3. Нормирование метрологических характеристик средств измерений. Средства измерений

Первичным этапом любого измерения является обнаружение измеряемой величины. Для этой цели служат индикаторы, которые играют роль органов чувств человека. Задача индикатора – выделить измеряемый параметр из общего фона наблюдаемых величин. Характеристикой индикаторов, в общем играющей важную роль для качества СИ, является его порог чувствительности (порог реагирования – минимальный сигнал, обнаруживаемый индикатором).

Однако обнаружить и измерить величину – не одно и то же. Для измерения необходимо эталонное значение, которое воспроизводится с некоторой точностью. Для величин, при измерении которых невозможно воспроизвести меру (напряжение, ток, магнитное поле), применяется способ сравнения реакции прибора на воздействие эталонных значений и измеряемого воздействия. В этом случае подразумевается, что реакция прибора одинакова.

При построении шкалы прибора по эталонным значениям параметра выполняют градуировку, предполагая равномерное или неравномерное влияние параметра на прибор.

Все технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики, называются Средствами измерения.

Виды средств измерений

Средство измерения – это техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и/или хранящее единицу ФВ, размер которой принимается неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. Под метрологическими характеристиками понимают такие характеристики СИ, которые позволяют судить об их пригодности для измерений в известном диапазоне с известной точностью. В отличие от СИ приборы или вещества, не имеющие нормированных метрологических характеристик, называют индикаторами. СИ – это техническая основа метрологического обеспечения.

Классификация СИ также дается в РМГ 29-99.

Меры – это СИ, воспроизводящие или хранящие физическую величину заданного размера. Меры могут быть однозначными, воспроизводящими одно значение ФВ (гиря, калибр, образцы твердости, шероховатости…), и многозначными – для воспроизведения плавно или дискретно ряда значений одной и той же ФВ (измерительный конденсатор переменной емкости, набор конечных мер, магазин емкостей, индуктивности и сопротивления, измерительные линейки…).

Измерения путем сравнения с мерой выполняют с помощью специальных технических средств – компараторов (равноплечие весы, измерительный мост…). Иногда в качестве компаратора выступает человек.

Измерительные преобразователи – СИ, предназначенные для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но недоступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Это термопары, измерительные трансформаторы и усилители, преобразователи давления. По месту, занимаемому в измерительной цепи они делятся на первичные, промежуточные и т.д. Конструктивно они выполняются либо отдельными блоками, либо составной частью СИ. Необходимо понимать отличие измерительных преобразователей от преобразовательных элементов, не имеющих метрологических характеристик, как, например, трансформатор тока или напряжения.

Измерительный прибор – СИ, предназначенное для переработки измерительного сигнала в другие, доступные для наблюдателя формы. Различают приборы прямого действия (амперметры, вольтметры, манометры) и приборы сравнения (компараторы).

По способу отсчета измеряемой величины СИ делятся на показывающие (аналоговые, цифровые), регистрирующие (на бумажную или магнитную ленту) и т.п.

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных СИ и вспомогательных устройств, расположенных в одном месте. Например, поверочные установки, установки для испытания электротехнических, магнитных и других материалов. Измерительная установка позволяет предусмотреть определенный метод измерения и заранее оценить погрешность измерения.

Измерительная система – это комплекс СИ вспомогательных устройств с компонентами связи (проводные, телевизионные и др.), предназначенные для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и (или) использования в автоматических системах управления.

В отличие от измерительных установок, предусматривающих изменение режима и условий функционирования, измерительная система не воздействует на режимы работы, а предназначена только для сбора и (или) хранения информации. Частными случаями измерительной системы являются информационно-вычислительный комплекс (ИВК), информационно-измерительные системы (ИИС). К последним можно отнести системы автоматического контроля, системы технического диагностирования, системы распознавания образов, системы для передачи неизмерительной информации. При организации поверки рабочих СИ используют различные эталоны и образцовые СИ.

СИ, как правило, работают совместно с датчиками (измерительными преобразователями), имеющими свои МХ.

Основными характеристиками качества измерения являются:

Точность измерения – качество измерения, отражающее близость результатов измерения к истинному значению измеряемой величины.

Правильность измерения - качество измерения, отражающее близость к нулю математической погрешности в результатах измерения.

Сходимость - качество измерения, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполненных в одинаковых условиях одним и тем же средством измерения, одним и тем же методом.

Воспроизводимость - качество измерения, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполненных в разных условиях.

Ни какое измерение не может быть выполнено абсолютно точно. Во всех результатах измерения всегда присутствуют ошибки.

Действительное значение ФВ устанавливается экспериментальным путем в предположении, что результат измерения в максимальной степени приближается к истинному значению, т.е. результат измерения будет представлять собой приближенную оценку истинного значения величины, найденной путем измерения.