Виды средств измерений. Метрологические характеристики средств измерений. Классы точности средств измерений.
Средство измерений(си) - это техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики. От средств измерений непосредственно зависит правильное определение значения измеряемой величины в процессе измерения. В число средств измерений входят меры, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы и измерительные преобразователи; к ним относятся также измерительные принадлежности, которые, однако, не могут применяться самостоятельно, а служат для расширения диапазонов измерений, повышения точности измерений, передачи результатов измерений на расстояние и обеспечения техники безопасности в процессе измерения.
Мера - средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера.
Измерительный прибор предназначен для получения измерительной информации от измеряемой физической величины, ее преобразования и выдачи в форме, поддающейся непосредственному восприятию оператором.
Измерительный преобразователь - техническое средство с нормированными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи.
Измерительная установка — 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.
К средствам измерений не следует относить устройства, служащие для создания заданных условий измерений (различные регулирующие устройства, реостаты, термостаты и т. д.).
По метрологическим функциям средства измерений подразделяются на эталоны и рабочие средства измерений.
Эталон единицы физической величины – средство измерений (или комплекс средств измерений), предназначенное для воспроизведения, и (или) хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.
Для оценки пригодности си к измерениям в известном диапазоне с известной точностью вводят метрологические характеристики си с целью: обеспечения возможности установления точности измерений; достижения взаимозаменяемости си, сравнения си между собой и выбора нужных си по точности и другим характеристикам; определения погрешностей измерительных систем и установок на основе метрологических характеристик входящих в них си; оценки технического состояния си при поверке.
Нормальные метрологические характеристики устанавливаются документами. На практике наиболее распространены следующие метрологические характеристики си.
Диапазон измерений - область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые пределы погрешности си (для преобразователей - это диапазон преобразования).
Предел измерения ~ наибольшее или наименьшее значение диапазона измерения. Для мер - это номинальное значение воспроизводимой величины.
Цена деления шкалы - разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Приборы с равномерной шкалой имеют постоянную цену деления, а с неравномерной — переменную. В этом случае нормируется минимальная цена деления.
Чувствительность - отношение изменения сигнала Δу на выходе си к вызвавшему это изменение изменению на входе сигнала Δх на входе
S=Δy / Δх.
Чувствительность нельзя отожествлять с порогом чувствительности — наименьшим значением измеряемой величины, вызывающем заметное изменение показаний прибора. Величину обратную чувствительности называют постоянной прибора C=l/S.
Вариация (гистерезис) - разность между показаниями си в данной точке диапазона измерения при возрастании и убывании измеряемой величины и неизменных внешних условиях.
Основная метрологическая характеристика си - погрешность си -есть разность между показаниями си и истинным (действительным) значением физической величины.
Все погрешности си в зависимости от внешних условий делятся на основные и дополнительные.
Основная погрешность - это погрешность СИ при нормальных условиях эксплуатации. Как правило, за нормальные условия эксплуатации принимаются: температура (293±5) К или (20±5)°С, относительная влажность воздуха (65±15)% при 20°С, напряжение питания 220 В±10% с частотой 50 Гц±1%, атмосферное давление от 97,4 до 104 кПа, отсутствие электрических и магнитных полей.
В рабочих условиях, зачастую отличающихся от нормальных более широким диапазоном влияющих величин, при необходимости нормируется дополнительная погрешность си.
Учет всех нормируемых метрологических характеристик средства измерений сложная и трудоемкая процедура, оправданная при измерениях повышенной точности. При измерениях на производстве такая точность не всегда нужна. В то же время, определенная информация о возможной инструментальной составляющей погрешности измерения необходима. Такая информация дается указанием класса точности средства измерений.
Под классом точности понимают обобщенную характеристику точности средства измерений данного типа. При этом пределы допускаемых погрешностей нормируют и выражают в форме абсолютных, приведенных или относительных погрешностей, в зависимости от характера изменения погрешностей в пределах диапазона измерений.
Классы точности средств измерений, выраженные через абсолютные погрешности, обозначают прописными буквами латинского алфавита или римским цифрами. При этом чем дальше буква от начала алфавита, тем больше значение допускаемой абсолютной погрешности.
Класс точности через относительную погрешность средства измерений (СИ) назначается двумя способами.
1 Если погрешность СИ имеет в основном мультипликативную составляющую, то пределы допускаемой основной относительной погрешности устанавливают по формуле:
.
2 Если СИ имеют как мультипликативную, так и аддитивную составляющие, то класс точности обозначается двумя цифрами (например, 0,02/0,01), соответствующими значениям c и d формулы:
,
где хк – предел измерений.
Наиболее широкое распространение получило нормирование класса точности по приведенной погрешности:
.
Условное обозначение класса точности в этом случае зависит от нормирующего значения хN, т. е. от шкалы СИ.
К
1,5
лассы точности СИ обозначаются условными знаками (буквами, цифрами). Для СИ, пределы допускаемой основной погрешности, которых выражают в форме приведенной или относительной погрешности, классы точности обозначаются числами, равными этим пределам в процентах. Чтобы отличить относительную погрешность от приведенной, обозначение класса точности в виде относительной погрешности обводят кружком (например, )