Средства измерений. Виды средств измерений

Средство измерения — это техническое устройство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства.

По метрологическому назначению СИ делятся на образцовые и рабочие.

Образцовые предназначены для поверки по ним других средств измерений как рабочих, так и образцовых менее высокой точности.

Рабочие средства измерений предназначены для измерений ФВ, не связанных с передачей размера единицы другим средствам измерений. Например, элктросчетчик, нутромер, термометр.

По стандартизации – на

- стандартизированные СИ, изготовленные в соответствии с требованиями государственнго или отраслевого стандарта;

- нестандартизированные СИ – уникальные СИ, предназначенные для специальной измерительной задачи, в стандартизации требований к которому нет. Они не подвергаются поверкам, а подлежат метрологическим аттестациям.

К СИ относятся:

1. Меры, предназначенные для воспроизведения ФВ заданного размера.

Различают следующие разновидности мер:

однозначная мера - мера, воспроизводящая физическую величину одного размера (например, гиря 1 кг, образцы и образцовые вещества);

многозначная мера - мера, воспроизводящая физическую величину разных размеров (например, штриховая мера длины, миллиметровая линейка, вариометр и конденсатор переменной емкости.);

набор мер - комплект мер разного размера одной и той же физической величины, предназначенных для применения на практике как в отдельности, так и в различных сочетаниях (например, набор концевых мер длины);

магазин мер - набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство, в котором имеются приспособления для их соединения в различных комбинациях (например, магазин электрических сопротивлений).

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-го, 2-го и т, д. разрядов), а погрешность мер является основой их деления на классы. Меры, которым присвоен тот пли иной разряд, применяются для поверки измерительных средств и называются образцовыми.

2. Измерительные преобразователи — это средства измерений, перерабатывающие информацию в форму, удобную для дальнейшего преобразования, передачи, хранения и обработки, но, как правило, не доступную для непосредственного восприятия наблюдателем (термопары, измерительные усилители, измерительный трансформатор тока, электропневматический преобразователь и др.). Часто используют термин первичный измерительный преобразователь или датчик. Электрический датчик – это один или несколько измерительных преобразователей, объединенных в единую конструкцию и служащих для преобразования измеряемой неэлектрической величины в электрическую. Например: датчик давления, датчик температуры, датчик скорости и т. д.

3. Измерительные приборы относятся к средствам измерений, предназначенным для получения измерительной информации о величине, подлежащей измерению, в форме, удобной для восприятия наблюдателем. Пример - измерительная линейка. Примеры:

1. По способу индикации значений измеряемой величины измерительные приборы разделяют на показывающие и регистрирующие.

2. По действию измерительные приборы разделяют на интегрирующие и суммирующие. Различают также приборы прямого действия и приборы сравнения, аналоговые и цифровые приборы, самопишущие и печатающие приборы

4. Вспомогательные средства измерений. К этой группе относятся средства измерений величин, влияющих на метрологические свойства другого средства измерений при его применении или поверке. Показания вспомогательных средств измерений используются для вычисления поправок к результатам измерений (например, термометров для измерения температуры окружающей среды при работе с грузопоршневыми манометрами) или для контроля за поддержанием значений влияющих величин в заданных пределах (психрометров для измерения влажности при точных интерференционных измерениях длин).

5. Измерительные установки. Для измерения какой-либо величины или одновременно нескольких величин иногда бывает недостаточно одного измерительного прибора. В этих случаях создают целые комплексы расположенных в одном месте и функционально объединенных друг с другом средств измерений (мер, преобразователей, измерительных приборов и вспомогательных средств), предназначенных для выработки сигнала измерительной информации. Примеры: установка для измерений удельного сопротивления электротехнических материалов, установка для испытаний магнитных материалов.

6. Измерительные системы — это средства и устройства, территориально разобщенные и соединенные каналами связи. Информация может быть представлена в форме, удобной как для непосредственного восприятия, так и для автоматической обработки, передачи и использования в автоматизированных системах управления.

Примеры:

1 Измерительная система теплоэлектростанции, позволяющая получать измерительную информацию о ряде физических величин в разных энергоблоках. Она может содержать сотни измерительных каналов.

2 Радионавигационная система для определения местоположения различных объектов, состоящая из ряда измерительно-вычислительных комплексов, разнесенных в пространстве на значительное расстояние друг от друга

 

Выбор средств измерения

При выборе средств измерения должны быть учтены не только метрологические данные, но и их экономическая целесообразность. Принимаемые методы и средства измерения должны удовлетворять условию получения необходимых действительных размеров проверяемых деталей при наименьших затратах времени, сил и средств.

Выбор средств измерения зависит от вида проводимого контроля. В условиях машиностроительного завода контроль различают на лабораторный и производственный.

К лабораторным средствам измерения предъявляются требования получения высокой точности при достаточной универсальности как в области использования, так и в области диапазона измерений. Поэтому в лабораторных условиях используются меры (концевые и угловые), универсальные измерительные инструменты и приборы.

Для производственных измерений применяются калибры, универсальные средства измерений, контрольные приспособления и автоматы.

Производственный контроль бывает выборочным или сплошным. Выборочный контроль осуществляется при надежных и устойчивых технологических процессах. Целью контроля при этом является не столько проверка качества изготовленной продукции, сколько наблюдение за ходом и состоянием технологического процесса. При выборочном контроле требуются средства измерений, по которым может быть отсчитан действительный размер детали.

При неустойчивых технологических процессах, не обеспечивающих однородности изготовленной продукции, необходим сплошной контроль. В этих условиях важно не столько обеспечить измерение действительного размера детали, сколько отсеять брак. При этом целесообразно использование средств, обеспечивающих высокую производительность, таких как калибры, контрольные приспособления, контрольные автоматы.

 

Методы измерений

Метод измерения - это способ экспериментального определения значения физической величины, т. е. совокупность используемых при измерениях физических явлений и средств измерений.

Методы измерений

непосредственной оценки сравнения с мерой

- противопоставления;

- дифференциальный;

- нулевой;

- замещения;

- совпадения

Метод непосредственной оценки заключается в определения значения физической величины по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия. Например - измерение напряжения вольтметром.

Этот метод является наиболее распространенным, но его точность зависит от точности измерительного прибора.

Метод сравнения с мерой - в этом случае измеряемая величина сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой. Точность измерения может быть выше, чем точность непосредственной оценки.

Примеры: 1. Измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями (мерами массы с известным значением).

2. Измерение напряжения постоянного тока на компенсаторе сравнением с известной ЭДС нормального элемента.

Различают следующие разновидности метода сравнения с мерой:

Метод противопоставления, при котором измеряемая и воспроизводимая величина одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между величинами. Пример: измерение веса с помощью рычажных весов и набора гирь.

Дифференциальный метод, при котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой. При этом уравновешивание измеряемой величины известной производится не полностью. Пример: измерение напряжения постоянного тока с помощью дискретного делителя напряжения, источника образцового напряжения и вольтметра.

Нулевой метод, при котором результирующий эффект воздействия обеих величин на прибор сравнения доводят до нуля, что фиксируется высокочувствительным прибором - нуль-индикатором. Пример: измерение сопротивления резистора с помощью четырехплечевого моста, в котором падение напряжения на резисторе с неизвестным сопротивлением уравновешивается падением напряжения на резисторе известного сопротивления.

Метод замещения, при котором производится поочередное подключение на вход прибора измеряемой величины и известной величины, и по двум показаниям прибора оценивается значение измеряемой величины, а затем подбором известной величины добиваются, чтобы оба показания совпали. При этом методе может быть достигнута высокая точность измерений при высокой точности меры известной величины и высокой чувствительности прибора. Пример: точное измерение малого напряжения при помощи высокочувствительного гальванометра, к которому сначала подключают источник неизвестного напряжения и определяют отклонение указателя, а затем с помощью регулируемого источника известного напряжения добиваются того же отклонения указателя. При этом известное напряжение равно неизвестному.

Метод совпадения, при котором измеряют разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов. Пример: измерение частоты вращения детали с помощью мигающей лампы стробоскопа: наблюдая положение метки на вращающейся детали в моменты вспышек лампы, по известной частоте вспышек и смещению метки определяют частоту вращения детали.

Чаще всего применяют метод непосредственной оценки и метод сравнения.

Классификация эталонов

Эталон – средство измерения (или комплекс) обеспечивающий воспроизведение и хранение физической величины с целью передачи ее размера другим эталоном и рабочим средством измерения.

Различают следующие виды эталонов: