13.4. Средства измерений

Средства технических измерений подразделяются на три основные группы: меры, калибры, универсальные средства измерения (измерительные приборы, контрольно-измерительные приборы (КИП) и сис­темы).

Мера представляет собой средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Сюда относятся плоскопараллельные меры длины (плитки) и угловые меры.

Калибры представляют собой устройства, предназначенные для контроля и нахождения в заданных границах размеров, взаимного рас­положения поверхностей и формы деталей. К ним относятся, напри­мер, гладкие предельные калибры (скобы и пробки), резьбовые калиб­ры (резьбовые кольца или скобы, резьбовые пробки) и т.п.

Измерительный прибор - устройство, вырабатывающее сигнал измерительной информации в форме, доступной для непосред­ственного восприятия наблюдателем.

Измерительной системой называется совокупность средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразо­вателей) и вспомогательных устройств, соединенных между собой ка­налами связи. Она (система) предназначена для выработки сигналов измери­тельной информации в форме, удобной для автоматизированной об­работки, передачи или использования в автоматических системах уп­равления.

Универсальные средства измерения предназначены для определе­ния действительных размеров. Этим они и отличаются от калибров, позволяющих убедиться лишь в том, что размер лежит в заданных пределах. Любое универсальное измерительное средство характеризу­ется назначением, принципом действия, т. е. физическим принципом, положенным в основу его построения, особенностями конструкции и метрологическими характеристиками.

К основным метрологическим характеристикам универсальных средств измерений относятся следующие:

номинальное значение однозначной меры у_н;

цена деления равномерной шкалы измерительного прибора (рис.13.2, C = j): j = x_i+1 - x_i,

где x_i и x_i+1 - значения измеряемой величины, соответствующие двум соседним отметкам шкалы;

пределы шкалы x_нщ и x_кш измерительного прибора, ха­рактеризующие диапазон из­мерений по шкале,

R_ш = x_кш - x_нщ,

причем в некоторых случаях пределы измерения прибора x_нп и x_кп отличаются от преде­лов шкалы, и диапазон изме­рений составляет

R_п = x_кп - x_нп;

Рис. 13.2. Метрологические характеристики средств измерений:

а - цена деления, диапазон измерений и длина (ин­тервал) деления шкалы;

б - передаточное отношение прибора

характеристики: погрешность Δ_ср.изм средства измерения и предел Δ_д допускаемых значений измеряемой вели­чины. Соотношение между Δ_д и j различных приборов лежит в преде­лах Δ_д / j = k_j =1,5 при k_j равном единице, достоверность отсчета по наименьшим делениям шкалы будет минимальной;

длина (интервал) деления шкалы - расстояние между осями двух соседних отметок шкалы;

чувствительность прибора - отношение изменения сигнала на вы­ходе прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины;

при линейных измерениях, как правило, эти две величины выражаются в одинаковых единицах, а поэтому чувствительность прибора соответ­ствует передаточному отношению

u = t_ук / S_ст,

где t_ук - перемещение указателя (стрелки, луча света) или шкалы при неподвижном указателе; S_ст - изменение измеряемой величины (перемещение измерительного стержня контактных приборов).

Главным метрологическим (эксплуатационным) показателем прибора, как и любого средства измерений, является его точность, количественно характеризуемая погрешностью Δ. Рассеивание погрешности измерения зависит от цены деления функциональных шкал измерительных приборов, поделенных на аналоговые и цифровые.

Аналоговые измерительные приборы рассматривают как устройство, отображающее множество возможных значений измеряемых величин x в множестве элементов функциональной шкалы прибора. Значения шкалы j наносятся в виде меток на отрезок дуги или прямой, а результат измерения х_i определяется положением подвижного указателя относительно шкалы. Множество классов эквивалентности измерений определяется соотношениями (j_i - Δj) ≤ х < (j_i + Δj), где Δj равно поло­вине расстояния между соседними метками шкалы х_i и x_{i + 1} (предпола­гается, что шкала равномерная).

При использовании цифровых измерительных приборов результат измерения получается в виде некоторого n - разрядного числа, , которое соответствует измеряемой величине х, заключенной в интер­вале (j_i - 0,5) ≤ х < (j_i + 0,5). Множество возможных значений х разби­вается на 10ⁿ классов эквивалентности, каждый из которых характе­ризуется соответствующим ему образом j_i из множества чисел (0, 1, 2, ..., 10ⁿ).