Классификация средств измерений

Средство измерения – техническое средство, предназначенное для измерений (определение по Федеральному закону от 26.06.2008 №102-ФЗ "Об обеспечении единства измерений"), а также имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени (определение по РМГ 29-99 "Рекомендации по межгосударственной стандартизации. Метрология. Основные термины и определения").

Средства измерения принято классифицировать по виду, принципу действия и метрологическому назначению (см. параграф 3.5).

По техническому назначению выделяют следующие средства измерения:

• мера физической величины – средство измерения, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью;
• измерительный прибор – средство измерения, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне;
• измерительный преобразователь – 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;
• измерительная установка (измерительная машина ) – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких физических величин и расположенная в одном месте;
• 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;
• измерительно-вычислительный комплекс – функционально объединенная совокупность средств измерений, ЭВМ и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения в составе измерительной системы конкретной измерительной задачи.

По степени автоматизации средства измерения делят на автоматические, автоматизированные и ручные. По стандартизации средств измерений – на стандартизированные и нестандартизированные. По положению в поверочной схеме – на эталоны и рабочие средства измерения. По значимости измеряемой физической величины:

• на основные средства измерения той физической величины, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей;
• вспомогательные средства измерения той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерений необходимо учитывать для получения результатов измерений требуемой точности.

Метрологические характеристики измерительных средств

Все средства измерений, независимо от их конкретного исполнения, обладают рядом общих свойств, необходимых для выполнения их функционального назначения. Технические характеристики, описывающие эти свойства и оказывающие влияние на результаты и на погрешности измерений, называются метрологическими характеристиками.

Комплекс нормируемых метрологических характеристик устанавливается таким образом, чтобы с их помощью можно было оценить погрешность измерений, осуществляемых в известных рабочих условиях эксплуатации посредством отдельных средств измерений или совокупности средств измерений, например автоматических измерительных систем.

Одной из основных метрологических характеристик измерительных преобразователей является статическая характеристика преобразования, называемая функцией преобразования, или градуировочной характеристикой. Она устанавливает зависимость

y=f(x)

где у – информативный параметр выходного сигнала измерительного преобразователя; х – информативный параметр входного сигнала.

Статическая характеристика нормируется путем задания в форме уравнения, графика или таблицы. Понятие статической характеристики применимо к измерительным приборам, если под независимой переменной х понимать значение измеряемой величины или информативного параметра входного сигнала, а под зависимой величиной у – показание прибора.

Если статическая характеристика преобразования линейна, т.е.

у = Кх,

то коэффициент (К) называется чувствительностью измерительного прибора (преобразователя). В противном случае под чувствительностью следует понимать производную от статической характеристики.

Важной характеристикой шкальных измерительных приборов является цена деления, т.е. то изменение измеряемой величины, которому соответствует перемещение указателя на одно деление шкалы. Если чувствительность постоянна в каждой точке диапазона измерения, то шкала называется равномерной. При неравномерной шкале нормируется наименьшая цена деления шкалы измерительных приборов.

У цифровых приборов шкалы в явном виде нет, и на них вместо цены деления указывается цена единицы младшего разряда числа в показании прибора.

Важнейшей метрологической характеристикой средств измерений является погрешность (см. параграф 3.3).

Измерения классифицируются по следующим признакам:

1. По физической сущности измеряемой величины.

2. По характеристике точности:

А) Равноточные измерения – это ряд измерений какой-либо физической величины выполненных при одинаковых условиях (одно и тоже средство измерения, параметры среды, один и тот же оператор и т.д.);

Б) Неравноточные измерения – это ряд измерений какой-либо физической величины выполненных либо разными по точности приборами, либо при разных условиях измерения.

3. По числу измерений:

А) Однократные измерения;

Б) Многократные измерения – измерения одной и той же физической величины результат, которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений.

4, По изменению измеряемой величины во времени:

А) Статические

Б) Динамические (при которых измеряемая величина изменяется во времени).

5. По метрологическому назначению:

А) Технические Б) Метрологические

6. По выражению результатов измерения:

А) Абсолютные – измеряемые в кг., м., Н и т.д.

Б) Относительные – измеряемые в долях или процентах.

7. По способу получения числового значения физической величины:

А) Прямые – это измерения, при которых искомое значение физической величины получают непосредственно.

Б) Косвенные – это измерения, при которых искомое значение физической величины получают на основании прямых измерений других физических величин.

В) Совместные измерения – одновременное измерение двух или нескольких не одноименных ФВ для определения зависимости между ними.

Г) Совокупные – это одновременное измерение нескольких одноименных физических величин, а искомое значение величин находят путем решения системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

§3.2 Методы измерения физических величин .

Метод измерений – это приём или совокупность приёмов сравнения измеряемой физической величины с её единицей в соответствие с реализованным принципом измерений. Методы измерений определяются видом измеряемых величин, их размерами, требуемой точностью результата, требуемой быстротой процесса измерения и прочими данными. В предыдущей теме перечислялись виды измерений по способу получения числового значения. Наибольшее распространение, на практике, получили прямые измерения из-за их простоты и скорости исполнения. Прямые измерения можно производить следующим методами, которые можно разделить на две основных группы:

1. Метод непосредственной оценки – значение величины определяют непосредственно по отсчётному устройству мерительного прибора (силу тока по амперметру, массы – по циферблатным весам и т.д.).

2. Метод сравнения с мерой – измеряемую величину сравнивают с величиной воспроизводимой мерой (измерение массы рычажными весами с уравновешиванием гирями)

А) Дифференциальный метод – метод сравнения с мерой, при котором на измерительный прибор действует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой (измерения, выполняемые при проверке мер длины сравнением с образцовой мерой на компараторе).

Б) Нулевой метод – метод сравнения с мерой, когда результирующий эффект воздействия на прибор сравнения доводят до нуля (измерение электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием)

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.

Средством измерений называют техническое средство (или их комплекс), используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики. В отличие от таких технических средств, как индикаторы, предназначенных для обнаружения физических свойств (компас, лакмусовая бумага, осветительная электрическая лампочка), средства измерений позволяют не только обнаружить физическую величину, но и измерить ее, т.е. сопоставить неизвестный размер с известным.

Если физическая величина известного размера есть в наличии, то она непосредственно используется для сравнения (измерение плоского угла транспортиром, массы - с помощью весов с гирями). Если же физической величины известного размера в наличии нет, то сравнивается реакция (отклик) прибора на воздействие измеряемой величины с проявившейся ранее реакцией на воздействие той же величины, но известного размера (измерение силы тока амперметром).

Для облегчения сравнения еще на стадии изготовления прибора отклик на известное воздействие фиксируют на шкале отсчетного устройства, после чего наносят на шкалу деления в кратном и дольном отношении. Описанная процедура называется градуировкой шкалы. При измерении она позволяет по положению указателя получать результат сравнением непосредственно по шкале отношений. Итак, средства измерений (за исключением некоторых мер - гирь, линеек) в простейшем случае производят две операции: обнаружение физической величины, сравнение неизвестного размера с известным или сравнение откликов на воздействие известного и неизвестного размеров.

Другими отличительными признаками средств измерений являются, во-первых, «умение» хранить (или воспроизводить) единицу физической величины; во-вторых, неизменность размера хранимой единицы. Если же размер единицы в процессе измерений изменяется более чем установлено нормами, то с помощью такого средства невозможно получить результат с требуемой точностью. Отсюда следует, что измерять можно только тогда, когда техническое средство, предназначенное для этой цели, может хранить единицу, достаточно неизменную по размеру (во времени).

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

По конструктивному исполнению средства измерений подразделяют на меры, измерительные преобразователи; измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы (рис. 6.4).

Рис. 6.4.

Меры физической величины - средства измерений, предназначенные для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров. Различают меры: однозначные (гиря 1 кг, калибр, конденсатор постоянной емкости); многозначные (масштабная линейка, конденсатор переменной емкости); наборы мер (набор гирь, набор калибров). Набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство, в котором имеются приспособления для их соединения в различных комбинациях, называется магазином мер. Примером такого набора может быть магазин электрических сопротивлений, магазин индуктивностей.

Сравнение с мерой выполняют с помощью специальных технических средств - компараторов (рычажные весы, измерительный мост и т.д.). К однозначным мерам можно отнести стандартные образцы. Существуют стандартные образцы состава и стандартные образцы свойств. Стандартный образец состава вещества (материала) - стандартный образец с установленными значениями величин, характеризующих содержание определенных компонентов в веществе (материале). Стандартный образец свойств веществ (материалов) - стандартный образец с установленными значениями величин, характеризующих физические, химические, биологические и другие свойства.

Новые стандартные образцы допускаются к использованию при условии прохождения ими метрологической аттестации. Указанная процедура - признание этой меры, узаконенной для применения на основании исследования стандартного образца. Метрологическая аттестация проводится органами метрологической службы. Примером стандартного образца состава является стандартный образец состава углеродистой стали определенной марки. Примером стандартного образца свойств выступает уже упомянутая ранее шкала твердости Мо- оса, которая представляет собой набор 10 эталонных минералов для определения числа твердости по условной шкале. Каждый последующий минерал этой шкалы является более твердым, чем предыдущий. Эту шкалу используют для оценки относительной твердости стекла и керамики. Одна из главных функций стандартных образцов состава и свойств - контроль методики выполнения измерений в порядке внутреннего контроля испытательных лабораторий и внешнего контроля. Например, если аналитическая лаборатория металлургического предприятия располагает аттестованным стандартным образцом углеродистой стали конкретной марки, то она на указанном стандартном образце может проверить надежность методики качественного и количественного химического анализа. В зависимости от уровня признания (утверждения) и сферы применения различают категории стандартных образцов - межгосударственные, государственные, отраслевые и стандартные образцы предприятия (организации).

В практике метрологическими службами используются стандартные образцы разной категории для выполнения различных задач. Так, создаваемые в Центральном институте агрохимического обслуживания сельского хозяйства государственные и отраслевые образцы состава почв аттестованы на содержание макро- и микроэлементов (марганца, кобальта, цинка, меди, молибдена, бора) и другие характеристики (величина PH и др.). Эти стандартные образцы были аттестованы в межлабораторном эксперименте и предназначаются для градуировки приборов, поверки средств измерений, для контроля правильности анализов почв по аттестованным в стандартных образцах показателям, для аттестации стандартных образцов предприятий методом сличения.

Измерительные преобразователи - средства измерений, служащие для преобразования измеряемой величины в другую величину или сигнал измерительной информации, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований. По характеру преобразования различают аналоговые, цифроаналоговые, аналого-цифровые измерительные преобразователи. По месту в измерительной цепи выделяют первичные (на которые непосредственно воздействует измеряемая физическая величина) и промежуточные (занимающие место в измерительной цепи после первичного измерительного преобразователя).

Конструктивно обособленный первичный измерительный преобразователь, от которого поступают сигналы измерительной информации, является датчиком. Датчик может быть вынесен на значительное расстояние от средства измерений, принимающего его сигналы. Например, датчики запущенного метеорологического радиозонда передают информацию о температуре, давлении, влажности и других параметрах атмосферы.

Если преобразователи не входят в измерительную цепь и их метрологические свойства не нормированы, то они не относятся к измерительным. Таковы, например, силовой трансформатор в радиоаппаратуре, термопара в термоэлектрическом холодильнике.

Измерительный прибор - средство измерения, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Прибор, как правило, содержит устройство для преобразования измеряемой величины и ее индикации в форме, наиболее доступной для восприятия. Во многих случаях устройство для индикации имеет шкалу со стрелкой, диаграмму с пером или цифроу- казатель, с помощью которых могут быть произведены отсчет или регистрация значений физической величины. В случае сопряжения прибора с мини-ЭВМ отсчет может производиться с помощью дисплея.

По виду индикации значений измеряемой величины измерительные приборы подразделяют на показывающие и регистрирующие. Показывающий прибор допускает только отсчитывание показаний измеряемой величины (микрометр, аналоговый или цифровой вольтметр). В регистрирующем приборе предусмотрена регистрация показаний - в форме диаграммы, путем печатания показаний (термограф, разрывная машина с пишущим элементом, измерительный прибор, сопряженный с ЭВМ, дисплеем и устройством для печатания показаний).

Измерительная установка - это совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенных для измерений одной или нескольких физических величин и расположенных в одном месте. Примером являются установка для измерения удельного сопротивления электротехнических материалов, установка для испытаний магнитных материалов. Измерительную установку, предназначенную для испытаний изделий, иногда называют испытательным стендом.

Измерительная система - совокупность функционально объединенных 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. Примером может служить радионавигационная система для определения местоположения судов, состоящая из ряда измерительных комплексов, разнесенных в пространстве на значительном расстоянии друг от друга.

«Лицо» современной измерительной техники определяется автоматизированными измерительными системами, информационно-измерительными системами, измерительно-вычислительными комплексами. Типичная информационно-измерительная система содержит в своем составе ЭВМ и обеспечивает сбор, обработку и хранение информации, поступающей от многочисленных датчиков, характеризующих состояние объекта или процесса. При этом результаты измерений выдаются как по заранее заданной программе, так и по запросу.

Применение новейших измерительных систем позволяет не только ускорить процесс измерения (что немаловажно для скоропортящихся товаров), но и дать более объективную характеристику качества конкретной партии товара.

По метрологическому назначению все средства измерений подразделяют на два вида: рабочие средства измерений и эталоны.

Рабочие средства измерений предназначены для проведения технических измерений. По условиям применения они могут быть:

• ? лабораторными, используемыми при научных исследованиях, проектировании технических устройств, медицинских измерениях;
• ? производственными, используемыми для контроля характеристик технологических процессов, контроля качества готовой продукции, контроля отпуска товаров;
• ? полевыми, используемыми при эксплуатации таких технических устройств, как самолеты, автомобили, речные и морские суда и др.

К каждому виду рабочих средств измерений предъявляются специфические требования: к лабораторным - повышенная точность и чувствительность; к производственным - стойкость к ударно-вибрационным нагрузкам, высоким и низким температурам; к полевым - повышенная стабильность в условиях резкого перепада температур, высокой влажности.

Эталоны являются высокоточными средствами измерений, а потому используются для проведения метрологических измерений в качестве средств передачи информации о размере единицы. Размер единицы передается «сверху вниз», от более точных средств измерений к менее точным «по цепочке»: первичный эталон - вторичный эталон - рабочий эталон 0-го разряда - рабочий эталон 1-го разряда... - рабочее средство измерений.

Передача размера осуществляется в процессе поверки средства измерений. Целью поверки является установление пригодности средства измерений к применению. Соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы от эталона к рабочему средству измерений, устанавливается в поверочных схемах средства измерений.

Госстандарт располагает самой современной эталонной базой. Она входит в тройку самых совершенных наряду с базами США и Японии. Эталонная база в дальнейшем будет развиваться в количественном и, главным образом, в качественном отношении. Перспективно создание многофункциональных эталонов, т.е. эталонов, воспроизводящих на единой конструктивной и метрологической основе не одну, а несколько единиц физических величин или одну единицу, но в широком диапазоне измерений. Так, метрологические институты страны создают единый эталон времени, частоты и длины, который позволит уменьшить погрешность воспроизведения единицы длины до 1 ? КГ 11 .

Технический уровень первичных эталонов в России благодаря успехам науки можно оценить как вполне удовлетворительный, но состояние парка средств измерений, находящихся в практическом обращении, прежде всего рабочих эталонов и средств измерений, внушает тревогу. В 1980-х гг. срок обновления отечественной измерительной техники, как правило, составлял 5-6 лет (для сравнения в США и Японии - не более трех лет). Сейчас состояние отечественного приборостроения увеличило сроки обновления рабочих эталонов и рабочих средств измерений, что ведет к значительному старению измерительной техники.

Другой проблемой отечественных производителей средств измерений является высокая стоимость их разработок в сравнении с зарубежными фирмами. Для преодоления этого отставания необходимо в отечественных приборах предусматривать: высокую степень автоматизации на базе микропроцессорной технологии, быстродействие, высокую надежность, пониженные массу, габаритные размеры и энергопотребление, высокий уровень эстетики и эргономики.

Многообразие средств измерений обусловливает необходимость применения специальных мер по обеспечению единства измерений. Одним из важных условий соблюдения единства измерений является установление для средств измерений определенных (нормированных) метрологических характеристик.

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.

Программы и игры