Классификация средств измерений в метрологии кратко

Обновлено: 05.07.2024

Учебные материалы для обучающихся по специальности Менеджмент

Средства измерения в метрологии

В метрологии все измерения производятся с помощью средств измерений.
Классификация средств измерений:
1 - По конструктивному исполнению:
- меры - применяются для воспроизведения и хранения физических величин: однозначные (гиря), колибри, многозначные (линейка), наборы мер (наборы гирь);
- измерительные преобразователи - предназначены для преобразования сигналов различных датчиков в единицы величин (космические спутники);
- измерительные установки (в одном месте) - совокупность мер, преобразователей и приборов;
- измерительные системы - это совокупность мер, преобразователей, установок, которые измеряют несколько физических величин и которые находятся в разных точках заданного пространства.
2 - По метрологическому назначению:
- рабочие: лабораторные (при медицинских измерениях), производственные (контроль качества, отпуска, технологии производства), полевые (при эксплуатации самолетов, авто);
- эталонные - высокоточные средства измерений, которые используются для передачи размера единиц физических величин от более точных к менее точным средствам измерений.
Все средства измерений имеют метрологические свойства и характеристики.
Метрологические свойства - свойства, которые влияют на результат измерений и его погрешность.
Метрологические свойства:
1 - Свойства, определяющие область применения средств измерения:
- диапазон измерений - область значений величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешностей;
- порог чувствительности - наименьшее значение измеряемой величины, которое вызывает заметное изменение выходного сигнала.
2 - Свойства, определяющие качество измерений:
- точность измерений, которая характеризуется погрешностью средств измерений - разность между показаниями средства измерения и действительным значением измеренной величины.
Погрешности средств измерений:
1 - По способу выражения: абсолютная; относительная.
2 - По характеру проявления:
- систематическая - величина, определяющая правильность измерения, которая остается постоянной при повторных измерениях одной и той же величины;
- случайная - изменяется случайным образом в серии повторных измерений одной и той же величины, всегда присутствует в результатах измерений.
3 - По отношению к условиям применения:
- основная - погрешность средств измерений, применяемых в нормальных условиях;
- дополнительная - принимаются в условиях, отличных от нормальных.
Метрологические характеристики - количественные характеристики метрологических свойств. Они могут быть нормируемыми, то есть - устанавливаться в нормативных документах.

Понравился данный материал?
Не стесняйся, поставь лайк, расскажи о нас своим друзьям, однокурсникам, короче, всем, кому был бы полезнен наш сайт! Тебе ничего не стоит, а нам приятно, что не зря стараемся ;)

Средство измерений – техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящие или хранящие единицу величины, размер которой принимается неизменным в течении известного времени.

Метрологические характеристики средств измерений – характеристики свойств средств измерений.

Средства измерений классифицируются по их роли в процессе измерений и выполняемым функциям [ПЛАКАТ- Классификация СИ по их роли в процессе измерения и выполняемым функциям].

СИ можно классифицировать по двум признакам: конструктивное исполнение и метрологическое назначение.

По конструкторскому исполнению средства измерений делятся:

1 меры (например, гиря);

2 измерительные преобразователи (термопара);

3 измерительные приборы (вольтметр);

4 измерительные установки и системы (разрывная машина).

По метрологическому назначению средства измерений делятся:

1 рабочие средства измерений;

По уровню стандартизации средства измерений делятся:

- стандартизированные, изготовленные в соответствии с требованием стандартов;

- не стандартизированные, предназначенные для решения специальной измерительной задачи.

К нестандартным средствам измерения относятся вязкозиметры ВЗ-4, ВЗ-246, маятниковый прибор, шкала гибкости, клин и т.д. К средствам испытаний: камера влажности Г-4, камера солевого тумана КСТ, камера сернистого газа и т.д.

Измерительные преобразователи — 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 и промежуточные преобразователи.

Измерительный прибор — СИ, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне.

Измерительная установка — совокупность функционально объединенных элементов — мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, предназначенных для измерения одной или нескольких физических величин и расположенных в одном месте. Измерительную установку, предназначенную для испытаний каких-либо изделий иногда называют испытательным стендом.

Измерительная система — совокупность функционально объединенных элементов, размещенных в разных точках контролируемого пространства с целью измерений одной или нескольких физических величин свойственных этому пространству.

Технические системы и устройства с измерительными функциями представляет собой технические системы и устройства, которые наряду с основными выполняют и измерительные функции. Они имеют один или несколько измерительных каналов. Примером таких систем являются диагностическое оборудование.

Рабочие СИ предназначены для проведения технических измерений. По применению разделяют:

- лабораторные (повышенная точность и чувствительность);

- производственные (повышенная стойкость к ударно-вибрационным нагрузкам высоким и низким температурам);

- полевые (повышенная стабильность в условиях резкого перепада температур высокой влажности).

К средствам измерений относится и эталон.

Эталоны являются высокоточными СИ, именно поэтому используются для проведения метрологических измерений в качестве средств передачи информации о размере единицы.

Эталон – высокоточная мера, предназначенная для воспроизведения и хранения единицы величины с целью передачи ее размера другим средствам измерения. От эталона единица величины передается разрядным эталонам, а от них рабочим средствам измерения.

Эталоны классифицируются как:

Первичный эталон может быть международным и национальным. Первичный эталон – эталон воспроизводящий единицу величины с наивысшей точностью возможной в данной области измерений на современном уровне научно – технических достижений.

Международный эталон хранит и поддерживает международное бюро мер и весов (МБМВ).

Вторичные эталоны – эталоны свидетели, предназначенные для проверки сохранности гос. эталонов и его замены в случае порчи или утраты.

Эталоны копии – для передачи размеров единиц рабочим эталонам.

Эталоны сравнения – предназначены для сличения эталонов.

Воспроизведение единицы величины – совокупность операций по материализации величины с наивысшей точностью посредством государственных эталонов или образцового средства измерения. Различают воспроизведение основных и производных единиц.

Для некоторых единиц величин эталоны отсутствуют или нет необходимости их создания. Например, нет эталона площади.

Для некоторых единиц величин нет необходимости в создании эталонов для воспроизведения и хранения, т.к. достаточно наличие образцовых средств измерения.

Метрологические характеристики средств измерений – характеристики свойств средств измерений.

СИ можно классифицировать по двум признакам: конструктивное исполнение и метрологическое назначение.

По конструкторскому исполнению средства измерений делятся:

1 меры (например, гиря);

2 измерительные преобразователи (термопара);

3 измерительные приборы (вольтметр);

4 измерительные установки и системы (разрывная машина).

По метрологическому назначению средства измерений делятся:

1 рабочие средства измерений;

По уровню стандартизации средства измерений делятся:

- стандартизированные, изготовленные в соответствии с требованием стандартов;

- не стандартизированные, предназначенные для решения специальной измерительной задачи.

Рабочие СИ предназначены для проведения технических измерений. По применению разделяют:

- лабораторные (повышенная точность и чувствительность);

- производственные (повышенная стойкость к ударно-вибрационным нагрузкам высоким и низким температурам);

- полевые (повышенная стабильность в условиях резкого перепада температур высокой влажности).

К средствам измерений относится и эталон.

Эталоны классифицируются как:

Международный эталон хранит и поддерживает международное бюро мер и весов (МБМВ).

Эталоны копии – для передачи размеров единиц рабочим эталонам.

Эталоны сравнения – предназначены для сличения эталонов.

Средствами измерений (СИ) называются технические средства, применяемые для измерения единицы физической величины (ФВ) на практике. Для СИ установлены нормированные погрешности.

Средства измерений классифицируются по следующим критериям:

К основным видам средств измерений относятся следующие:

эталон;
мера;
измерительный преобразователь;
измерительный прибор;
измерительная установка;
измерительная система.

Мера, эталон

Мерой является средство измерений, которое предназначено для воспроизведения заданного размера физической величины. К примеру, гиря является мерой массы, резистор – мерой электрического сопротивления.

Различают одно- и многозначные меры, а кроме того, наборы и магазины мер.

С помощью однозначной меры воспроизводится величина лишь одного размера. Примером такой меры является гиря. Многозначными мерами воспроизводятся несколько размеров ФВ. Примером многозначной меры может служить миллиметровая линейка, с помощью которой можно выразить длину предмета как в миллиметрах, так и в сантиметрах.

Измерительный преобразователь

Под измерительным преобразователем подразумевается СИ, которое преобразует сигнал измерительной информации в форму, удобную для его передачи, последующего преобразования, а затем обработки и хранения, но при этом сигнал в таком виде не предназначен для непосредственного восприятия наблюдателем.

Этот сигнал подается в показывающее устройство, с которого и происходит это непосредственное восприятие. По данной причине преобразователь либо входит в конструкцию измерительного прибора, либо совместно с ним применяется.

Измерительный прибор. Классификация измерительных приборов

Измерительным прибором называется СИ, которое, в отличие от преобразователя, служит для выработки сигнала в форме, которая доступна для непосредственного восприятия наблюдателем.

Существуют различные классификации измерительных приборов, это:

назначение;
конструктивное устройство;
степень автоматизации.

Назначение измерительных приборов

По данному признаку различают измерительные приборы (ИП):

универсальные, применяемые в контрольно-измерительных лабораториях всех типов производств, а кроме того в цехах мелкосерийных и единичных производств;
специальные, применяемые для измерения одного или нескольких параметров деталей определенного типа;
для контроля: приемочного (калибры), активного (при изготовлении деталей) или статистического.

По этому признаку различают приборы:

механические: штангенциркуль, микрометр, щупы, рычажные скобы и т.д.;
оптические: микроскоп, проектор, оптиметр и др.;
пневматические: длинномеры, или ротаметры, и т.д.;
электрические: индуктивные приборы, кругломеры, профилографы и др.

Степень автоматизации

По данному признаку приборы бывают:

ручного действия;
механизированными;
полуавтоматическими;
автоматическими.

Измерительная установка

Измерительная установка – это совокупность СИ (меры, измерительные приборы и преобразователи) и вспомогательных устройств, объединенных функционально. Предназначение составляющих измерительной установки – выработка сигналов в удобной для непосредственного восприятия наблюдателем форме. Сама измерительная установка располагается на одном месте (испытательный стенд).

Измерительная система

Измерительная система представляет собой такую же совокупность, но составляющие ее звенья соединены между собой каналами связи, которые размещены в разных точках контролируемого пространства. Цель измерительной системы – измерить одну или несколько ФВ, которые свойственны данному пространству.

Задание для самостоятельной работы: выписать определения и ответить на вопросы в конце темы.

Определение и виды средств измерений
Эталоны, их классификация
Измерительные преобразователи
Измерительные приборы, установки и системы
Передача и представление измерительной информации

1. Определение и виды средств измерений

Средствами измерений называют технические устройства для практического измерения единицы физической величины, имеющие нормированные погрешности. К средствам измерений относятся: меры, датчики информации (индикаторы), измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки и системы, измерительные принадлежности.

Мерой называется средство измерения, предназначенное для воспроизведения физических величин заданного размера (гири, рулетки, мерные стаканы, цилиндры и т.п.). На практике используют однозначные и многозначные меры, а также наборы и магазины мер.

Однозначные меры воспроизводят величины только одного размера (гиря). К однозначным мерам относятся стандартные образцы и стандартные вещества. *Стандартный образец – это должным образом оформленная проба вещества (материала), которая подвергается метрологической аттестации с целью установления количественного значения определенной характеристики. Эта характеристика является величиной с известным значением при установленных условиях внешней среды.*

Многозначные меры воспроизводят несколько размеров физической величины (миллиметровая линейка дает возможность выразить длину предмета в сантиметрах и миллиметрах).

Наборы и магазины мер представляют собой объединение однозначных или многозначных мер для получения некоторых промежуточных или суммарных значений измеряемой величины. Набор мер – это комплект однородных мер разного размера (набор лабораторных гирь). Магазин мер – сочетание мер, конструктивно объединенных в одно механическое целое, в которых посредством ручных или автоматизированных переключателей можно соединять составляющие магазин мер в нужном сочетании (магазин сопротивлений).

Компаратор - этотехническое устройство, в котором измерение выполняется методом сравнения с мерой. Примером служат равноплечие весы, измерительный мост, иногда может в этой роли выступает человек.

При пользовании мерами следует учитывать номинальное и действительное значение мер, погрешность меры и ее разряд. Номинальным называют значение меры, указанное на ней. Действительное значение меры должно быть указано в специальном свидетельстве как результат высокоточного измерения с использованием официального эталона. Разность между номинальным и действительным значениями называется погрешностью меры. Меры подразделяются на разряды (1, 2, и т.д.) в зависимости от эталона, чьей копией они являются. Меры 1 разряда получены при копировании вторичного эталона, утвержденного Госстандартом. Разрядные эталоны используют для поверки измерительных средств.

2. Эталоны, их классификация

Эталон – это высокоточная мера, предназначенная для воспроизведения и хранения единицы величины с целью передачи ее размера другим средствам измерений. От эталона единица величины передается разрядным эталонам, а от них – рабочим средствам измерения. Эталоны классифицируются на первичные, вторичные и рабочие.

Первичный эталон- это эталон, воспроизводящий единицу величины с наивысшей точностью, возможной в данной области измерений на современном уровне научно-технических достижений. Первичный эталон может быть национальным (государственным) или международным. В России национальные эталоны утверждает Госстандарт РФ. Международные эталоны хранит и поддерживает Международное бюро мер и весов (МБМВ). Важнейшая задача деятельности МБМВ состоит в систематических сличениях национальных эталонов с международными эталонами. Сличению подлежат эталоны как основных величин системы СИ, так и производных. Установлены определенные периоды сличения. Так эталоны метра и килограмма сличают каждые 25 лет, а электрические и световые эталоны – один раз в 3 года.

Вторичные эталоны (эталоны-копии) могут утверждаться либо Госстандартом РФ, либо государственными научными метрологическими центрами.

Рабочие (разрядные) эталоны воспринимают размер единицы от вторичных эталонов и в свою очередь служат для передачи размера менее точному рабочему эталону (или эталону более низкого разряда) и рабочим средствам измерений.

3. Измерительные преобразователи

Измеряемое свойство должно сначала быть как-то обнаружено, а потом измерено. Технические устройства для обнаружения физических свойств называются индикаторами (стрелка компаса, лампочка, лакмусовая полоска). Индикаторы играют ту же роль, что и органы чувств человека, но значительно расширяют их возможности. Например, человек слышит в диапазоне частот от 16 Гц до 20 кГц, а технические средства обнаруживают звуковые колебания в диапазоне от инфра низких (доли герца) до ультравысоких ( сотни килогерц) частот. Но до сих пор не создано технических устройств, которые могли бы соперничать с обонянием человека и животных. Важнейшей технической характеристикой индикаторов служит порог обнаружения (порог чувствительности). Чем меньше порог, тем более слабый сигнал регистрирует индикатор. Современные индикаторы обладают очень низкими порогами обнаружения, лежащими на уровне фоновых помех и собственных шумов аппаратуры. Индикаторы служат средством измерения по шкале порядка.

Датчики – это средство измерений, предназначенное для восприятия физических величин и преобразования сигнала измерительной информации в форму удобную для обработки, хранения и передачи в показывающее устройство. Датчики либо входят в конструктивную схему измерительного прибора, либо применяются совместно с ним. Сигнал, воспринимаемый датчиком называется входной величиной, а результат преобразования – выходной величиной. Основной метрологической характеристикой измерительного преобразователя считается соотношение между входной и выходной величинами, называемое функцией преобразования.

В качестве преобразователей в физической культуре и спорте наиболее популярны: фотодиоды, реостатные датчики, тензорезисторы, акселерометры.

Акселерометры – предназначены для измерения ускорения. В основе работы лежит измерение силы инерции, возникающей при движении. Сила инерции вызывает отклонение массы акселерометра, которое прямо пропорционально ускорению. Это отклонение измеряется тензорезистором или пьезоэлектрическим датчиком.

В процессе преобразования измерительной информации происходит и усиление сигнала, воспринятого датчиком. В спорте для усиления сигналов, снимаемых с первичных преобразователей биомеханических параметров движений, чаще используют тензоусилители и миниатюрные усилители постоянного тока, коэффициент усиления которых достигает 500 000.

4. Измерительные приборы, установки и системы

Измерительные приборы – это средства измерений, состоящие из совокупности преобразовательных элементов, образующих измерительную цепь и отсчетного устройства. Они позволяют получать измерительную информацию в форме удобной для восприятия пользователем. Различают приборы прямого действия и приборы сравнения. К приборам прямого действия относят амперметры. вольтметры, термометры, барометры. Они отображают измеряемую величину на показывающем устройстве, имеющем соответственную градуировку в единицах этой величин. Приборы сравнения предназначаются для сравнения измеряемых величин с величинами, значения которых известны (весы, прибор для определения яркости источников излучения и другие.)

Измерительные установки состоят из функционально объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, собранных в одном месте.

В измерительных системах эти средства и устройства территориально разобщены и соединены каналами связи. Обычно они полностью автоматизированы. В спорте такие системы используются например для измерения опорных реакций – тензодинамографические измерения. В систему входят: тензоплатформа с усилительным устройством, устройство записи данных, самописец, передатчик, осциллоскоп, ЭВМ.

Вспомогательные средства измерения необходимы для вычисления поправок, если требуется высокая степень точности. Часто они фиксируют внешние условия измерения: температуру, влажность.

5. Передача и представление измерительной информации

Передача результатов измерения в области ФК и спорта осуществляется двумя способами:

- с помощью проводной связи между спортсменом и исследовательской аппаратурой,

- путем беспроводной связи (с помощью радиоволн)

Проводная телеметрия чаще используется при лабораторных исследованиях. Она отличается высокой помехоустойчивостью, но в то же время провода, идущие от спортсмена, мешают его действиям.

Радиотелеметрия позволяет осуществлять контроль за техникой выполнения в реальных динамических условиях. На спортсмене крепятся датчики, усилители и преобразователи информации, радиопередатчик и антенна. Все это очень компактно и не мешает спортсмену свободно перемещаться по спортивной площадке. Посылаемые передающим устройством сигналы принимаются блоком, состоящим из антенны и приемника. Здесь происходит отображение, хранение и автоматическая обработка результатов измерений. В нашей стране нет серийного производства радиотелеметрических систем. Такие устройства создаются отдельными организациями, научными сотрудниками в единичных экземплярах.

Результаты измерений могут быть представлены в двух формах: аналоговой и цифровой .

Аналоговая форма представления результатов измерений осуществляется приборами - самописцами, регистрирующими непрерывный изменяющийся по амплитуде сигнал, например ЭКГ.

Результаты измерений в цифровой форме высвечиваются на разных цифровых табло. Цифровая индикация может быть следующих типов:

Механические приборы цифровой индикации,
Оптические цифровые приборы,
Электронные цифровые приборы.

В электронных цифровых приборах используются светодиоды или жидкие кристаллы.

Читайте также: