Тема 1.5. Измерения и средства измерений

Первая аксиома метрологии:

Контроль –

Испытание

Диагностирование системы –

Для проведения измерений с целью контроля, диагностирования или испытания ТС необходимо осуществлять мероприятия, определяющие так называемое проектирование измерений:

При прямых измерениях

Уравнение прямого измерения:

Например, длину измеряют непосредственно линейкой, температуру – термометром, силу – динамометром.

При косвенных измерениях

Уравнение косвенного измерения

Например, объем параллелепипеда находят путем умножения трех линейных величии (длины, ширины и высоты); электрическое сопротивление – путем деления падения напряжения на величину силы электрического тока.

Совокупные измерения осуществляются.

Например, при определении взаимоиндуктивности катушки М используют два метода: сложения и вычитания полей. Если индуктивность одной из них L₁ а другой – L₂ то находят L₀₁= L₁ + L₂ + 2M и L_0l = L₁ + L₂ – 2M. Откуда М = (L₀₁ – L₀₂) / 4.

Совместными называют

Например, измерение сопротивления R_t, проводника при фиксированной температуре t по формуле

R_t = R₀ (1 + t) ,

где R₀, и  – сопротивление при известной температуре t₀ (обычно 20С) и температурный коэффициент – величины постоянные, измеренные косвенным методом; t = t – t₀ – разность температур; t – заданное значение температуры, измеряемое прямым методом.

При измерении с помощью метод дополнения

Дифференциальный метод характеризуется

Метод позволяет

Например, необходимо измерить длину x стержня, если известна длина l (l<х) меры. При этом х = l + а (а – измеряемая величина).

Действительные значения а_д будут отличаться от измеренного а на величину погрешности :

Тогда

Поскольку la, то

Нулевой метод аналогичен дифференциальному, но

Преимущество:

В общем случае

Например, неравноплечие весы (схема слева), где Р₁l₁₌Р₂l₂. В электротехнике – это мосты для измерения индуктивности, емкости, сопротивления (схема справа). Здесь r₁r₂=r_xr₃ откуда r_x=r₁r₂/r₃.

Метод замещения –

Например, взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов.

Нестандартизованные методы измерений

метод противопоставления,

метод совпадений,

Например, измерения массы на равноплечих весах с помещением измеряемой массы и уравновешивающих ее гирь на двух чашках весов;

Например, при измерении длины штангенциркулем наблюдают совпадение отметок на шкалах штангенциркуля и нониуса; при измерении частоты вращения стробоскопом – метки на вращающемся объекте с момента вспышек известной частоты.

Средства измерений классифицируют:

мера физической величины —

По техническому назначению

измерительный прибор —

измерительный преобразователь —

измерительная установка (измерительная машина) —

измерительная система —

измерительно-вычислительный комплекс —

По степени автоматизации

По стандартизации

По положению в поверочной схеме

По значимости измеряемой физической величины

основные

вспомогательные

Метрологическими характеристиками (ГОСТ 8.009-84) называются

Характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называются нормируемыми, а определяемые экспериментально — действительными.

Номенклатура метрологических характеристик:

Средства измерений по их месту в поверочной схеме классифицируют на (РМГ 29-99):

Первичный эталон –

Вторичный эталон –

Рабочий эталон –

Рабочее средство измерения –

Мера

Однозначная –

Например, гиря, конденсатор постоянной емкости

Многозначная –

Например, линейка с миллиметровыми делениями

Набор мер –

Например, магазин сопротивлений, набор гирь.

Измерительные приборы

По назначению

Например, приборы для измерения (контроля) параметров коленчатого вала, параметров зубчатых колес, диаметров глубоких отверстий.

Например, калибры.

По степени автоматизации

По конструктивному устройству

Измерительный преобразователь – техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, индикации или передачи, но непосредственно не воспринимаемый оператором.

Хотя измерительный преобразователь является конструктивно обособленным элементом, он чаще всего входит в качестве составной части в более сложный измерительный прибор или установку и самостоятельного значения при проведении измерений не имеет.

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.

По характеру преобразования

По месту в измерительной цепи

По принципу действия