Набор мер представляет собой
комплект однородных мер разного размера, предназначенных
для применения в различных сочетаниях.

Магазин мер - набор мер, конструктивно объединенных в
единое устройство, в котором предусмотрено ручное или
автоматизированное соединение мер в необходимых
комбинациях (например, магазин электрических
сопротивлений).
10
Классификация средств измерений
По роли, выполняемой в системе обеспечения единства измерений:
метрологические, предназначенные для метрологических целей –
воспроизведения единицы и (или) хранения размера единицы;
 рабочие, применяемые для измерений, не связанных с передачей размера
единиц.
 По уровню автоматизации:
 неавтоматические;
 автоматизированные, производящие в автоматическом режиме одну или
часть измерительной операции;
 автоматические, производящие без непосредственного участия человека
измерения и все операции, связанные с обработкой их результатов.
 По уровню стандартизации:
 стандартизованные, изготовленные в соответствии с требованиями
государственного или отраслевого стандарта;
 нестандартизованные (уникальные), предназначенные для решения
специальной измерительной задачи.
 По отношению к измеряемой физической величине:
 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.


11
Классификация по роли в процессе измерения и
выполняемым функциям (основная)
12
К средствам измерений относятся следующие:
Измерительные
принадлежности
Меры
Средства
измерения
Измерительные
установки и системы
Измерительные
преобразователи
Измерительные
приборы
13
Измерительные приборы

Измерительный
прибор
средство
измерений,
предназначенные для получения значения измеряемой
физической величины в установленном диапазоне.
Измерительные приборы подразделяются на:
приборы прямого действия
приборы сравнения
Приборы прямого действия
преобразуют измеряемую
величину без изменений её
рода, и отображают её на
реальном показывающем
устройстве,
проградуированном в
единицах этой величины.
Приборы сравнения являются
более точными и
предназначены для сравнения
измеряемых величин с
величинами, значения которых
известны. Сравнение
осуществляется с помощью
компенсационных цепей,
прибора, или с помощью
мостовых цепей.
14
Измерительные приборы также
подразделяются на:
аналоговые

В аналоговых приборах
сигналы измерительной
информации являются
непрерывными функциями
измеряемых физических
величин. В аналоговых
средствах измерений
устанавливается прямая
связь между значением
измеряемой величины и
значением сигнала
физической величины.
цифровые

В цифровых приборах
аналоговые сигналы
измерительной информации
дискретизируются и
передаются для
отображения в виде
отдельных кратковременных
импульсов, являющихся
носителями измерительной
информации. Отсчетные
устройства цифровых
приборов чаще всего
отображают измеренное
значение величины в
цифровом виде.
15
Измерительный прибор
– средство измерений, предназначенное для получения значений
измеряемой физической величины в установленном диапазоне.
Графический измерительный прибор(мультиметр)
BeeTech-70
Некоторые диапазоны измерений
3
Диапазоны измерения постоянного
напряжения:
1000В
Диапазоны измерения переменного
напряжения:
700В
Диапазоны измерения постоянного тока:
20А
Диапазоны измерения переменного тока:
20А
Диапазоны измерения сопротивления:
400 Ом40МОм
Диапазоны измерения емкости:
4нФ-40мкФ
16
Пример измерительного прибора
Механический спидометр
Измерительный
преобразователь
10
17
Измерительная установка
Измерительная установка – совокупность функционально
объединенных
мер,
измерительных
приборов,
измерительных преобразователей и других устройств,
предназначенная для измерений одной или нескольких
физических величин и расположенная в одном месте.
Ваттметр-счетчик трехфазный
эталонный ЦЭ7008
Предназначен для поверки и
регулировки 3-фазных и однофазных
средств
измерений
активной
мощности и энергии, 3-фазных
средств
измерений
реактивной
мощности и энергии, а также средств
измерений
напряжения
и
силы
переменного тока.
6
18
Измерительно-вычислительный комплекс
Измерительно-вычислительный комплекс - функционально
объединенная совокупность средств измерений, ЭВМ и
вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения
в составе измерительной системы конкретной измерительной
задачи.
Самолетный бортовой
измерительновычислительный
комплекс (ИВК)
Для контроля за состоянием
атмосферы
и измерения облачных
параметров
7
19
Измерительная система
Измерительная система – совокупность функционально
объединенных мер, измерительных приборов, измерительных
преобразователей, ЭВМ и других технических средств,
размещенных в разных точках контролируемого объекта и т.п. с
целью измерений одной или нескольких физических величин,
свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов
в разных целях.
Бесконтактная мобильная измерительная
система на базе лазерного радара серии
MV200
Система на базе лазерного радара
является
дальнейшим
развитием
технологий в области бесконтактных
мобильных измерительных систем для
контроля
геометрии
и
настройки
крупногабаритных изделий.
8
20
Измерительные принадлежности
Представляют собой вспомогательные средства, служащие для
обеспечения необходимых условий для выполнения измерений с
требуемой точностью.
Примеры:
1. Термостат.
2. Барокамера.
3. Специальные противовибрационные фундаменты.
4. Устройства, экранирующие влияние электромагнитных полей.
5. Треного для установки прибора по уровню.
21
Метрологические характеристики средств измерений и
их нормирование
Метрологическими называются характеристики свойств СИ,
оказывающие влияние на результат измерения и его погрешности.
Характеристики, устанавливаемые нормативными документами,
называются нормируемыми, а определяемые экспериментально –
действительными.
Метрологические характеристики СИ позволяют:
-определять
результаты измерений и рассчитывать оценки
характеристик инструментальной составляющей погрешности
измерения в реальных условиях применения СИ;
- рассчитывать МХ каналов измерительных систем, состоящих из
ряда средств измерений с известными МХ;
-производить оптимальный выбор СИ, обеспечивающих требуемое
качество измерений при известных условиях их применения;
-сравнивать СИ различных типов с учетом условий применения.
22
Номенклатура метрологических характеристик средств
измерений
23
Классы точности средств измерений
Класс точности – это обобщенная характеристика СИ,
выражаемая пределами допускаемых значений его основной и
дополнительной погрешностей, а также другими характеристиками,
влияющими на точность.
Класс точности не является непосредственной оценкой точности
измерений, выполняемых этим СИ, поскольку погрешность зависит
еще от ряда факторов: метода измерений, условий измерений и
т.д. Класс точности лишь позволяет судить о том, в каких пределах
находится погрешность СИ данного типа. Общие положения
деления
средств
измерений
по
классу
точности
устанавливает ГОСТ 8.401–80.
Классы точности СИ устанавливаются в стандартах или
технических условиях. Средство измерения может иметь два и
более класса точности. Например, при наличии у него двух или
более диапазонов измерений одной и той же физической величины
ему можно присваивать два или более класса точности. Приборы,
предназначенные для измерения нескольких физических величин,
также могут иметь различные классы точности для каждой
измеряемой величины.
24
Обозначение классов точности средств измерений
Формула для
определения пределов
допускаемой
погрешности
Примеры пределов
допускаемой основной
погрешности
Обозначение класса точности
В документах
На средствах измерений
Абсолютная погрешность
  а
  а  bx
  2 Гц
  2  0,03 f  Гц
Класс точности Μ
М
Класс точности С
С
Приведенная погрешность


 p
xN
γ = ±1,5%
Класс точности 1,5
1,5
γ = ±0,5%
Класс точности 0,5
0,5
Относительная погрешность


 q
x
 x
 c  d  xk x  1
  0,5 %
  0,02  0,01 xk x  1%
Класс точности 0,5
Класс точности
0,02/0,01
0,
5
0,02/0,01
25