2.2.3. Средства измерений и их классификация

2.2.3.1. Классификация средств измерений

Средства измерений, используемые в различных областях науки и техники, чрезвычайно многообразны. Однако для этого множества можно выделить некоторые общие признаки, присущие всем СИ независимо от области применения. Эти признаки положены в основу различных классификаций СИ, которые рассмотрены далее.

По роли, выполняемой в системе обеспечения единства измерений, СИ делятся на:

- метрологические, предназначенные для метрологических целей - воспроизведения единицы и (или) ее хранения или передачи размера единицы рабочим СИ;

- рабочие, применяемые для измерений, не связанных с передачей размера единиц.

Подавляющее большинство используемых на практике СИ принадлежат ко второй группе. Метрологические средства измерений весьма немногочисленны. Они разрабатываются, производятся и эксплуатируются в специализированных научно-исследовательских центрах.

По уровню автоматизации все СИ делятся на три группы:

- неавтоматические;

- автоматизированные, производящие в автоматическом режиме измерения одну, или часть измерительной операции;

- автоматические, производящие в автоматическом режиме измерения и все операции, связанные с обработкой их результатов, регистрацией, передачей данных или выработкой управляющих сигналов.

В настоящее время все большее распространение получают автоматизированные и автоматические СИ. Это связано с широким использованием в СИ электронной и микропроцессорной техники.

По уровню стандартизации средства измерений подразделяются на:

- стандартизованные, изготовленные в соответствии с требованиями государственного или отраслевого стандарта;

- нестандартизованные (уникальные), предназначенные для решения специальной измерительной задачи, в стандартизации требований к которым нет необходимости.

Основная масса СИ являются стандартизованными. Они серийно выпускаются промышленными предприятиями и в обязательном порядке подвергаются государственным испытаниям. Нестандартизованные средства измерений разрабатываются специализированными научно - исследовательскими организациями и выпускаются единичными экземплярами. Они не проходят государственных испытаний, их характеристики определяются при метрологической аттестации.

По отношению к измеряемой физической величине средства измерений делятся на:

- основные - это СИ той физической величины, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей;

- вспомогательные - это СИ той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерения необходимо учесть для получения результатов измерения требуемой точности.

Классификация по роли в процессе измерения и выполняемым функциям является основной и представлена на рис. 11.10. Элементы, составляющие данную классификацию, рассмотрены в последующих разделах.

Рис. 11.10. Классификация средств измерений по их роли

в процессе измерения и выполняемым функциям

2.2.3.2. Основные параметры средств измерений.

Длина деления шкалы (рис. 2.1) - расстояние между осями (центрами) двух соседних отметок шкалы, измеренное вдоль воображаемой линии, проходящей через середины самых коротких отметок шкалы.

Цена деления шкалы - разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы (1 мкм для оптиметра, длинномера и т.п.).

Градуировочная характеристика - зависимость между значениями величин на выходе и входе средства измерений. Градуировочную характеристику снимают для уточнения результатов измерений.

Диапазон показаний - область значений шкалы, ограниченная конечным и начальным значениями шкалы, т.е. наибольшим и наименьшим значениями измеряемой величины. Например, для оптиметра типа ИКВ-3 диапазон показаний составляет 0,1 мм.

Диапазон измерений - область значений измеряемой величины с нормированными допускаемыми погрешностями средства измерений. Для того же оптиметра типа ИКВ-3 диапазон измерений длин составляет 0  200 мм.

Рис. 2.1. Схема, поясняющая основные параметры средств измерений

Отсчет показаний измерительного средства выполняют в соответствии с уравнением

(2.1)

где А - значение отсчета; М - размер меры, по которому отсчётное устройство установлено на ноль; n - число целых делений, отсчитываемое по шкалам отсчётного устройства; i - цена деления шкалы; k - номер шкалы, m - доля деления шкалы с наименьшей ценой деления, оцененная визуально.

Влияющая физическая величина - физическая величина, не измеряемая данным средством, но оказывающая влияние на результаты измеряемой величины (например, температура, оказывающая влияние на результат измерения линейного размера).

Нормальные (рабочие) условия применения средств измерений - условия их применения, при которых влияющие величины имеют нормальные значения или находятся в пределах нормальной (рабочей) области значений. Так, согласно ГОСТ 924959 нормальная температура равна 20⁰С, при этом рабочая область температур составляет 20⁰С1⁰С. Нормальные условия для выполнения линейных и угловых измерений регламентированы ГОСТ 8.05073.

Чувствительность измерительного прибора - отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызывавшему его изменению измеряемой величины. Так, если при измерении диаметра вала с номинальным размером х = 100 мм изменение измеряемой величины х = 0,01 мм вызвало перемещение стрелки показывающего устройства на l = 10 мм, абсолютная чувствительность прибора составляет S₀ = l/x = 10/0,01 = 1000, относительная чувствительность

S₀ = l(l/x) = 10(0,01/100) = 10 000. (2.2)

Для шкальных измерительных приборов абсолютная чувствительность численно равна передаточному отношению. С изменением цены деления шкалы чувствительность прибора остается неизменной. На разных участках шкалы часто чувствительность может быть различной.

Стабильность средства измерений  свойство, выражающее неизменность во времени его метрологических характеристик (показаний).

Измерительные приборы бывают контактные (существует механический контакт с поверхностью контролируемого изделия) и бесконтактные (непосредственного соприкосновения измерительного наконечника с поверхностью контролируемого изделия нет). К последним, например, относятся оптические, радиоизотопные, индуктивные. Важной характеристикой контактных приборов является измерительное усилие, создаваемое в месте контакта измерительного наконечника с поверхностью контролируемого изделия и направленное по линии измерения.

В соответствии с ГОСТ 165О481 геометрический объект контроля содержит одну или несколько контрольных точек.

Введем дополнительные термины, необходимые для оценки результатов контроля (измерений).

Зона контроля (измерения)  область взаимодействия средства контроля (измерения) с объектом контроля (измерения).

Контролируемая (измеряемая) поверхность – поверхность объекта контроля (измерения), на которой расположена одна или несколько контрольных точек.

Линия контроля (измерения)  прямая, проходящая через контролируемый (измеряемый) размер.

Плоскость контроля (измерения)  плоскость, проходящая через линию контроля (измерения) и выбранную линию расположения контрольных точек.

В ГОСТ 1626370 выделены следующие общие для средств измерений структурные элементы: преобразовательный и чувствительный элементы, измерительная цепь, измерительный механизм, отсчётное устройство со шкалой и указателем и регистрирующее устройство.

Контактные измерительные приборы обычно снабжены одним или несколькими наконечниками.

Измерительный наконечник  элемент в измерительной цепи, находящийся в контакте с объектом контроля (измерения) в контрольной точке под непосредственным воздействием измеряемой величины.

Базовый наконечник  элемент измерительной цепи, расположенный в плоскости измерения и служащий для определения длины линии измерения.

Опорный наконечник  элемент, определяющий положение линии измерения в плоскости измерения.

Координирующий наконечник  элемент, служащий для определения положения плоскости измерения на объекте контроля (измерения).

Универсальные средства используют для измерения личных геометрических параметров либо непосредственно, либо в сочетании с предметными столиками, плитами, стойками, штатива струбцинами и другими дополнительными приспособлениями.

Специальные средства позволяют осуществлять измерения или контроль параметров определенного вида, поэтому их описание будет в зависимости от рассматриваемых видов соединений.

По степени автоматизации контрольного процесса все средства можно разделить на ручные и механизированные приспособления, автоматизированные (полуавтоматические) и автоматические системы (ГОСТ 1650481).