2.1.4. Средства измерений и их метрологические характеристики

Средство измерений (СИ) - техническое средство, (или их комплекс), предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу ФВ, размер которой принимается неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени [2, 13].

Различают тип и вид средств измерений.

Тип СИ - совокупность средств измерений одного и того же назначения, основанных на одном и том же принципе действия, имею­щих одинаковую конструкцию и изготовленных по одной и той же технической документации и технологии. СИ одного типа могут иметь различные модификации, например, отличаться по диапазону измерений. Например: микрометры на различные размеры: 0...25 мм;.25...50 мм; 50...75 мм и т.д.).

Вид СИ - совокупность СИ, предна­значенных для измерений данного вида физической величины. Вид СИ может включать несколько их типов. Например, штангенциркуль и микрометры (вообще) являются видами СИ длин.

По конструктивному исполнению СИ подразделяются на меры, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы.

Мера физической величины - средство измерений, предназна­ченное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью; т.е. мера выступает в качестве носителя единицы физической величины и служит основой для измерений.

Меры подразделяются на однозначные, многозначные, наборы мер, мага­зины мер, установочные. Примеры мер:

1. Плоскопараллельная концевая мера длины 100 мм или 20 мм - одно­значная мера, воспроизводящая ФВ одного размера.

2. Штриховая мера длины (линейка, штангенциркуль) - многозначная мера, воспроизводящая ФВ разных размеров.

3. Набор мер - комплект мер разного размера одной и той же ФВ, предназначенных для применения на практике, как в отдельности, так и в различных соче­таниях (набор концевых мер длины, набор гирь).

Измерительный прибор - средство измерений, предназначен­ное для получения значений измеряемой ФВ в установлен­ном диапазоне. Содержит устройства для преобразования измеряемой величины в сигнал измерительной информации и его индикации в форме, доступной для восприятия. Измерительные приборы по степени индикации значений измеряе­мой величины разделяются на показывающие и регистрирующие. По действию измерительные приборы разделяются на интегрирующие и сумми­рующие. Различают также приборы прямого действия и приборы срав­нения.

По метрологическому назначению СИ подразделяются на рабочие и метрологические.

Рабочее средство измерений - СИ, предназначенное для измерений, не связан­ных с передачей размера единицы другим средствам измерений, т.е. непосредст­венно использующееся в производственной деятельности, где необходимо по­лучить значение той или иной физической величины. Например, нутромер - для измерения диаметров отверстий.

Метрологическое средство измерений - СИ, предназначенное для метрологических целей: воспроизведения единиц и (или) ее хранения или передачи размера единицы рабочим СИ. К метрологическим СИ относятся эталоны, поверочные установки, средства сравнения (компараторы и др.), стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов.

Эталон единицы величины - СИ, предназна­ченное для воспроизведения и (или) хранения единицы величины (или кратных, или дольных значений единицы величины) и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме другим СИ данной величины и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.

Эталоны являются высшим звеном в метрологической цепи передачи размеров единиц измерений.

По применению различают следующие виды эталонов: международный, государственный (национальный), первичный, вторичный, эталон сравнения, рабочий разрядный эталон.

По уровню применения СИ делятся на:

- универсальные (стандартизованные, на которые утвержден тип);

- специальные (нестандартизованные, применяемые для конкретных условий производства, например: калибры, контрольные приспособления, шаблоны.

Все СИ имеют отсчетное устройство - часть конструкции средства измерений, предназначенная для отсчитывания значений измеряемой величины. Форма представления показаний либо в цифровых показаниях (цифровая индикация), в которых последняя значащая цифра непрерывно изменяется, либо в цифровых показаниях, дополненных шкалой и указателем.

Указатель СИ - часть показывающего устройства, положение которого относительно отметок шкалы определяет показание средства измерений.

Указатель может быть выполнен в виде подвижных стрелок, пера само­писца, поверхности жидкости (у ртутного термометра) и т.п.

Шкала СИ − часть показывающего устройства, представляющая собой упорядоченный ряд отметок, соответствующих после­довательному ряду значений величины со связанной с ним нумерацией.

Отсчет показаний СИ - значение величины или число, зафиксированное по отсчетному устройству в заданный момент времени,

Деление шкалы - промежуток между двумя соседними отметками шкалы СИ.

Длина деления шкалы - расстояние между осями или центрами двух соседних отметок шкалы, проходящее через середины самых коротких отметок шкалы.

Цена деления шкалы - разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы средства измерений. Различают начальное и конечное значения шкалы, соответствующие наименьшему и наибольшему значениям измеряемой величины, которые могут быть отсчитаны по шкале СИ.

Показание СИ - число, отметка или сигнал на отсчетном устройстве средства измерений, соответствующее значению физической величины на момент отсчета.

Показание стрелочного прибора на какой-либо момент времени опреде­ляется положением стрелки относительно делений шкалы. Показание СИ находится как произведение отсчета на цену деления шкалы. Для примера приведены три показания, где цена деления шкалы 0,002мм (рис. 1):

I) (-7) · 0,002 = − 0,014 мм;

2) (+3) · 0,002 = + 0,006 мм;

3) (+9) · 0,002 = + 0,018 мм.

Диапазон показаний - область значений шкалы прибора, ограниченная начальным и конечным значениями шкалы. В приведенном примере диапазон показаний равен ±0,03мм (рис. 1).

Рис. 1. Примеры отсчета показаний средства измерений

Пределы измерения прибора - наибольшее и наименьшее зна­чение измеряемой величины, которые возможно получить с учетом крайних пе­ремещений подвижных частей прибора (рис.2).

Рис. 2. Пределы измерения прибора: 1 – стойка; 2 - шкала прибора;

3 - предметный столик

Измерительное усилие - сила воздействия измерительного наконечника на поверхность измеряемого объекта в зоне контакта. Измерительное усилие должно быть постоянным по величине, обеспечивать надежный контакт и в то же время не вызывать значительных упругих деформаций в приборе и измеряемой детали. Нужная величина и постоянство измерительной силы обеспечивается тарированными пружинами или специальными устройствами (например, «трещотка» у микрометра; давление от пружины (порядка 100 г) у индикатора часового типа и т.п.).

Метрологическая характеристика средства измерения (МХСИ) - характеристика одного из свойств СИ, влияющих на результат измерений или его погрешность. Основными метрологическими характеристи­ками являются: диапазон измерений (или показаний) и погрешности или со­ставляющие погрешности СИ от влияющих факторов.

Нормируемые метрологические характери­стики − метрологические характеристики, установленные нормативно-техническими документами.

Действительные метрологические характеристики − это МХСИ, которые определяются экспериментально при операциях поверки или калибровки.