Стандартизация, сертификация, метрология

А. И. Берела

 

СТАНДАРТИЗАЦИЯ, СЕРТИФИКАЦИЯ, МЕТРОЛОГИЯ

 

Курс лекций (Ч. 1)

Метрология

 

 

Волгодонск 2012

 

 

Берела А. И.

Стандартизация, сертификация, метрология: Учебное пособие/ В 3-х ч. Ч.1 –Метрология / Волгодонский инж.-технич. ин-т НИЯУ МИФИ. – Волгодонск: 2012. – 62 с.

 

 

В первой части лекций представлены материалы по первой части курса – метрологии. Объем и состав лекций отвечает программе обучения бакалавров направления подготовки 150700 «Машиностроение» по профилям подготовки «Технологии, оборудование и автоматизация машиностроительных производств», «Технология и оборудование сварочного производства», а также бакалавров направления подготовки 141100 «Энергетическое машиностроение» по профилю подготовки «Котлы, камеры сгорания и парогенераторы АЭС».

Материалы лекций могут быть полезны студентам направления подготовки 270800

 

Лекция 1

 

1ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ ДИСЦИПЛИНЫ «МЕТРОЛОГИЯ»

 

Качественные и количественные характеристики физических величин. Основные и производные физические величины

Измеряемые физические величины имеют качественную и количественную характеристики. Формализованным отражением качественного различия измеряемых величин является их размерность. Размерность обозначается символом dim, происходящим от слова dimension. Размерность основных физических величин согласно международному стандарту ИСО обозначается соответствующими заглавными буквами. Например, для длины, массы и времени dim l = L; dim m = M; dim t = T.

При определении размерности производных величин руководствуются набором правил, которые сводятся к возможности выразить размерность производной физической величины через размерности основных физических величин с помощью степенного одночлена

 

dim Х = L^aM^bT^g …,

 

где L, М, Т,... – размерности соответствующих основных физических величин; a, b, g, … – показатели размерности. Каждый из показателей размерности может быть положительным или отрицательным, целым или дробным числом, нулем.

Если все показатели размерности равны нулю, то такая величина называется безразмерной. Она может быть относительной, определяемой как отношение одноименных величин (например, относительное удлинение), и логарифмической, определяемой как логарифм относительной величины (например, логарифм отношения мощностей или напряжений).

Размерность не полностью отражает все качественные особенности величин. Встречаются различные величины, имеющие одинаковую размерность, например, работа и момент силы.

Количественной характеристикой измеряемой величины служит ее размер. Получение информации о размере физической или нефизической величины является содержанием любого измерения.

Как известно, существуют основные и производные физические величины. В качестве основных выбирают величины, которые характеризуют фундаментальные свойства материального мира. ГОСТ 8.417 в соответствии с принятой международной системой единиц (СИ) устанавливает семь основных физических величин – длина, масса, время, термодинамическая температура, количество вещества, сила света, сила электрического тока, с помощью этих и двух дополнительных величин – плоского и телесного углов создается все разнообразие производных физических величин и обеспечивается описание любых свойств физических объектов и явлений.

 

Классификация измерений

При классификации видов измерений исходят из сопутствующих им факторов и условий (таблица 2.1).

Таблица 2.1 – Классификация видов измерений

Признаки классификации	Виды измерений
1. Общие приемы получения результата (или способы обработки экспериментальных данных для нахождения результата)	1.1 Прямые 1.2 Косвенные 1.3 Совокупные 1.4 Совместные
2. Характер изменения измеряемой величины в процессе измерений	2.1 Статические 2.2 Динамические
3. Число измерений в ряду измерений	3.1 Однократные 3.2 Многократные
4. Способ выражения результатов измерений	4.1 Абсолютные 4.2 Относительные
5. Условия, определяющие точность результата измерения (в том числе, метрологическое назначение измерения)	5.1 Эталонные 5.2 Контрольно-поверочные 5.3 Технические
6. Характеристика точности измерений	6.1 Равноточные 6.2 Неравноточные

 

Прямым называется измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно из опытных данных. Например, измерения длины линейкой, углов – угломерами, массы – при помощи весов, измерение давления и температуры при контроле технологических процессов.

Косвенным называют измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. При косвенных измерениях измеряют не собственно определяемую величину, а другие величины, функционально с нею связанные. Значение измеряемой величины находят путем вычисления по формуле:

Q = f (X _b… X _n),

 

где Q – искомое значение величины; (X _b… X _n) – значения величин, определяемых прямым измерением.

Примером косвенного измерения может служить, например, определение среднего диаметра резьбы с помощью трёх проволочек или угла с помощью синусной линейки.

Совокупные измерения – проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях различных сочетаний этих величин. Например, совокупными являются измерения, при которых массы отдельных гирь набора находят по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь.

Совместные измерения – проводимые одновременно измерения двух или нескольких не одноименных величин для определения зависимости между ними, например, на основании ряда одновременных измерений зависимости длины тела от температуры определяется коэффициент линейного расширения материала этого тела.

При статических измерениях измеряемая величина в соответствии с измерительной задачей принимается постоянной на протяжении времени измерения, например, в случае цехового технического контроля размеров изготовленной детали после временной выдержки, достаточной для выравнивания ее температуры с температурой цеха.

При динамических измерениях измеряемая физическая величина постоянно изменяется во времени, например, в случае измерения пульсирующего давления, вибрации и т. д. Динамические измерения выполняют также при необходимости определения изменения физической величины во времени, например, переменного напряжения электрического тока.

Многократно е измерение – это измерение одного и того же размера физической величины, результат которого получен из нескольких, следующих друг за другом измерений.

В случае использования многократных измерений при числе отдельных измерений n > 4 ряд измерений может быть обработан в соответствии с требованиями математической статистики, за результат многократных измерений такого рода принимают среднее арифметическое значение отдельных измерений.

Абсолют­ные измерения основаны на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) на использовании значений физических констант, например, определение длины в метрах, силы электрического тока в амперах или измерение силы F, воздействующей на тело, на основании измерения массы тела m и использования физической почтоянной ускорения свободного падения g (в точке измерения массы).

Относительные измерения – это измерения от­ношения величины к одноименной, играющей роль единицы, или отношения величины к одноименной, принимаемой за исходную (например, измерение относительной влажности воздуха, определяемой как отношение количества водяных паров в одном кубическом метре воздуха к количеству водяных паров, которое насыщает один кубический метр воздуха при данной температуре).

Кизмерениям максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне техники относятся: эталонные измерения, связанные с воспроизведением единиц физических величин; измерения физических констант, прежде всего универсальных, например, абсолютного значения ускорения свободного падения. К этому же классу относятся и некоторые специальные измерения, требующие высокой точности.

К контрольно-поверочным измерениям относятся такие, при которых погрешность не должна превышать заданного значения. Сюда относятся измерения, выполняемые госу­дарственными метрологическими центрами, поверочными и заводскими измерительными. Такие измерения относят к метрологическим, выполняемым при помощи эталонов и образцовых средств измерений для передачи их размеров рабочим средствам измерений.

При технических измерениях погрешность результата определя­ется характеристиками рабочих средств и методик измерений. Примерами технических измерений являются измерения, выполняемые в процессе производства на машиностроительных предприятиях, на щитах распределительных устройств электрических станций и др.

Равноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений и в одних и тех же условиях.

Неравноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных несколькими различными по точности средствами измерений и (или) в различных условиях. Неравноточные измерения обрабатывают с целью получения результатов измерений только в том случае, когда невозможно получить ряд равноточных измерений.

Помимо измерений в машиностроительном производстве часто используют контроль, т.е. попадание действительного размера измеряемой величины в поле допуска этой величины (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – Контроль попадания действительного значения величины в ее поле допуска

На рисунке 2.1 изображена произвольная схема полей допуска с величиной поля допуска Т. Допустим, контроль осуществляется с помощью гладких калибров, тогда мы не можем назвать действительный размер, но можем сказать, попадает он или нет в поле допуска детали. Из рисунка видно, что детали с диаметрами – бракованные, а деталь с диаметром d – годная. В результате контроля принимается управляющее решение, если это решение об отбраковке – контроль пассивный, а если изменяется технологический процесс, то контроль – активный.

Лекция 2

Методы измерений

Методы измерений классифицируют по многим призна­кам. Сущность таких методов, как статические и динамические; прямые, косвенные; совокупные и совместные; абсолютные и относительные; измерения максимально возможной точности, контрольно-поверочные измерения, технические измерения представлена в классификации измерений, п. 2.1.

Исходя из способа сравнения измеряемой величины с ее единицей, различают методы непосредственной оценки и метод сравнения с мерой.

При методе непосредственной оценки определяют значение величины непосредственно по отсчетному устройству показывающего средства измерения (штангенциркуль, термометр, вольтметр и пр.). Мера, отражающая единицу измерения, в измерении не участвует. Ее роль играет в средстве измерения шкала, проградуированная при его производстве с помощью достаточно точных средств измерения.

При использовании метода непосредственной оценки частным методом может служить метод совпадений, при котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, определяют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов (например, при измерении штангенциркулем используют совпадение отметок основной и нониусной шкал).

При методе сравнения с мерой измеряемую величину срав­нивают с величиной, воспроизводимой мерой.

Существуют несколько разновидностей метода сравнения с мерой.

Метод противопоставления, при котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения. Так измеряется масса на рычажных весах с использованием гирь.

Нулевой метод, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры доводят до нуля, например, это может быть сделано в методе противопоставления при измерени массы на рычажных весах или при измерении сопротивления по схеме моста сопротивления с полным его уравновешиванием.

Метод измерений замещением, при котором измеряемую величину сравнивают с известной величиной, воспроизводимой мерой. Например, на чашку весов, предназначенную для измерения массы, помещают комплект гирь и уравновешивают весы произвольным грузом. Затем на чашку с гирями помещают взвешиваемую массу и снимают часть гирь для восстановления равновесия. Суммарное значение массы снятых гирь соответствует значению взвешиваемой массы (метод Д. И. Менделеева).

Метод измерений дополнением, в котором значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчетом, чтобы на прибор воздействовала сумма, равная заранее заданному значению.

Дифференциальный метод измерений, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от измеряемой величины, в результате сравнения определяется разность между этими двумя значениями. Таким методом, например, определяют отклонение контролируемого диаметра детали на оптиметре после его настройки на нуль по блоку концевых мер длины.

С сущностью таких методов измерения, как контактный, бескон­тактный, поэлементный, комплексный, инструментальный, экспертный, эвристический, методов, различающихся по физическому принципу измерения, по виду измерительных сигналов ознакомиться самостоятельно, используя рекомендованную литературу.

 

Методика измерений

Основная потеря точности при измерениях происходит не за счёт возможной метрологической неисправности применяемых средств измерений, а в первую очередь за счёт несовершенства методов и методик выполнения измерений.

Под методикой измерения понимают совокупность методов, средств, процедур, условий подготовки и проведения измерений, а также правил обработки экспериментальных данных при выполнении конкретных измерений.

На обеспечение качества измерений направлено применение аттестованных методик выполнения измерений (МВИ). Статьи 9, 11 и 17 Закона РФ «Об обеспечении единства измерений» включают положения, относящиеся к МВИ. В 1997 г. начал действовать ГОСТ 8.563—96 «ГСИ. Методики выполнения измерений».

Разработка методик выполнения измерений должна включать:

- анализ технических требований к точности измерений, изложенных в стандарте, технических условий или технических заданий;

- определение конкретных условий проведения измерений;

- выбор испытательного и вспомогательного оборудования, а также средств измерений;

- разработку при необходимости нестандартных средств измерений;

- исследование влияния условий проведения измерений и подготовки испытуемых объектов к измерениям;

- определение порядка подготовки средств измерений к работе, последовательности и количества измерений;

- разработку или выбор алгоритма обработки экспериментальных данных и правил оформления результатов измерения.

Нормативно-техническими документами (НТД), регламентирующими методику выполнения измерений являются:

1. Государственные стандарты или методические указания Госстандарта России по методикам выполнения измерений. Стандарт разрабатывается в том случае, если применяемые средства измерений внесены в Государственный реестр средств измерений.

2. Отраслевые методики выполнения измерений, используемые в одной отрасли.

3. Стандарты предприятий на методики выполнения измерений, используемые на одном предприятии.

Методики выполнения измерений перед их вводом в действие должны быть аттестованы или стандартизованы (для измерений, широко применяемых на предприятиях). Аттестацию методик выполнения измерений проводят государственные и ведомственные метрологические службы.

 

Понятие и виды контроля

Контроль – это процесс получения и обработки информации об объекте (параметре детали, механизма, процесса и т. д.) с целью определения его годности или необходимости введения управляющих воздействий на факторы, влияющие на объект.

С сущностью различных видов контроля (неразрушающий, разрушающий, непрерывный, периодический, самоконтроль, контроль мастером, контроль ОТК (отделом технического контроля), инспекционный, входноой, операционный, приёмочный, активный, пассивный, сплошной, выборочный и др.) ознакомиться самостоятельно с использованием рекомендованной литературы.

Разнообразие видов и вариантов контроля в машиностроении объединены понятием технического контроля (ТК) – проверкой соответствия объекта установленному техническому условию (ТУ). ТК с совокупностью основных элементов (объект, средство контроля, исполнитель, нормативная документация) функционирует в производстве как единая система технического контроля (СТК).

Выполнение функции СТК сводится:

1) получению информации о состоянии объекта, о признаках и показателях его свойств (первичная информация, получаемая измерением);

2) сопоставление первичной информации с заранее установленными требованиями, нормами, критериями, т. е. обнаружение соответствия или несоответствия фактических данных требуемым (вторичная информация).

 

3 ОСНОВЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

 

Организация производства в масштабах страны, основанная на принципах взаимозаменяемости, требует обеспечения и сохранения принципа единства измерений.

Закон Российской федерации «Об обеспечении единства измерений» от 1993 г. устанавливает правовые основы обеспечения единства измерений в Российской федерации..

Закон регулирует отношения государственных органов управления с юридическими и физическими лицами по вопросам изготовления, эксплуатации, ремонта, продажи и импорта средств измерений.

Законом дано определение понятия «единство измерений».

Единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин и погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью.

Поняте «единство измерений» охватывает важнейшие задачи метрологии: унификацию единиц, разработку систем воспроизведения единиц и передачи размеров единиц рабочим средствам измерений, проведение измерений с погрешностью, не превышающей установленные пределы и др.

Обеспечение единства измерений является задачей метрологических служб.

Метрологическая служба – совокупность субъектов деятельности и видов работ, направленных на обеспечение единства измерений.

Закон определяет, что Государственная метрологическая служба находится в ведении Госстандарта России и включает государственные научные метрологические центры и органы Государственной метрологической службы в городах Москве и Санкт-Петербурге и регионах (до областей включительно).

На верхней ступени воспроизведения, хранения и передачи размеров единиц физических величин с наивысшей метрологической точностью находятся эталоны единиц физических величин.

Под эталонами понимается некоторое материальное воплощение единиц измерения, существуют эталоны всех основных единиц измерения. Конструкция эталона, его физические свойства и способ воспроизведения определяются природой физической величины и уровнем развития измерительной техники в данной области измерений.

По уровню признания различают международные и государственные эталоны. Государственные эталоны признаются в качестве исходных на территории РФ. Для обеспечения единства измерений физических величин в международном масштабе важную роль играют международные сличения национальных государственных эталонов.

Наивысшей точностью в рамках государства обладают первичные эталоны. Они представляют собой уникальные средства измерений, часто в виде сложных измерительных комплексов. Многие первичные эталоны утверждаются в качестве государственных.

Совокупность первичных эталонов составляет эталонную базу страны и является основой обеспечения единства измерений. Число эталонов изменяется в зависимости от потребностей народного хозяйства страны. Послеживается увеличение их числа во времени, что обусловлено постоянным развитием рабочих средств измерений.

Путем сличения с ними изготавливают вторичные эталоны, копии вторичных эталонов используются в практической метрологии для передачи точности единиц физических величин рабочим эталонам, которые, в свою очередь, передают единицы физических величин образцовым средствам измерения высшей точности, и в отдельных случаях – наиболее точным рабочим средствам измерений. Рабочие эталоны наиболее распространенные вторичные эталоны.

Образцовые средства измерения иногда используют в особо точных научных исследованиях, а обычно они используются для передачи точности рабочим средствам измерения. Последние используются непосредственно для измерений и не могут служить для передачи точности другим средствам.

Поверочная схема (рисунок 3.1) начинается, как правило, с рабочих эталонов, затем точность передается последовательно к различным образцовым средствам измерения 1-го, 2-го, 3-го или 4-го разрядов. В каждом случае точность понижается и, наконец, передается к рабочим средствам измерения.

В зависимости от того, какой класс точности должен быть у рабочих измерений сличения могут происходить и с образцовыми средствами 1-го, 2-го или 3-го разрядов. С помощью рабочего средства измерения точность передать нельзя.

Рабочие эталоны

Образцовые средства измерений 1-го разряда

Образцовые средства измерений 2-го разряда

Образцовые средства измерений 3-го разряда

Образцовые средства измерений 4-го разряда

Рабочие средства измерений

 

 

Рисунок 3.1 – Принципиальная поверочная схема средств измерений

 

Лекция 3

4 ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ. УЧЕТ СИСТЕМАТИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ

Систематические погрешности

Источниками систематических погрешностей могут быть все три компонента измерения: метод измерений, СИ и сам экспериментатор, а также отклонения внешних условий измерения (см. п. 4.2). Примером систематической погрешности, закономерно изменяющейся во времени, может служить смещение настройки прибора во времени.

Выявление и уменьшение систематических погрешностей – сложная задача, она требует высокой квалификации экспериментатора. Особую трудность представляет обнаружение постоянной систематической погрешности. Для выявления систематической погрешности производят многократные измерения образцовой меры и по полученным результатам определяют среднее значение размера. Отклонение среднего значения от размера образцовой меры характеризует систематическую погрешность. которую называют «средней арифметической погрешностью», или «средним арифметическим отклонением».

Систематическая погрешность всегда имеет знак отклонения, т. е. «плюс» или «минус». Составляющие систематической погрешности могут быть исключены введением поправки в неисправленный результат измерений.

При подготовке к точным измерениям необходимо убедиться в отсутствии постоянной систематической погрешности в данном ряду измерений. Для этого нужно повторить измерения, применив при этом уже другие средства измерения. По возможности нужно изменить и общую обстановку опыта – производить его в другом помещении, в другое время суток.

Прогрессивные и периодические систематические погрешности в противоположность постоянным можно обнаружить при многократных измерениях.

Все систематические погрешности могут иметь малые случайные составляющие (например, в инструментальной погрешности случайная составляющая, вызванная трением в опорах измерительного механизма), но они обычно отдельно не выявляются.

Существуют три способа исключения систематической составляющей погрешности измерения:

- устранение источника погрешности до начала измерения;

- исключение погрешности в процессе измерения;

- исключение погрешности после окончания измерения.

В большинстве областей измерений важнейшие источники систематических погрешностей изучены и разработаны методики измерений, исключающие возникновение этих погрешностей или устраняющие их влияние на результат. Например, использование при измерениях метода замещения или противопоставления (см. п. 2.3). Применяют и метод компенсации погрешности по знаку, выполняя измерения дважды так, чтобы неизвестная погрешность входила в результаты с противоположными знаками. Так поступают, например, при измерении угла конуса на инструментальном микроскопе, чтобы исключить ошибку смещения оси центров – выполняют измерения по образующим конуса последовательно с его противоположных относительно оси сторон.

Исключить (уменьшить) систематическую погрешность после проведения эксперимента можно путем внесения поправок в результат измерения. Результат, содержащий систематическую погрешность, называется неисправленным результатом. Поправка Х _п = –∆ Х _ст (величина абсолютной систематической погрешности, взятая с обратным знаком) прибавляется к неисправленному результату измерений.

Часть систематической погрешности, остающаяся после внесения поправки называется неисключенным остатком систематической погрешности, или неисключенной систематической погрешностью (НСП).

Так как чаще удается оценить величину отдельной составляющей систематической погрешности, например методической и инструментальной, то влияние каждой из них на результат измерения уменьшается введением соответствующей поправки по отдельным составляющим систематической погрешности. При этом также остаются НСП по отдельным составляющим. Для того чтобы представить результат измерений с указанием величины общей систематической погрешности, необходимо уметь суммировать НСП отдельных составляющих.

Лекция 4

 

5 СЛУЧАЙНЫЕ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ

 

Лекция 5

6 СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ – ВИДЫ, МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ, КЛАССЫ ТОЧНОСТИ

 

Общие понятия

Средство измерения (СИ) – техническое устройство (или их комплекс), предназначенное для измерений физических величин, имеющее нормированные метрологические показатели и характеристики, воспроизводящие и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.

По роли, выполняемой в системе обеспечения единства измерений, различают: метрологические (образцовые) и рабочие средства измерения. Метрологические СИ предназначены для воспроизведения единицы ФВ и (или) ее хранения или передачи размера единицы ФВ рабочим СИ, а также и образцовым менее высокой точности. Рабочие средства измерений предназначены для измерения размеров величин, необходимых в разнообразной деятельности человека, они не связаны с передачей единицы ФВ другим СИ.

Сущность разделения средств измерений на образцовые и рабочие состоит не в конструкции и не в точности, а в их назначении.

По уровню автоматизации СИ разделяются на неавтоматические, автоматизированные и автоматические.

Если сигнал Y принимает наблюдатель, то в этом случае мы имеем дело с неавтоматическими средствами измерения: человек, принимает решение о том, что делать дальше. Сейчас все шире работают в области автоматизированных СИ, когда действия, связанные с измерениями выполняются без участия человека, однако решение в конечном итоге может принимать человек. В автоматических СИ человека нет, объект действует в автономном режиме.

По уровню стандартизации различают стандартные и уникальные (специальные) средства измерения. В области измерительной техники постоянно создаются новые СИ, когда объект измерения еще не освоен в значительной степени и необходимо измерять параметры, которые раньше не измерялись. Необходимо такие СИ как-то аттестовать, задать какие-то физические характеристики, поэтому выпускается сопровождающий документ, который по мере вхождения в практику дополняется, и, в конце концов, разрабатывается ГОСТ.

Оценивание величин параметров объектов измерения производится с применением шкал. Различают пять основных типов шкал. Непосредственно для измерений физических величин используется шкала отношений.

Шкала отношений – наиболее совершенная шкала. В ней существует однозначный естественный критерий нуля и единица измерения. К значениям, полученным по этой шкале, применимы все арифметические действия. Примером является шкала длин. Любое измерение по шкале отношений заключается в сравнении неизвестного размера с известным и выражении первого через второй в кратном или дольном отношении.

Практическая реализация шкал измерений осуществляется путем стандартизации как самих шкал и единиц измерений, так и способов и условий однозначного их воспроизведения.

Виды средств измерений

Для того, чтобы можно было ориентироваться в большом многообразии СИ, их классифицируют по разным признакам. Наиболее употребительна классификация по функциональному признаку, которая включает следующие виды СИ:

- меры;

- средства сравнения;

- измерительные преобразователи;

- измерительные приборы;

- измерительные установки;

- измерительные системы (информационные, контролирующие, управля-ющие, измерительно-вычислительные комплексы).

Меры, измерительные преобразователи и средства (устройства) сравнения называют элементарными СИ. Они позволяют реализовать отдельные операции прямого измерения. Все остальные СИ называют комплексными. Они позволяют реализовать всю процедуру измерения.

1. Меры предназначены для воспроизведения физической величины заданного размера. Меры, воспроизводящие физические величины одного размера, называются однозначными. Многозначные меры могут воспроизводить ряд размеров физической величины, часто даже непрерывно заполняющих некоторый промежуток между определенными границами. Наиболее распространенными многозначными мерами являются миллиметровая линейка, вариометр и конденсатор переменной емкости.

В наборах и магазинах отдельные меры могут объединяться в различных сочетаниях для воспроизведения некоторых промежуточных или суммарных, но обязательно дискретных размеров величин. В магазинах они объединены в одно механическое целое, снабженное специальными переключателями, которые связаны с отсчетными устройствами, например, магазин сопротивлений. В противоположность этому набор состоит обычно из нескольких мер, которые могут выполнять свои функции, как в отдельности, так и в различных сочетаниях друг с другом (набор концевых мер длины, набор гирь, набор мер добротности и индуктивности и т. д.).

Сравнение с мерой выполняют с помощью специальных технических средств – компараторов (равноплечие весы, измерительный мост и т. п.).

В зависимости от погрешности аттестации меры подразделяются на разряды (меры 1, 2-го и т. д. разрядов), а погрешность мер является основой их деления на классы. Меры, которым присвоен тот или иной разряд, применяются для поверки измерительных средств и называются образцовыми.

2. Измерительные преобразователи – это средства измерений, перерабатывающие измерительную информацию в форму, удобную для дальнейшего преобразования, передачи, хранения и обработки, но, как правило, не доступную для непосредственного восприятия наблюдателем (термопары, измерительные усилители и др.).

Преобразуемая величина называется входной, а результат преобразования – выходной величиной. Соотношение между ними задается функцией преобразования (статической характеристикой). Если в результате преобразования физическая природа величины не изменяется, а функция преобразования является линейной, то преобразователь называется масштабным, или усилителем. Слово “усилитель” обычно привязано к роду преобразуемой величины (усилитель напряжения, гидравлический усилитель) или к виду единичных преобразований, происходящих в нем (ламповый усилитель, струйный усилитель). В тех случаях, когда в преобразователе входная величина превращается в другую по физической природе величину, он получает название по видам этих величин (электромеханический, пневмоемкостный и т. д.).

По месту, занимаемому в приборе, преобразователи подразделяются на:

- первичные, к которым подводится непосредственно измеряемая физическая величина;

- передающие, на выходе которых образуются величины, удобные для их регистрации и передачи на расстояние;

- промежуточные, занимающие в измерительной цепи место после первичных.

3. Измерительные приборы относятся к средствам измерений, предназначенным для измерения одной или нескольких физических величин в заданном диапазоне и получения измерительной информации в форме, удобной для восприятия наблюдателем.

Наибольшее распространение получили приборы прямого действия, при использовании которых измеряемая величина подвергается ряду последовательных преобразований в одном направлении, т. е. без возвращения к исходной величине. К приборам прямого действия относится большинство манометров, термометров, амперметров, вольтметров и т. д.

Значительно большими точностными возможностями обладают приборы сравнения, предназначенные для сравнения измеряемых величин с величинами, значения которых известны. Сравнение осуществляется с помощью компенсационных цепей (например, сравнение на рычаге силовых эффектов действия масс в случае взвешивания на равноплечих и неравноплечих весах) или мостовых цепей (электрические мостовые цепи измерения электрического сопротивления).

По способу отсчета значений измеряемых величин приборы подразделяются на показывающие, в том числе аналоговые и цифровые, и на регистрирующие.

Аналоговые измерительные приборы получили наибольшее распространение, их отсчетные устройства состоят из двух элементов – шкалы и указателя, взаимное положение которых отображает множество возможных значений измеряемых величин в множестве элементов функциональной шкалы прибора.

В цифровых измерительных приборах отсчет осуществляется с помощью механических, электронных или других цифровых отсчетных устройств, а результат измерения представляется в виде n -разрядного числа, точность определяется числом разрядов.

Регистрирующие приборы по способу записи измеряемой величины делятся на самопишущие и печатающие. В самопишущих приборах (например, барограф или шлейфовый осциллограф) запись показаний представляет собой г