Глава 3 средства измерений

3.1 Виды средств измерений

Средством измерений называют техническое средство, хранящее или воспроизводящее единицы физических величин и имеющее нормированные метрологические свойства.

Средства измерений классифицируют по функциям, которые они выполняют в процессе измерений, и по месту в системе передачи размера единицы (по метрологическому назначению).

По функциям, которые средства измерений выполняют в процессе измерений, их подразделяют на следующие разновидности: меры (калибраторы); компараторы (устройства сравнения); измерительные преобразователи; измерительные приборы; измерительные установки; измерительные системы и вспомогательные средства измерений (рис.3.1).

Мерой называют средство измерений, предназначенное для воспроизведения (создания, формирования) физической величины одного или нескольких размеров с целью передачи размера этой ФВ к объекту измерений или к другим средствам измерений.

Различают однозначные меры (рис.3.2), наборы однозначных мер и многозначные меры (рис.3.3). Многозначные меры подразделяются на регулируемые и нерегулируемые, на одноканальные (т.е. с одним выходом) и многоканальные (т.е. с многими выходами) (рис.3.4).

К однозначным мерам относятся также образцы и образцовые вещества. Стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов представляют собой специально оформленные тела или пробы вещества определенного и строго регламентированного содержания, одно из свойств которых при определенных условиях является величиной с известным значением. К ним относятся образцы твердости, шероховатости, белой поверхности, а также стандартные образцы, используемые при поверке приборов для определения механических свойств материалов. Образцовые вещества играют большую роль в создании реперных точек при реализации шкал. Например, чистый цинк служит для воспроизведения температуры 419,58 °С, золото — 1064,43 °С.

Р исунок 3.2 – Виды средств измерений

а) б) в)

а) мера индуктивности Р5112; б) мера сопротивления Р4030;

в) нормальный элемент (мера напряжения).

Рисунок 3.2 – Однозначные меры

Рисунок 3.3 – Генератор Г4−301− многозначная мера

Q_ном Q_min…Q_max

a) б)

Управление

Q_min Q_min

Q_max Q_max

в) г)

Управление

а) однозначная мера (одноканальная нерегулируемая мера − ОКНМ); б) одноканальная регулируемая мера (ОКРМ); в) многоканальная нерегулируемая мера (МКНМ); г) многоканальная регулируемая мера (МКРМ); ОУ – отсчетное устройство.

Рисунок 3.4 – Условное обозначение мер

Компаратор (устройство сравнения) – средство измерений, предназначенное для определения соотношения между размерами однородных физических величин (рис.3.5).

ΔQ = Q₁ – Q₂

При ΔQ > 0 Q₁ > Q₂;

при ΔQ < 0 Q₁ < Q₂;

при ΔQ = 0 Q₁ = Q₂.

ΔQ = Q₁ – Q₂

Рисунок 3.5 – Условные обозначения компараторов

Измерительный преобразователь – средство измерений, предназначенное для преобразования одной физической величины в другую, удобную для обработки, хранения, дальнейшего преобразования, индикации и передачи на расстояние.

По месту в измерительной цепи различают первичные (датчики) и промежуточные преобразователи. Например, термопара – преобразователь температуры в электрическое напряжение, терморезистор – преобразователь температуры в электрическое сопротивление.

По характеру преобразования различают аналоговые, аналого – цифровые, цифро – аналоговые, нормирующие и масштабные преобразователи. Примерами масштабных преобразователей являются измерительный усилитель, аттенюатор (рис.3.6).

Рисунок 3.6 – Аттенюатор Д3 − 36 − масштабный преобразователь

Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для выработки измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия человеком. Измерительные приборы подразделяются на аналоговые и цифровые, показывающие и регистрирующие, прямого действия и приборы сравнения.

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных средств измерений (мер, компараторов, преобразователей, приборов), расположенная в одном месте.

Измерительная система – совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных и вспомогательных технических средств, предназначенная для сбора измерительной информации на пространственно разнесенных объектах и ее обработки в целях представления потребителю в требуемом виде, либо для осуществления функций управления, контроля, идентификации.

Вспомогательное средство измерений (измерительная принадлежность) – средство измерений, выполняющее вспомогательную функцию в измерительных установках, системах или схеме измерений. Например, радиочастотный кабель, согласованная нагрузка, ферритовый циркулятор, коаксиально – волноводный переход и т.п.

По метрологическому назначению средства измерений делятся на рабочие средства измерений и эталоны.

Эталон  средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы физической величины и передачи ее размера другим средствам измерений.

Рабочий эталон предназначен для передачи размера единицы рабочим средствам измерений, так как для поверки многочисленных рабочих средств измерений нецелесообразно использовать очень точный и дорогой первичный эталон. Этот термин заменяет применявшийся ранее термин образцовое средство измерений. Рабочие эталоны подразделяют на разряды: 1−й, 2−й, 3−й и т.д.

Рабочее СИ  средство измерений, предназначенное для измерений, не связанных с передачей размера единицы другим средствам измерений.

С точки зрения применения в зависимости от решаемой измерительной задачи и дальнейшего использования результатов измерений средства измерений можно разделить на стандартизованные и нестандартизованные.

Стандартизованное СИ  средство измерений, изготовленное и применяемое в соответствии с требованиями государственного или отраслевого стандарта. Стандартизованные средства измерений обычно подвергают испытаниям и вносят в Государственный реестр.

Нестандартизованное СИ – средства измерений, стандартизация требований к которому признана нецелесообразной. К нестандартизованным обычно относятся узко специализированные средства измерений, изготовленные в единичных экземплярах и не предназначенные для массового производства. Измерительные задачи, решаемые с помощью таких средств измерений, носят ограниченный и локальный характер. Как правило, такие средства измерений используются на одном или нескольких предприятиях для вспомогательных измерений.

Тип средств измерений это совокупность средств измерений одного и того же назначения, основанных на одном и том же принципе действия, имеющих одинаковую конструкцию, изготовленных по одной технической документации и технологии, имеющие одинаковое обозначение (например, вольтметр типа В7−46) и различающиеся лишь заводскими номерами.