5. Средства измерений и их характеристики

5.1. Разновидности средств измерений

Терминологический стандарт ГОСТ 16263–70, составленный К.П. Широковым, уже использовался выше как источник полезных, хотя иногда спорных определений в области метрологии. В настоящее время он заменен другим документом – РМГ 29–99, – но по инерции продолжает широко использоваться.

В этом прежнем стандарте определение средства измерений звучало просто (в последующих документах оно без особой необходимости было усложнено): техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства.

При этом под общей рубрикой “средства измерений” перечислялись такие понятия и термины:

мера физической величины (краткая форма – мера);

измерительный прибор (кратко – прибор);

измерительный преобразователь (кратко – преобразователь).

Назначение меры– воспроизводить физическую величину заданного размера (гиря – мера массы, кварцевый генератор – мера частоты и т.д.). Таким образом, с позиций теории шкал мера есть частный случай реперного объекта (см. параграф 2.6). Принято различать однозначные меры (например, гиря), многозначные меры (например, линейка с делениями), и наборы мер, нередко конструктивно объединяемые в магазины мер (например, магазин электрических сопротивлений).

Меры параметров сигналов, позволяющие устанавливать требуемые значения этих параметров с помощью цифровых переключателей, а зачастую и с помощью внешних кодовых сигналов, часто называют калибраторами.

В качестве частных случаев мер в ГОСТ 16263–70 упомянуты образцовое вещество (например, чистый газ, чистый металл и т.д.) и стандартный образец как мера для воспроизведения единиц величин, характеризующих свойства или состав веществ или материалов.

Измерительный прибор по ГОСТ 16263–70 определялся как средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. По форме представления выходной информации различают аналоговые приборы, представляющие информацию в наглядной форме, обычно в виде перемещения стрелки или иного указателя относительно градуированной шкалы, и цифровые приборы, отсчетное устройство которых представляет собой цифровое табло или миниатюрный дисплей.

По признаку отсутствия или наличия автоматической записи показаний различают показывающие и регистрирующие (самопишущие либо печатающие) приборы. Неопытного человека может несколько запутать термин “интегрирующий прибор” – в основном он применяется для обозначения приборов, показывающих интеграл измеряемой величины (например, электрический счетчик интегрирует мгновенную потребляемую мощность); однако “интегрирующим цифровым вольтметром” называют прибор, показывающий не интеграл напряжения в вольт-секундах, а усредненное за известное время (обычно от десятков до сотен миллисекунд) напряжение в вольтах.

Измерительный преобразователь по ГОСТ 16263–70естьсредство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем.Частным случаем преобразователя как законченного и метрологически аттестованного средства измерений являетсядатчик– конструктивный узел измерительной аппаратуры, вынесенный на исследуемый объект и непосредственно взаимодействующий с ним.

Как будет видно из дальнейшего, измерительные преобразователи необходимы главным образом для построения измерительных установок и систем.

Формально к измерительным преобразователям обычно относят также измерительные аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи (АЦП и ЦАП). Однако между АЦП и аналоговым измерительным преобразователем имеется принципиальное различие. Аналоговый преобразователь всегда выполняет лишь промежуточную операциюв процессе измерения (например, выдает на выходе постоянный ток, пропорциональный измеряемой температуре); АЦП жеможет выполнитьзаконченное измерение– с получением в кодовом виде значения измеряемой величины с заданной достоверностью. Поэтому лучше применять термин “измерительный преобразователь” только к устройствам с аналоговыми входом и выходом. Измерительные АЦП заслуживают того, чтобы выделить их в отдельный класс средств измерений.

Еще интереснее обстоит дело с измерительными ЦАП. Упоминавшийся в параграфе 4.1 Петр Павлович Орнатский утверждал, что, поскольку ЦАП воспроизводит на своем выходе величину заданного размера, соответствующего числовому значению одной из многих возможных входных кодовых комбинаций, он по определению является не измерительным преобразователем, а многозначной мерой. Отметим, что существуют инеизмерительные АЦП иЦАП(например, в системах цифровой связи).

Обсуждение перечня основных разновидностей средств измерений будет частично продолжено в следующих параграфах. Здесь же добавим, что средства измерений весьма различны по принципам устройства и действия. Средством измерений может быть некоторое тело (гиря, линейка, резистор), механическое устройство (штангенциркуль, рычажные весы), оптическое или оптико-механическое устройство, электромеханическое или электронное устройство; в производственном контроле встречаются и пневматические измерительные устройства. Общая их черта – наличие метрологических характеристик (см. параграфы 5.3 и последующие), которые нормируются, контролируются путем периодических поверок и при необходимости поддерживаются ремонтами.