Средством измерения (СИ) называется техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.

Средства измерения классифицируют по следующим признакам:

по конструктивному исполнению;

метрологическому назначению;

уровню стандартизации.

По конструктивному исполнению СИ подразделяются на: меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи, измерительные установки, измерительные системы.

Мера - это средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Например: гиря - мера массы, резистор - мера электрического сопротивления.

Измерительный преобразователь - это средство измерения, предназначенное для выработки измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки или хранения, но недоступной для непосредственного восприятия наблюдателем (термопара, частотный преобразовател ь).

Измерительные преобразователи могут быть первичными, к которым подведена измеряемая величина, и промежуточными, которые располагаются в измерительной цепи за первичными. Примерами первичных измерительных преобразователей являются термопары, датчики.

Измерительный прибор - средство измерения, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне (рН-метры, весы, фото-электроколориметры и т.д.).

Под измерительной установкой понимают совокупность средств измерений (мер, измерительных приборов, преобразователей) и вспомогательных устройств для выработки сигналов информации в форме, удобной для восприятия и расположенных в одном месте (испытательный стенд).

Измерительная система - это совокупность средств измере-ний и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, размещенных в разных точках контролируемого пространства с целью измерения одной или нескольких физических величин, свойственных этому пространству (контролирующие, управляющие системы с ЭВМ).

По метрологическому назначению СИ подразделяются на рабочие и метрологические. Рабочие средства измерения предназначены непосредственно для измерений в различных сферах деятельности, а именно в науке, технике, в производстве, медицине, то есть там, где необходимо получить значение той или иной физической величины. Метрологическое средство измерения предназначено для метрологических целей: воспроизведения единицы и ее хранения или передачи размера единицы рабочим СИ. К ним относятся эталоны, образцовые СИ, поверочные установки, стандартные образцы.

По уровню стандартизации различают стандартизованные и нестандартизованнные средства измерения. Стандартизованными считаются средства измерения, изготовленные в соответствии с требованиями государственного стандарта и соответствующие техническим характеристикам установленного типа средств измерения, полученным на основании государственных испытаний, и внесенные в Государственный реестр СИ. Нестандартизованные - уникальные средства измерения, предназначенные для специальной измерительной задачи, в стандартизации требований к которым нет необходимости. Они не подвергаются государственным испытаниям, а подлежат метрологической аттестации.

Метрологическое средство измерения чаще именуется «эталон».

Чтобы обеспечить единство измерений, необходима тождественность единиц, в которых проградуированы все средства измерений одной и той же физической величины. Для этого применяют средства измерений, хранящие и воспроизводящие установленные единицы физических величин и передающие их соответствующим средствам измерений. Высшим звеном в метрологической передаче размеров единиц являются эталоны.

Эталон единицы - средство измерений (или комплекс средств), обеспечивающее воспроизведение и (или) хранение единицы с целью передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений, выполненное по особой спецификации и официально утвержденное в установленном порядке в качестве эталона.

Эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью, называется первичным.

Специальный эталон воспроизводит единицу в особых условиях и заменяет при этих условия первичный эталон.

Первичный или специальный эталон, официально утвержденный в качестве исходного для страны, называется государственным.

В метрологической практике широко используют вторичные эталоны, значения которых устанавливается по первичным эталонам. Вторичные эталоны являются частью подчиненных средств хранения единиц и передачи их размера. Они создаются и утверждаются в тех случаях, когда это необходимо для обеспечения наименьшего износа государственного эталона.

Вторичные эталоны по своему назначению делятся на эталоны-копии, эталоны сравнения, эталоны-свидетели и рабочие эталоны.

Эталон-копия предназначен для передачи размеров единиц рабочим эталонам. Он не всегда является физической копией государственного эталона.

Эталон-свидетель предназначен для проверки сохранности государственного эталона и для замены его в случае порчи или утраты.

Эталон сравнения применяют для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемы друге другом (например, так называемый нормальный элемент, используемый для сличения государственного эталона Вольта с эталоном Вольта Международного бюро мер и весов).

Рабочий эталон применяют для передачи размера единицы образцовым средствам измерений высшей точности, а в отдельных случаях - наиболее точным средствам измерений.

Образцовое средство измерения - мера, измерительный прибор или измерительный преобразователь, служащие для поверки по ним других средств измерений и утвержденные в качестве образцовых.

Поверка средств измерений - определение метрологическим органом погрешности средств измерений и установления его пригодности к применению.

Образцовые средства измерений могут иметь разные разряды. Между ними существует соподчиненность: образцовые средства измерений первого разряда поверяют, как правило, непосредственно по рабочим эталонам, образцовые средства измерений второго и последующих разрядов подлежат поверке по образцовым средствам измерений непосредственно предшествующих разрядов. Для разных видов измерений устанавливается, исходя из требований практики, различное число разрядов образцовых средств измерений.

Рабочее средство измерений применяют для измерений, не связанных с передачей размеров единиц.

Средство измерений - техническое средство, имеющее нормированные метрологические характеристики. Все средства измерений, независимо от их конкретного исполнения, обладают рядом общих свойств, необходимых для выполнения ими их функционального назначения. Технические характеристики, описывающие эти свойства и оказывающие влияние на результаты и на погрешности измерений, называются метрологическими характеристиками. Перечень важнейших из них регламентируется ГОСТ «Нормируемые метрологические характеристики средств измерений». 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 (иначе называемая функцией преобразования или градуировочной характеристикой). Она устанавливает зависимость y = f(x) информативного параметра у выходного сигнала измерительного преобразователя от информативного параметра х входного сигнала. Если статическая характеристика преобразования линейна, т.е. у= Кх, то коэффициент К называется чувствительностью измерительного прибора (преобразователя).

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.

Под абсолютной погрешностью меры понимается алгебраическая разность между ее номинальным Х н и действительным Х Д значениями:

а под абсолютной погрешностью измерительного прибора - разность между его показанием Х П и действительным значением Х п измеряемой величины:

Однако в большей степени точность средства измерений характеризует относительная погрешность, т.е. выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой или воспроизводимой данным средством измерений величины:

Обычно лямда << 1, поэтому в формулу (10.3) вместо действительного значения часто может быть подставлено номинальное значение меры или показание измерительного прибора.

Под нормированием метрологических характеристик понимается количественное задание определенных номинальных значений и допустимых отклонений от этих значений. Нормирование метрологических характеристик позволяет оценить погрешность измерения, достичь взаимозаменяемости средств измерений, обеспечить возможность сравнения средств измерений между собой и оценку погрешностей измерительных систем и установок на основе метрологических характеристик входящих в их состав средств измерений. Именно нормирование метрологических характеристик отличает средство измерений от других подобных технических

средств (например, измерительный трансформатор от силового трансформатора). Для каждого вида СИ, исходя из их специфики и назначения, нормируется определенный комплекс метрологических характеристик, указываемый в нормативно-технической документации на СИ. В этот комплекс должны включатся такие характеристики, которые позволяют определить погрешность данного СИ в известных рабочих условиях его применения. Общий перечень основных нормируемых метрологических характеристик СИ, формы их представления и способы нормирования установлены в ГОСТ 8.009-72. В него входят:

Пределы измерений, пределы шкалы;

Цена деления равномерной шкалы аналогового прибора или многозначной меры, при неравномерной шкале - минимальная цена деления;

Выходной код, число разрядов кода, номинальная цена единицы наименьшего разряда цифровых СИ;

Номинальное значение однозначной меры, номинальная статическая характеристика преобразования измерительного преобразователя;

Погрешность СИ;

Вариация показаний прибора или выходного сигнала преобразователя;

Полное входное сопротивление измерительного устройства;

Полное выходное сопротивление измерительного преобразователя или меры;

Неинформативные параметры выходного сигнала измерительного преобразователя или меры;

Динамические характеристики СИ;

Функции влияния;

Наибольшие допустимые изменения метрологических характеристик СИ в рабочих условиях применения.

Нормирование метрологических характеристик необходимо для решения следующих задач:

Придание всей совокупности однотипных СИ требуемых одинаковых свойств и уменьшение их номенклатуры;

Обеспечение возможности оценки инструментальных погрешностей и сравнения СИ поточности;

Обеспечение возможности оценки погрешности измерительных систем по погрешностям отдельных СИ. Погрешности, присущие конкретным экземплярам СИ, устанавливаются только для образцовых СИ при их аттестации.

В соответствии с ГОСТ все средства измерений делятся на шесть видов: меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, вспомогательные средства измерений, измерительные установки и измерительные системы. Наиболее многочисленной группой средств измерений являются измерительные приборы и преобразователи, которые обобщенно называются измерительными устройствами (ИУ). В силу большого разнообразия их классифицируют по различным признакам:

по используемым физическим процессам ИУ разделяют на механические, электромеханические, электронные, оп-тоэлектронные и т.п.;

по физической природе измеряемой величины различают вольтметры, амперметры, термометры, манометры, уровнемеры, влагомеры и т.д.;

по виду измеряемой величины или сигнала измерительной информации, а также по способу обработки сигнала приборы делятся на аналоговые и цифровые. В аналоговых приборах показания являются непрерывной функцией измеряемой величины, т.е. могут так же, как и измеряемая величина, принимать бесконечное множество значений. При этом во время показания могут быть как непрерывной, так и дискретной (прерывистой) функцией измеряемой величины, т.е. различают приборы непрерывного и дискретного действия.

В цифровом приборе непрерывная по размеру и во времени величина преобразуется в дискретную, квантуется, кодируется, и цифровой код отображается на цифровом отсчетном устройстве. В результате показания цифрового прибора являются дискретными во времени и квантованными по размеру, т.е. могут принимать лишь конечное число значений.

Внешним признаком аналоговых или цифровых приборов является наличие аналогового или цифрового показывающего или регистрирующего устройства. Соответственно приборы принято также разделять на показывающие, допускающие только отсчитывание показаний, и регистрирующие, в которых предусмотрена автоматическая регистрация показаний. Среди последних, в свою очередь, различают самопишущие и печатающие. В самопишущих приборах (являющихся аналоговыми) показания измеряемых значений величины записываются в виде графика осциллограммы, показывающей изменение значения величины во времени. В печатающих приборах (являющихся цифровыми) результаты измерений печатаются в цифровой форме.

Аналоговые показывающие устройства электронных при боров обычно представляют собой электромеханический преобразователь и аналоговое отсчетное устройство. Послед нее состоит из шкалы, проградуированной с помощью мерь и играющей роль меры при измерении, и указателя, соверша ющего линейное или угловое перемещение. В качестве указателя используются либо стрелка, либо луч света.

Цифровое отсчетное устройство обычно состоит из цифровых знаковых индикаторов, обеспечивающих воспроизведение десятичных цифр, и алфавитных индикаторов, позволяющих указать единицу измеряемой величины. В цифровы> регистрирующих приборах, как правило, осуществляется печатание показаний с помощью алфавитно-цифровых печатающих устройств со скоростью до 10 3 знаков в секунду. Для долговременного хранения информации используются также различные виды запоминающих устройств.

Цифровое отсчетное или регистрирующее устройство никак не ограничивает точность цифрового прибора, так как цифровой код без какой-либо погрешности может быть изображен на цифровом отсчетном устройстве.

Однако не всегда цифровое отсчетное или регистрирующее устройство лучше аналогового. При большом числе одновременно измеряемых величин (контроль сложного объекта) показания аналоговых приборов воспринимаются легче, так как независимо от цифр на шкале пространственное положение указателя и характер его перемещения или осциллограмма регистрируемого процесса позволяет более оперативно проводить анализ контролируемого процесса.

Для показывающих приборов обычно не требуется высокого быстродействия в силу ограниченности возможностей оператора при приеме информации.

По структурному принципу различают измерительные устройства прямого действия (преобразования), в которых реализуется метод непосредственной оценки; измерительные устройства, работа которых основана на методе сравнения. В измерительных приборах прямого действия преобразование сигнала происходит в одном направлении последовательно. Операция сравнения осуществляется с помощью сравнивающего устройства (СУ), в котором обычно одна величина вычитается из другой. Используя выходной сигнал СУ, с помощью преобразователя можно управлять мерой и реализовать нулевой метод сравнения. В связи с тем что в измерительных устройствах, основанных на методе сравнения, измеряемая

величина уравновешивается (компенсируется) величиной, воспроизводимой мерой, их также называют измерительными устройствами с уравновешивающим (компенсационным) преобразователем. Измерительные устройства в общем случае имеют более высокую точность за счет использования меры. Отмечают также различие требований к отдельным преобразователям измерительных устройств с точки зрения обеспечения измерительных устройств. Так, в ИУ непосредственной оценки общий коэффициент передачи К = К1 К2 и его точность определяются соответствующей точностью всех преобразователей.

По структурным признакам ИУ также можно классифицировать по числу каналов и по временной последовательности преобразований входных сигналов. В зависимости от числа входных сигналов, несущих информацию об измеряемой величине, ИУ бывают с одним (например, вольтметр), двумя (фазометр) и более входами, т.е. соответственно одно-, двух- и многоканальными. В зависимости от временной последовательности преобразований входных сигналов (если их более двух) различают ИУ с одновременным (параллельным) и последовательным преобразованием. При последовательном преобразовании сигналы обрабатываются поочередно, причем за цикл измерения каждый сигнал через входное переключающее устройство (коммутатор) подается на вход преобразователя один раз. Разновидностью последовательного преобразователя является периодическое устройство, когда за время одного цикла измерения сигналы переключаются многократно. Последовательное преобразование позволяет уменьшить аппаратурные затраты за счет перехода от многоканальной структуры к одноканальной с входным коммутатором.

1. Учебная программа для высших учебных заведений по специальности i-54 01 04 Метрологическое обеспечение информационных систем и сетей Согласована с Учебно-методическим управл

   Программа

   С.В. Ляльков, доцент кафедры метрологии и стандартизации Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»,

2. Грамм для высших учебных заведений по специальности i-54 01 04 метрологическое обеспечение информационных систем и сетей специальные дисциплины в 3-х частях часть 1 Минск 2006

   Документ

   В сборник включены типовые программы по специальным дисциплинам: «Введение в специальность», «Метрологическое обеспечение», «Преобразование и преобразователи измерительной информации», «Измерительные сигналы и функциональные устройства

3. Рабочая программа По дисциплине «Методы и средства измерений, испытаний и контроля» По специальности 220501. 65

   Рабочая программа

   Выработка практических навыков в применении методов и средств измерения, испытания и контроля для реализации системы управления качеством производства печатной продукции.

4. Конспект лекций 2010 г. Содержание 1 Средства измерений технологических параметров 4 1Средства измерения давления 12

   Конспект

   Все средства измерений определяются как технологические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики. Под характеристиками будем понимать такие свойства средств измерений, которые позволяют

5. Содержание общие вопросы метрологического обеспечения измерительных систем 9 Брюханов В. А. 9

   Доклад

   Метрологическое обеспечение измерительных систем. / Сборник докладов международной научно-технической конференции. Под ред. А.А. Данилова. – Пенза, 2005.

Средствами измерений называют применяемые при измерениях технические средства, имеющие нормированные метрологические свойства. В этом определении основную смысловую нагрузку, вскрывающую метрологическую суть средств измерений (СИ), несут слова «нормированные метрологические свойства». Наличие нормированных метрологических свойств означает, вопервых, что средство измерений способно хранить или воспроизводить единицу (или шкалу) измеряемой величины, и, во-вторых, размер этой единицы остается неизменным в течение определенного времени.

Если бы размер единицы был нестабильным, нельзя было бы гарантировать требуемую точность результата измерений.

Отсюда следуют три вывода:

Измерять можно лишь тогда, когда техническое средство, предназначенное для этой цели, способно хранить единицу, достаточно стабильную (неизменную во времени) по размеру;

Техническое средство непосредственно после изготовления еще не является средством измерения; оно становится таковым только после передачи ему единицы от другого, более точного средства измерений (эта операция называется калибровкой);

Необходимо периодически контролировать размер единицы, хранимый средством измерения, и при необходимости восстанавливать его прежнее значение путем проведения новой калибровки.

По назначению различают рабочие средства измерений , применяемые для проведения технических измерений, и метрологические, предназначенные для проведения метрологических измерений.

Метрологические средства измерений называются эталонами.

Так как измеряются свойства, общие в качественном отношении многим объектам или явлениям, то эти свойства в чем-то должны проявляться, как-то должны обнаруживаться. Технические устройства, предназначенные для обнаружения (индикации) физических свойств, называются индикаторами . Стрелка магнитного компаса, например, — индикатор напряженности магнитного поля; осветительная электрическая лампочка — индикатор электрического напряжения в сети; лакмусовая бумага — индикатор активности ионов водорода в растворах.

С помощью индикаторов устанавливается наличие измеряемой физической величины и может регистрироваться изменение ее размера. В этом отношении индикаторы играют ту же роль, что и органы чувств человека, но значительно расширяют их возможности. Человек, например, слышит в диапазоне частот от 16 Гц до 20 кГц, в то время как техническими средствами обнаруживаются звуковые колебания в диапазоне от инфранизких (доли герца) до ультравысоких (десятки и сотни килогерц) частот. Видят люди в узком оптическом диапазоне электромапштных волн, а инструментально регистрируются электромагнитные колебания от сверхнизкочастотных радиоволн с частотой, составляющей доли герца, до жесткого гамма-излучения с частотой порядка 1022 Гц. В то же время не создано еще технических устройств, которые могли бы соперничать с обонянием человека или животных.

Так как индикаторы должны обнаруживать проявление свойств окружающего мира, важнейшей их технической характеристикой является порог обнаружения (иногда его называют порогом чувствительности). Чем меньше порог обнаружения, тем более слабое проявление свойства регистрируется индикатором. Современные индикаторы обладают очень низкими порогами обнаружения, лежащими на уровне фоновых помех и собственных шумов аппаратуры. Последние имеют тепловую природу, поэтому для их снижения чувствительные элементы и электронные узлы особо чувствительных индикаторов охлаждают до температуры, близкой к абсолютному нулю. Селекцию (выделение) сигналов на фоне помех осуществляют с помощью специальных фильтров и накопителей. За счет этих и некоторых других мер порог чувствительности радиотелескопов, например, в сантиметровом диапазоне радиоволн доведен до 10-18 Вт.

Индикаторы являются средствами измерений по шкале порядка. Для измерения по шкале отношений необходимо сравнить неизвестный размер с известным и выразить первый через второй в кратном или дольном отношении. Если физическая величина известного размера есть в наличии, то она непосредственно используется для сравнения. Так, длину измеряют линейкой, плоский угол — транспортиром, массу с помощью гирь и весов, электрическое сопротивление — с помощью магазина сопротивлений. 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. Так измеряют: силу электрического тока — амперметром, электрическое напряжение — вольтметром, скорость — спидометром, давление — манометром, термодинамическую температуру — термометром и т. д. При этом предполагается, что соотношение между откликами такое же, как и между сравниваемыми размерами. Для облегчения сравнения отклик на известное воздействие еще на стадии изготовления прибора фиксируют на шкале отсчетного устройства в выбранных единицах измерений, после чего разбивают шкалу на деления в кратном и дольном отношении. Эта процедура называется градуировкой. При измерениях она позволяет по положению указателя получать результат сравнения непосредственно на шкале отношений.

Все технические средства, предназначенные для измерений, называются средствами измерений .

Кроме индикаторов к ним относятся вещественные меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы, технические системы и устройства с измерительными функциями, стандартные образцы.

Вещественные меры предназначены для воспроизведения физической величины заданного размера, который характеризуется так называемым номинальным значением. При условии что указывается точность, с которой воспроизводится номинальное значение физической величины, гиря является мерой массы, конденсатор — мерой емкости, кварцевый генератор — мерой частоты электрических колебаний и т. д. Различают однозначные и многозначные меры, а также наборы мер. Например, гиря и измерительный конденсатор постоянной емкости — это однозначные меры, измерительная линейка и конденсатор переменной емкости — многозначные меры, а набор гирь и набор измерительных конденсаторов являются наборами мер. Измерения методом сравнения с мерой выполняют с помощью специальных технических устройств — компараторов. Компараторами служат равноплечие весы, измерительный мост и т. д. Иногда в качестве компаратора выступает человек.

Измерительные преобразователи — это средства измерений, перерабатывающие измерительную информацию в форму, удобную для дальнейшего преобразования, передачи, хранения, обработки, но, как правило, недоступную для непосредственного восприятия наблюдателем. Измерительные преобразователи получили очень широкое распространение. К ним относятся термопары, измерительные усилители, преобразователи давления и многие другие виды измерительных устройств. По месту, занимаемому в измерительной цепи, они делятся на первичные и промежуточные.

Конструктивно преобразователи являются либо отдельными блоками, либо составными частями средств измерений. Если преобразователи не входят в измерительную цепь, то они не относятся к измерительным. Таковы, например, операционный усилитель, делитель напряжения в цепи электропитания, силовой трансформатор и т. п.

Измерительный прибор представляет собой совокупность измерительных преобразователей, образующих измерительную цепь, и отсчетного устройства. В отличие от вещественной меры, прибор не воспроизводит известное значение физической величины. Измеряемая величина должна подводиться к нему и воздействовать на его первичный измерительный преобразователь.

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. Область науки и техники, включающая вопросы получения измерительной информации и передачи ее по каналам связи, называется телеметрией. И в установках, и в системах измерительная информация может быть представлена в форме, удобной как для непосредственного восприятия, так и для автоматической обработки, передачи и использования в автоматизированных системах управления. Технические системы и устройства с измерительными функциями наряду с их основными функциями, не имеющими отношения к измерениям, выполняют еще и измерительные функции.

В.Я. Володарский

Казалось бы, праздный вопрос, ответ на который знает любой обыватель: рулетка, весы - безмен и т.п. А уж специалисты - метрологи вообще удивятся даже постановке этого вопроса. А так ли прост ответ?

Что такое вольтметр, радиовысотомер, радиолокатор, газоанализатор и манометр? Что общего и в чем разница?

Можно попытаться найти ответ на этот "непраздный" вопрос в Законе РФ "Об обеспечении единства измерений" [I], государственных документах высшего ранга (государственных стандартах) , подзаконных документах , международных словарях [б], научных трудах. Но ответа нет. А ведь в отношении средств измерений (СИ) действует ряд нормативных документов, регламентирующих специфику их разработки, испытаний, выпуска, применения, содержания и т.п. Например, упомянутый выше Закон Российской Федерации.

В Законе сказано (ст. I): "Средство измерений - техническое устройство, предназначенное для измерений". Понимая нечеткость такого определения (под это определение с равной правотой подпадают государственные эталоны и шкафы, в которых они размещены), авторы Закона оговаривают уточнение, поэтому в ст. 8 этого Закона сказано:

"I. Средства измерений используются для определения величин, единицы которых допущены в установленном порядке к применению в Российской Федерации, и должны соответствовать условиям эксплуатации и установленным (ГДЕ? КАКИМ?) требованиям.

2. Решения об отнесении технического устройства к средствам измерений и об установлении интервалов между поверками принимает Госстандарт России".

В отношении к этим техническим устройствам Закон определяет государственную политику: в ст. 13 "Сферы распространения государственного метрологического контроля и надзора" оговорено, что государственный надзор распространяется и на "обеспечение обороны страны". В ст. 14 Закона "Утверждение типа средств измерений" оговорено, что решение об утверждении типа принимается Госстандартом России, утвержденный тип средств измерений вносится в Государственный реестр средств измерений, который ведет Госстандарт России.

Первый вывод: под средствами измерений понимаются только такие технические устройства, которые внесены в Госреестр и подлежат периодической поверке (калибровке).

Аналогичное положение имеет место и в военных нормативных документах :

"3.2. Средство измерений военного назначения - средство измерений, разработанное и (или) применяемое в установленном порядке для измерений в сфере обороны.

Примечания:

1. К средствам измерений военного назначения относятся эталоны, меры, измерительные приборы и преобразователи (датчики) величин, измерительные установки, измерительные системы и комплексы, подвижные лаборатории и комплексы измерительной техники, а также другие технические устройства, отнесенные установленным порядком к средствам измерений военного назначения.

2. Для отнесения технического устройства к средствам измерений военного назначения необходимо одновременное выполнение следующих условий:

Техническое устройство должно быть предназначено для измерений (воспроизведения и (или) передачи размеров единиц) величин и иметь нормированные метрологические характеристики;

Техническое устройство должно быть предназначено для применения (применяться) в сфере обороны.

Опять вопрос: радиовысотомер и шинный манометр для КРАЗа. на котором смонтирован радиолокатор. Являются ли эти технические устройства средствами измерений?

3. Отнесение технических устройств к средствам измерений военного назначения осуществляет заказчик совместно с разработчиком. Правильность отнесения технических устройств к средствам измерений контролируют соответствующие метрологические службы при проведении установленным порядком метрологического контроля (надзора) и метрологической экспертизы.

В случае разногласий заключение об отнесении технических устройств к средствам измерений дает орган управления Метрологической службы Вооруженных Сил Российской Федерации по представлению 32 ГНИИИ Министерства обороны Российской Федерации. Окончательное решение принимает Комитет Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации (государственные научные метрологические центры по специализации) по представлению органа управления Метрологической службы Вооруженных Сил Российской Федерации.

4. Тактико-технические задания (технические задания) на разработку и модернизацию средств измерений военного назначения, предназначенных для применения в Вооруженных Силах и других войсках Российской Федерации, подлежат обязательному согласованию с 32 ГНИИИ Министерства обороны Российской Федерации. При этом, если средства измерений военного назначения предназначены для ограниченного применения в одном или нескольких видах (родах войск) Вооруженных Сил, то тактико-технические задания (технические задания) на их разработку дополнительно согласовываются с метрологическими службами соответствующих видов (родов войск) Вооруженных Сил.

Тактико-технические задания на разработку и модернизацию эталонов подлежат обязательному согласованию с государственными научными метрологическими центрами по специализации".

Несмотря на то, что примечание к п. 3.2. в десятки раз больше текста, ясности по-прежнему нет.

Итак, тот же вопрос: являются ли радиовысотомеры и радиолокаторы средствами измерений, и распространяются ли на них Закон России и военные стандарты, а если нет, то - почему? Согласно Закону России, так как эти технические средства не внесены в Госреестр и не подлежат поверке, то они не являются средствами измерений, т.е. не имеют нормированных метрологических характеристик и не производят сравнения высоты и дальности с принятыми единицами длины. Аналогично эти технические устройства не подпадают под прямую трактовку военных стандартов . А манометр и вольтметр могут быть и просто "средствами измерений" и даже "средствами измерения военного назначения"!

Но такая трактовка этого термина вряд ли правомерна.

В нашей стране и мире имеются словари и терминологические специализированные документы по метрологии - науке о точности, где приведены определения этого распространенного термина.

Так, в Международном словаре сказано:

"4.1. Средство измерений - устройство, предназначенное для выполнения измерений самостоятельно или вместе с дополнительным устройством".

В основополагающем отечественном терминологическом стандарте этот термин определен так: "6.2. Средство измерений - техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящие и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. Примечания. 1. Приведенное определение вскрывает суть средства измерений, заключающуюся, во-первых, в "умении" хранить (или воспроизводить) единицу физической величины; во-вторых, в неизменности размера хранимой единицы. Эти важнейшие факторы и обусловливают возможность выполнения измерения (сопоставление с единицей), т.е. "делают" техническое средство средством измерений. Если размер единицы в процессе измерений изменяется более чем установлено нормами, таким средством нельзя получить результат с требуемой точностью. Это означает, что измерять можно лишь тогда, когда техническое средство, предназначенное для этой цели, может хранить единицу, достаточно неизменную по размеру (во времени). 2. При оценивании величин по условным шкалам, шкалы выступают как бы "средством измерений" этих величин".

В "Словаре-справочнике" , уточняющем многие термины, этот термин имеет другое определение и пояснения к нему:

"5.1. Средство измерений - техническое средство (или их комплекс), предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. Примечания:!. Приведенное определение вскрывает метрологическую суть средства измерений, заключающуюся: во-первых, - в "умении" хранить (или воспроизводить) единицу физической величины; во-вторых - в неизменности размера хранимой единицы. Эти важнейшие факторы и обусловливают возможность выполнения измерения (сопоставления с единицей), т.е. "делают" техническое средство средством измерений.".

В проекте "Руководства по метрологическому обеспечению Вооруженных Сил Российской Федерации" (1998 г.) приведено достаточно корректное определение: "средство измерений - средство измерений военного назначения - разработанное и (или) применяемое в установленном порядке для измерений в Вооруженных Силах Российской Федерации. Средства измерений при решении задач обеспечения единства измерений делятся на военные эталоны, рабочие эталоны и рабочие средства измерений".

Можно процитировать еще ряд терминологических документов, но вопроса, поставленного в заголовке, не возникнет, если не обращаться к важнейшим документам . Характерным для всех процитированных терминологических документов, по нашему мнению, является тот факт, что в них рассматриваются технические устройства с точки зрения основного применения - для всех этих технических устройств основной целью применения является передача размера узаконенных единиц измерений, о чем отмечено во всех терминах.

Вероятнее всего, неблагополучное положение дел с этим термином обусловлено ошибочной попыткой в новых основополагающих документах решить одновременно две задачи: дать определение понятию, с одной стороны, и, с другой стороны, - одновременно установить формы метрологического обеспечения (обслуживания) различных по назначению технических устройств, являющихся по своей природе "средствами измерений физических величин". Возможно, задачу следует разделить и решать по отдельности эти проблемы: определение и формы обслуживания.

Так, в качестве определения может быть предложено такое:

"Под средствами измерений (СИ)1 понимаются технические устройства, целью применения которых является воспроизведение и (или) измерение физических величин в установленных единицах с гарантированными метрологическими характеристиками"2.

В ВВС, равно как и в других видах Вооруженных Сил и сферах гражданского применения той или иной техники, широко распространены технические объекты, являющиеся по своему принципу действия средствами измерений: радиовысотомеры, курсовые и глиссадные системы посадки, радиолокационные станции и т.п.

Принципиальное отличие их от рассматриваемых в настоящем документе средств измерений заключается в конечной цели применения : для СИ конечной целью применения является передача значения узаконенных единиц измерений, например, для оценки технического состояния тех или иных объектов техники, иными словами конечной целью применения СИ является определение (количественная оценка) физических величин - напряжения, давления, длины и т.п.

Для технических объектов, которые по своему принципу действия также являются средствами измерения, передача или воспроизведение единиц физических величин не являются конечными целями, а служат средством для достижения иных - конкретных целей: для радиовысотомера, курсовых и глиссадных систем -обеспечение навигационных задач; для радиолокационной станции - обнаружение и поражение целей и т.д.

Формы контроля метрологических характеристик средств измерений (формы метрологического обслуживания средств измерений) зависят от целей и сфер применения данного технического объекта и определяются соответствующими государственными или военными нормативными документами. Такими формами контроля могут быть, например, поверка, калибровка, контроль параметров в процессе технического обслуживания и т.п.

Предлагаемое определение, во-первых, соотносится со ст. 8 упомянутого Закона: "Средства измерений используются для определения величин, единицы которых допущены в установленном порядке к применению в Российской Федерации..." и не противоречит военным стандартам.

Во вторых, этот термин относится как к эталонам единиц, так и к стандартным образцам, измерительным преобразователям, измерительным усилителям, автоматизированным системам контроля и другим подобным СИ.

В третьих, под этот термин нельзя подвести испытательную камеру или шкафы для размещения эталонов, а также прочие "технические устройства, предназначенные для измерений".

И, наконец, такое определение освободит Госстандарт России и орган управления Метрологической службы Вооруженных Сил Российской Федерации каждый раз принимать решение о целесообразности "отнесения технических устройств к средствам измерений".

Естественно, определение этого термина может быть и иным, но оставлять существующее в вряд ли целесообразно.

Синонимы: специальные средства измерений ВВС - ССИ, контрольно-поверочная аппаратура - КПА, средство измерений военного назначения - СИВН, специальное войсковое средство измерений - СВСИ, автоматизированные системы контроля - АСК.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Закон Российской федерации "Об обеспечении единства измерений".

2. РМГ 29-99. ГСИ. "Метрология. Основные термины и определения".

3. ГОСТ Р В 8.560-95. ГСИ. "Средства измерений военного назначения. Испытания и утверждение типа".

4. Методический материал по организации и порядку проведения испытаний и утверждению типа средств измерений военного назначения. (Требования ГОСТ РВ 8.560-95)

5. Основные термины в области метрологии. Словарь-справочник под ред. Ю.В. Тарбеева. -М.: Изд. стандартов, 1989.

6. International Vocabulary of Basic and General Terms in Metrology. ISO, 1993.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ПЕНЗЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра: Автоматизация и Управления

Контрольная работа по дисциплине

«Технические измерения и приборы»

Выполнил: студент гр. 05А1з: Сысоев М.А.

Проверил: Шакурский А.В.

Пенза 2009 г.

1 Понятие и классификация средств измерений

1.1 Метрологические характеристики СИ

1.2 Использование СИ

1.3 Нормирование погрешностей СИ

1.4 Класс точности СИ и его обозначение

1.5 Эталоны и их использование

2. Вихретоковые преобразователи

3. Си геометрических и механических величин

3.1 Единицы Си геометрических величин

3.2 Единицы Си механических величин

Список литературы

1 Понятие и классификация средств измерений

Средство измерений (СИ) – техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее или хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменной в течение известного интервала времени.

Приведенное определение выражает суть средства измерений, которое, во-первых, хранит или воспроизводит единицу, во-вторых, эта единица неизменна. Эти важнейшие факторы и обуславливают возможность проведения измерений, т.е. делают техническое средство именно средством измерений. Этим средства измерений отличаются от других технических устройств. К средствам измерений относятся меры, измерительные: преобразователи, приборы, установки и системы.

Мера физической величины – средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью. Примеры мер: гири, измерительные резисторы, концевые меры длины, радионуклидные источники и др. Меры, воспроизводящие физические величины лишь одного размера, называются однозначными (гиря), нескольких размеров – многозначные (миллиметровая линейка – позволяет выражать длину как в мм, так и в см). Кроме того, существуют наборы и магазины мер, например, магазин емкостей или индуктивностей. При измерениях с использованием мер сравнивают измеряемые величины с известными величинами, воспроизво-димыми мерами. Сравнение осуществляется разными путями, наиболее распространенным средством сравнения является компаратор , предназначенный для сличения мер однородных величин. Примером компаратора являются рычажные весы. К мерам относятся стандартные образцы и образцовое вещество , которые представляют собой специально оформленные тела или пробы вещества определенного и строго регламентированного содержания, одно из свойств которых является величиной с известным значением. Например, образцы твердости, шероховатости.

Измерительный преобразователь (ИП) - техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, индикации или передачи. Измерительная информация на выходе ИП, как правило, недоступна для непосредственного восприятия наблюдателем. Хотя ИП являются конструктивно обособленными элементами, они чаще всего входят в качестве составных частей в более сложные измерительные приборы или установки и самостоятельного значения при проведении измерений не имеют.

Преобразуемая величина, поступающая на измерительный преобразователь, называется входной , а результат преобразования – выходной величиной. Соотношение между ними задается функцией преобразования , которая является его основной метрологической характеристикой. Для непосредственного воспроизведения измеряемой величины служат первичные преобразователи , на которые непосредственно воздействует измеряемая величина и в которых происходит трансформация измеряемой величины для ее дальнейшего преобразования или индикации. Примером первичного преобразователя является термопара в цепи термоэлектрического термометра. Одним из видов первичного преобразователя является датчик – конструктивно обособленный первичный преобразователь, от которого поступают измерительные сигналы (он «дает» информацию). Датчик может быть вынесен на значительное расстояние от средства измерений, принимающего его сигналы. Например, датчик метеорологического зонда. В области измерений ионизирующих излучений датчиком часто называют детектор.

По характеру преобразования ИП могут быть аналоговыми, аналого-цифровыми (АЦП), цифро-аналоговыми (ЦАП) , то есть, преобразующими цифровой сигнал в аналоговый или наоборот. При аналоговой форме представления сигнал может принимать непрерывное множество значений, то есть, он является непрерывной функцией измеряемой величины. В цифровой (дискретной) форме он представляется в виде цифровых групп или чисел. Приме-рами ИП являются измерительный трансформатор тока, термометры сопротивлений.

Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Измерительный прибор представляет измерительную информацию в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

По способу индикации различают показывающие и регистрирующие приборы . Регистрация может осуществляться в виде непрерывной записи измеряемой величины или путем печатания показаний прибора в цифровой форме.

Приборы прямого действия отображают измеряемую величину на показывающем устройстве, имеющем градуировку в единицах этой величины. Например, амперметры, термометры.

Приборы сравнения предназначены для сравнения измеряемых величин с величинами, значения которых известны. Такие приборы используются для измерений с большей точностью.

По действию измерительные приборы разделяют на интегрирующие и суммирующие, аналоговые и цифровые, самопишущие и печатающие .
Измерительная установка и система – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов и других устройств, предназначенных для измерений одной или нескольких величин и расположенная в одном месте (установка ) или в разных местах объекта измерений (система ). Измерительные системы, как правило, являются автоматизированными и по существу они обеспечивают автоматизацию процессов измерения, обработки и представления результатов измерений. Примером измерительных систем являются автоматизированные системы радиационного контроля (АСРК) на различных ядерно-физических установках, таких, например, как ядерные реакторы или ускорители заряженных частиц.

По метрологическому назначению средства измерений делятся на рабочие и эталоны.

Рабочее СИ - средство измерений, предназначенное для измерений, не связанное с передачей размера единицы другим средствам измерений. Рабочее средство измерений может использоваться и в качестве индикатора. Индикатор – техническое средство или вещество, предназначенное для установления наличия какой-либо физической величины или превышения уровня ее порогового значения. Индикатор не имеет нормированных метрологических характеристик. Примерами индикаторов являются осциллограф, лакмусовая бумага и т.д.

Эталон - средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера другим средствам измерений. Среди них можно выделить рабочие эталоны разных разрядов, которые ранее назывались образцовыми средствами измерений .

Классификация средств измерений проводится и по другим различным признакам. Например, по видам измеряемых величин , по виду шкалы (с равномерной или неравномерной шкалой), по связи с объектом измерения (контактные или бесконтактные).

1.1 Метрологические характеристики СИ

Оценка пригодности средств измерений для решения тех или иных измерительных задач проводится путем рассмотрения их метрологических характеристик .

Метрологическая характеристика (МХ) – характеристика одного из свойств средства измерений, влияющая на результат измерений и его погрешность. Метрологические характеристики позволяют судить об их пригодности для измерений в известном диапазоне с известной точностью. Метрологические характеристики, устанавливаемые нормативными документами на средства измерений, называют нормируемыми метрологическими характеристиками, а определяемые экспериментально – действительными .

Для каждого типа СИ устанавливаются свои метрологические характеристики. Ниже рассматриваются наиболее распространенные на практике метрологические характеристики.

Диапазон измерений СИ – область значений величины, в пределах которой нормированы его допускаемые пределы погрешности. Для мер это их номинальное значение, для преобразователей - диапазон преобразования. Различают нижний и верхний пределы измерений , которые выражаются значениями величины, ограничивающими диапазон измерений снизу и сверху.

Погрешность СИ - разность между показанием средства измерений – Хп и истинным (действительным) значением измеряемой величины – Хд .

Существует распространенная классификация погрешностей средств измерений. Ниже приводятся примеры их наиболее часто используемых видов.

Абсолютная погрешность СИ – погрешность средства измерений, выраженная в единицах измеряемой величины: ∆Х = Хп – Хд . Абсолютная погрешность удобна для практического применения, т.к. дает значение погрешности в единицах измеряемой величины. Но при ее использовании трудно сравнивать по точности приборы с разными диапазонами измерений. Эта проблема снимается при использовании относительных погрешностей.