1.3. Средства измерения

Средства измерения подразделяют на следующие виды, приведённые ниже.

По техническому назначению:

Мерами – называют тела, вещества и устройства, предназначенные для конкретного воспроизведения единицы измерения или определённого, заранее установленного размера.

Контрольно-измерительные приборы – это устройства, которые служат для прямого или косвенного сравнения измеряемой величины и мерой.

Измерительные приспособления обеспечивают сравнение измеряемой величины с контрольной.

Далее приводятся другие средства измерения, которые в учебном процессе мы не будем затрагивать.

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:

• автоматические;

• автоматизированные;

• ручные.

По стандартизации средств измерений:

• стандартизированные;

• нестандартизированные.

По положению в поверочной схеме:

• эталоны (образцы);

• рабочие средства измерений.

Поверка средств измерения. В основе обеспечения единообразия средств измерений лежит система передачи размера единицы измеряемой величины. Технической формой надзора за единообразием средств измерений является государственная (ведомственная) поверка средств измерений, устанавливающая их метрологическую исправность. Поверка - определение метрологическим органом погрешностей средства измерений и установление его пригодности к применению. Пригодным к применению в течение определенного межповерочного интервала времени признают те СИ, поверка которых подтверждает их соответствие метрологическим и техническим требованиям к данному СИ. Средства измерений подвергают первичной, периодической, внеочередной, инспекционной и экспертной поверкам. Первичной поверке подвергаются СИ при выпуске из производства или ремонта, а также СИ, поступающие по импорту. Периодической поверке подлежат СИ, находящиеся в эксплуатации или на хранении через определенные межповерочные интервалы, установленные с расчетом обеспечения пригодности к применению СИ на период между поверками. Инспекционную поверку производят для выявления пригодности к применению СИ при осуществлении госнадзора и ведомственного метрологического контроля за состоянием и применением СИ. Экспертную поверку выполняют при возникновении спорных вопросов по метрологическим характеристикам (MX), исправности СИ и пригодности их к применению. Достоверная передача размера единиц во всех звеньях метрологической цепи от эталонов или от исходного образцового средства измерений к рабочим средствам измерений производится в определенном порядке, приведенном в поверочных схемах. Поверочная схема – это утвержденный в установленном порядке документ, регламентирующий средства, методы и точность передачи размера единицы физической величины от государственного эталона или исходного образцового средства измерений рабочим средствам.

Погрешность измерения — отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Погрешность средства измерения — разность между показанием средства измерений и истинным значением измеряемой физической величины. Точность средства измерений — характеристика качества средства измерений, отражающая близость его погрешности к нулю.

В технике применяют приборы для измерения лишь с определенной заранее заданной точностью – основной погрешностью, допускаемой нормали в нормальных условиях эксплуатации для данного прибора. Если прибор работает в условиях, отличных от нормальных, то возникает дополнительная погрешность, увеличивающая общую погрешность прибора. К дополнительным погрешностям относятся: температурная, вызванная отклонением температуры окружающей среды от нормальной, установочная, обусловленная отклонением положения прибора от нормального рабочего положения, и т.п. За нормальную температуру окружающего воздуха принимают 20°С, за нормальное атмосферное давление 101,325 кПа. Обобщенной характеристикой средств измерения является класс точности, определяемый предельными значениями допускаемых основной и дополнительной погрешностей, а также другими параметрами, влияющими на точность средств измерения; значение параметров установлено стандартами на отдельные виды средств измерений. Класс точности средств измерений характеризует их точностные свойства, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этих средств, так как точность зависит также от метода измерений и условий их выполнения. Измерительным приборам, пределы допускаемой основной погрешности которых заданы в виде приведенных основных (относительных) погрешностей, присваивают классы точности, выбираемые из ряда следующих чисел: (1; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0)*10^n , где показатель степени n = 1; 0; -1; -2 и т.д.

Случайная погрешность — погрешность, меняющаяся (по величине и по знаку) от измерения к измерению. Случайные погрешности могут быть связаны с несовершенством приборов (трение в механических приборах и т.п.), тряской в городских условиях, с несовершенством объекта измерений (например, при измерении диаметра тонкой проволоки, которая может иметь не совсем круглое сечение в результате несовершенства процесса изготовления), с особенностями самой измеряемой величины (например при измерении количества элементарных частиц, проходящих в минуту через счётчик Гейгера).

Систематическая погрешность — погрешность, изменяющаяся во времени по определенному закону (частным случаем является постоянная погрешность, не изменяющаяся с течением времени). Систематические погрешности могут быть связаны с ошибками приборов (неправильная шкала, калибровка и т.п.), неучтёнными экспериментатором.

Прогрессирующая (дрейфовая) погрешность — непредсказуемая погрешность, медленно меняющаяся во времени. Она представляет собой нестационарный случайный процесс.

Грубая погрешность (промах) — погрешность, возникшая вследствие недосмотра экспериментатора или неисправности аппаратуры (например, если экспериментатор неправильно прочёл номер деления на шкале прибора, если произошло замыкание в электрической цепи).

Погрешности можно классифицировать по причине выявления:

• Инструментальные / приборные погрешности - погрешности, которые определяются погрешностями применяемых средств измерений и вызываются несовершенством принципа действия, неточностью градуировки шкалы, ненаглядностью прибора.

• Методические погрешности - погрешности, обусловленные несовершенством метода, а также упрощениями, положенными в основу методики.

• Субъективные / операторные / личные погрешности - погрешности, обусловленные степенью внимательности, сосредоточенности, подготовленности и другими качествами оператора.

Сходимость – это степень близости друг к другу результатов параллельных единичных измерений, выполненных в одинаковых условиях одним и тем же человеком, в один день при использовании одних и тех же материалов и аппаратуры.

Воспроизводимость – это степень близости друг к другу результатов единичных измерений, выполненные в различных условиях (разными людьми или на различных приборах, в разные дни и т.д.). Воспроизводимость в 1,5 – 2 раза ниже сходимости.

Правильность характеризует близость результатов анализа к истинному содержанию компонента в образце. Правильность обусловлена наличием и значением систематических погрешностей.

Точность отражает близость к нулю погрешностей всех видов.

Чувствительность отражает способность метода обнаружить разницу между близкими концентрациями (количествами) определяемого вещества. Если определение концентрации производится по градуировочной кривой, построенной по стандартным образцам, то чувствительность равна тангенсу угла наклона кривой данной концентрации. Если градуировочный график прямолинеен, то чувствительность метода определяется отношением х/с , где х – разность аналитических сигналов; с – соответствующая им разность концентрации.

Предел обнаружения характеризуется наименьшим содержанием определяемого вещества в соответствии с данной с данной доверительной вероятностью. Различают абсолютный предел обнаружения, где наименьшее количество вещества, которое может быть обнаружено данным методом. Он выражается в единицах массы – граммах, миллиграммах, микрограммах и т.п. И имеется относительный предел обнаружения – это обнаружение данным методом концентрация, выражается в %, мг/мл, мкг/мл и т.д.