Вопрос 15 Понятие о методах и средствах измерений

1. Виды методов измерений

2. Характеристика средств измерений Ъ. Выбор средств измерений

1. Под методом измерений понимают специальный прием или совокупность приемов сравнения изме-ряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений.

По способу получения числового значения измеряемой величины все измерения классифицируются на два основных вида: прямые и косвенные.

Прямыми называются измерения, при которых искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных (например, измерение массы на весах, температуры — термометром, длины — с помощью линейных мер). Косвенными называются измерения, при которых искомое значение величи-ны находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, которые под-вергаются прямым измерениям (например, определение электрического сопротивления по результатам измерения падения напряжения и силы тока).

Прямые измерения величин можно производить следующими методами: метод непосредственной оценки — значение величины определяют непосредственно по отсчетно-му устройству измерительно-го прибора; измерение массы — циферблатными весами, силы электрического тока — амперметром. Метод сравнения с мерой — измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой, например, измерение массы рычажными весами с уравновешиванием гирями. Нулевой метод — метод сравнения с мерой, когда результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля, например, измерение электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием.

Существует ряд других методов (дифференциальный метод, метод сравнений, метод заменения и т. д.).

Выше приводилось понятие средства измерения. Приведем это понятие в более широком контексте.

СИ — это средство, предназначенное для измерений, вырабатывающее сигнал (показание), несущий информацию о значении измеряемой величины, или воспроизводящее величину заданного (известно-го) размера. СИ представляют собой конструктивно законченные изделия (мера, калибр, измеритель-ный прибор, измерительная система), предназначенные для измерений и осуществляющие одну из двух основных функций: воспроизведение физической величины заданного размера или преобразование измерительного сигнала одного вида (размера) в другой, например в форму, позволяющую наблюдате-лю воспринимать значение измеряемой величины. Система воспроизведения единиц физических вели-чин и передачи информации об их размерах всем без исключения СИ составляет техническую базу обеспечения единства измерений в стране.

СИ, обеспечивающее воспроизведение единицы величины с максимально возможной точностью и ее хранение для передачи размера другим СИ, выполненное по особой спецификации и официально утвержденное, называется эталоном. Эталон, утвержденный в качестве исходного для всей страны, называют государственным первичным эталоном. В целях проведения различных метрологических ра-бот создаются вторичные эталоны: эталоны-свидетели, эталоны-копии, эталоны-сравнения, рабочие эталоны.

Эталоны-свидетели предназначены для поверки сохранности и неизменности государственного этало-на и для замены его в случае порчи или утраты. Эталоны-сравнения применяются для сличения этало-нов, которые по каким-либо причинам не могут непосредственно сличаться друг с другом. Эталоны-копии используются для передачи размеров единиц рабочим эталонам.

Наиболее распространенными эталонами (сотни тысяч единиц) являются рабочие эталоны. Рабочие эталоны разделяются по разрядам (1, 2, 3, иногда — 4). От рабочих эталонов низшего разряда размер передается рабочим средствам измерения (РСИ). РСИ обладает различной точностью измерений: точ-ные РСИ при поверке получают размер от рабочих эталонов 1-го разряда; менее точные — от эталонов низшего 3-го или 4-го разряда (рис. 2). С помощью РСИ выполняются измерения при контроле каче-ства продукции, осуществляется получение информации, необходимой для управления технологиче-скими процессами, контролируются характеристики инструмента и состояние оборудования.

Передача информации о размере единиц осуществляется методами непосредственного сличения, а так-же сличения с помощью компаратора .

Непосредственное сличение применяют, как правило, для менее точных мер, например штриховых мер длины — линеек, рулеток, а также для мер вместимости — бюреток, пипеток, мерных колб и т. п. Для более точной поверки используют приборы сравнения — компарирующие устройства.

Процесс передачи размера единиц осуществляется при поверке и калибровке СИ. Поверка и калибров-ка представляют собой совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения соответствия СИ документально установленным техническим требованиям.

Суть поверки средств измерений заключается в нахождении погрешности СИ и установлении его при-годности к применению. По содержанию поверка СИ — это совокупность операций, выполняемых ор-ганами государственной метрологической службы или другими уполномоченными организациями с целью определения и подтверждения соответствия СИ установленным техническим требованиям. Процедура поверки регламентируется нормативными документами.

Поверка носит обязательный характер и проводится в отношении СИ, которые применяются в уста-новленных Законом РФ «Об обеспечении единства измерений» сферах: здравоохранение, охрана окружающей среды, обеспечение обороны государства и др.

Калибровка средств измерений — комплекс операций, осуществляемых с целью определения и под-тверждения действительных значений характеристик и (или) пригодности к применению СИ, не под-лежащих государственному метрологическому контролю и надзору.

В ст. 23 Закона «Об обеспечении единства измерений» указывается на добровольный характер и об-ласть применения калибровки: «Средства измерений, не подлежащие проверке, могут подвергаться ка-либровке при выпуске из производства или ремонта, при ввозе по импорту, при эксплуатации, прокате и продаже».

Калибровка может осуществляться метрологической службой юридического лица или любой другой аккредитованной на право проведения калибровочных работ организацией. СИ, прошедшие калибров-ку, удостоверяются калибровочным знаком или соответствующим сертификатом.

Соподчинение государственного эталона, вторичных эталонов и рабочих средств измерений определе-но государственной поверочной схемой.

Поверочная схема — это утвержденный документ, устанавливающий средства, методы и точность пе-редачи размеров единиц от государственного эталона рабочим средствам измерений.

Различают государственные и локальные поверочные схемы.

Государственные поверочные схемы определяются государственными стандартами и распространяют-ся на все СИ данного вида; локальные поверочные схемы предназначены для метрологических органов министерств и метрологических служб юридических лиц и должны соответствовать требованиям со-подчиненности, определяемой государственной поверочной схемой.

Важное место в воспроизведении единиц величин, характеризующих свойства и состав веществ и ма-териалов, занимают стандартные образцы веществ и материалов.

В качестве стандартных образцов принято понимать образцы веществ или материалов, чей химический состав или физические свойства типичны для данной группы веществ или материалов, которые опре-делены с необходимой точностью, отличаются высоким постоянством и удостоверены сертификатом.

По существу, стандартные образцы служат для поддержания единства измерений, иначе говоря, явля-ются средствами измерений. Стандартные образцы используют для градуировки, поверки и калибров-ки химического состава и свойств материалов — механических, тепловых, оптических и др. Стандарт-ные образцы как меры с установленной погрешностью применяются непосредственно для контроля качества продукции и сырья путем сличения.

При выборе средств измерений основными метрологическими характеристиками СИ считаются диапа-зон измерений, точность измерений, трудоемкость и стоимость контроля качества объекта измерения.

Диапазон измерений — область значений величины, в пределах которых нормированы допускаемые пределы погрешности.

Точность измерений определялась выше (см. вопрос 14.2). Здесь скажем, что точность СИ должна быть достаточно высокой по сравнению с заданной точностью выполнения измеряемого размера, а трудоем-кость измерений и их стоимость должны быть возможно более низкими, обеспечивающими экономич-ность процесса измерения.

Излишняя точность измерений ведет к повышению трудоемкости и стоимости измерений, а недоста-точная точность нередко приводит к тому, что часть годной продукции при контроле качества может быть забракована и наоборот фактически негодная продукция может быть принята как годная.