Основы метрологии и измерительной техники

1.1. Измерение

Метрология – это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства, способах достижения требуемой точно­сти. В метрологии различают три направления; теоретическое (фун­даментальное), законодательное и практическое (прикладное). В дан­ном изложении главное внимание уделим основным положениям практической метрологии.

Базовыми понятиями метрологии и измерительной техники яв­ляются измерение, единство измерений, точность измерений (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Структура базовых понятий метрологии и измерительной техники

Измерением называют процесс нахождения значения физичес­кой величины опытным путем с помощью специальных техничес­ких средств (средств измерений).

1.1.1. Физическая величина

Физическая величина (ФВ) – это свойство, в качественном от­ношении общее для многих физических объектов, но в количе­ственном отношении – индивидуальное для каждого объекта. Все многообразие ФВ может быть классифицировано по множеству раз­личных признаков. Все ФВ подразделяются на две группы: неэлек­трические и электрические величины. Неэлектрических величин гораздо больше, чем электрических. Это: длина, объем, масса, сила, давление, скорость линейного движения или враще­ния, расход вещества, температура, относительная влажность, освещенность и множество других. К электрическим ФВ относят­ся электрический заряд, ток, напряжение, электрические сопротивление и емкость, проводимость, активная и реак­тивная мощности, электрическая энергия и др.

Значение ФВ – это количественная оценка ФВ в виде конкрет­ного числа принятых для этой величины единиц. Например, зна­чение тока в электрической цепи I = 10,2 А.

1.1.2. Виды средств измерений

Средство измерений (СИ) – техническое средство, использу­емое при измерениях и имеющее нормированные метрологиче­ские характеристики. Все СИ подразделя­ются на пять видов: меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки, измеритель­ные системы.

Мера – это СИ, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Например, нормальный гальванический элемент – мера ЭДС; образцовый (измерительный) резистор; образцовая катушка индуктивности и т.д. Измерительный преобразователь – СИ, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для дальнейшего преобразования, передачи, обработки, хранения, но не предназначенной для непосредственного восприятия наблюдателем. Например: измерительные трансформаторы тока и напряжения, измерительные усилители, делители напряжения, шунты, добавочные резисторы, цифровые измерительные регистраторы (логгеры) и т. п. Измерительный преобразователь не имеет отсчетного устройства, и поэтому результат преобразования не может быть непосредственно воспринят человеком.

Измерительный прибор – это СИ, предназначенное для вы­работки сигнала измерительной информации в форме, доступ­ной для непосредственного восприятия наблюдателем, т. е. име­ющее отсчетное устройство или индикатор. Например: электро­магнитный щитовой вольтметр, самопишущий прибор, осцил­лограф, цифровой мультиметр, инфракрасный термометр, мано­метр и др. Измерительный прибор – наиболее распространен­ный вид СИ.

Измерительная установка – совокупность функционально объе­диненных СИ и вспомогательных устройств, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удоб­ной для непосредственного восприятия наблюдателем, и располо­женная в одном месте. Например: лабораторная установка для ис­следования характеристик электродвигателей, стенд для поверки электрических счетчиков и т. п. Отличие измерительной установ­ки от измерительной системы заключается в ее локальности, компактности размещения.

Измерительная система – совокупность СИ и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназна­ченная для выработки сигналов измерительной информации в фор­ме, удобной для автоматической обработки, передачи и (или) ис­пользования в автоматических системах управления. Например, мно­гоканальный пространственно распределенный информационно-измерительный комплекс в составе системы управления произ­водством.

К основным нормируемым метрологическим характеристикам (НМХ) от­носятся погрешности СИ, номинальная функция пре­образования или коэффициент преобразования измерительного преобразователя, чувствительность, диапазон измерений, вход­ное сопротивление и ряд других.