1.11 Средства измерений

Средство измерений — это техническое средство, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой не меняется во времени. К средствам измерений относятся меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки и измеритель­ные системы.

Мера — средство измерений, предназначенное для воспроизве­дения физической величины заданного размера.

Мера, воспроизводящая физическую величину одного размера, называется однозначной. Например, гиря, плоскопараллельная концевая мера длины, измерительная колба, нормальный элемент, конденсатор постоянной емкости.

Мера, воспроизводящая ряд одноименных величин различного размера, называется многозначной. Наиболее распространенными многозначными мерами являются миллиметровая линейка, варио­метр индуктивности, конденсатор переменной емкости.

Величины, для которых опера­ция сложения выполняется сравнительно легко, воспроизводятся с помощью многозначных или однозначных мер, объединяемых в наборы или магазины мер.

Измерительный преобразователь — это средство измерений, предназначенное для выработки сигнала из­мерительной информации в форме, удобной для передачи, дальней­шего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддаю­щегося непосредственному восприятию наблюдателем.

Измерительные преобразователи являются составными частями измерительных приборов, установок и систем и самостоятельно не применяются.

Измерительный прибор — средство измерения, предназначен­ное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Выработка измерительной информации может основываться на использовании различных физических принципов. Например, для из­мерения длины применяют механические, оптические, пневмати­ческие и электрические измерительные приборы.

Физический принцип, положенный в основу построения изме­рительного прибора, называют принципом действия прибора, кото­рый часто бывает отражен в названии прибора, например, электро­динамический ваттметр, термоэлектрический термометр.

По способу образования показаний измерительные приборы можно разделить на показывающие и регистрирующие.

Показывающие приборы допускают только отсчитывание показаний. Указатель отсчетного устройства перемещается относительно шкалы и наблю­дается визуально. Регистрирующие измерительные приборы содержат механизм регистрации показаний. Регистрирующий прибор, в котором преду­смотрена запись показаний в форме диаграммы, называют самопи­шущим прибором.

По форме преобразования используемых измерительных сигналов приборы подразделяются на аналоговые и цифровые.

Аналоговые приборы – это приборы, показания или выходной сигнал которых является непрерывной функцией изменения измеряемой величины.

Цифровые приборы – это приборы, принцип действия которых основан на квантовании измеряемой или пропорциональной ей величины. Показания таких приборов представлены в цифровой форме. В процессе квантования бесконечному множеству значений измеряемой величины ставится в соответствие конечное и счетное множество возможных показаний цифрового прибора.

По способу получения значения измеряемой величины измери­тельные приборы можно разделить на приборы прямого действия и приборы сравнения.

Измерительный прибор, в котором предусмотрено одно или не­сколько преобразований сигнала измерительной информации в одном направлении, т. е. без применения обратной связи называют прибором прямого действия. Это большинство манометров, термометров, амперметров, вольтметров и т. д.

Большими точностными возможностями обладают приборы сравнения, предназначенные для сравнения измеряемых величин с величинами, значения которых известны. К ним относятся равноплечие весы, электроизмерительный потенциометр, компаратор для линейных мер и др.

Измерительная установка — это совокупность функционально объединенных средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, предназначенных для выработки сигналов измерительной инфор­мации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблю­дателя и расположенных в одном месте. В качестве примера мож­но привести измерительные установки для измерений удельного со­противления электротехнических материалов, для поверки счетчиков электрической энергии.

Измерительная система - совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, предназначен­ных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и использования в автоматических системах управления.

Средства измерений могут находиться в разных местах, а пере­дача измерительной информации осуществляться по специальным каналам связи. Измерительные системы широко используются для автоматизации технологических процессов в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства и энергетики.

В зависимости от назначения измерительные системы подразделяются на измерительные, контролирующие, управляющие.

По метрологическому назначению средства измерений делят на образцовые и рабочие.

Образцовые средства измерений предназначены для поверки по ним других средств измерений как рабочих, так и образцовых менее высокой точности. Процесс передачи размера единиц от образцовых средств измерений высшей точности рабочим и образ­цовым средствам измерений более низкой точности представляет собой поверку средств измерений, поэтому все образцовые средст­ва измерения являются средствами поверки.

Рабочие средства измерений предназначены для измерений раз­меров величин, необходимых в разнообразной деятельности чело­века.

Сущность разделения средств измерений на образцовые и ра­бочие состоит не в конструкции и не в точности, а в их назначении.

Одно и то же средство измерений может быть предназначено для практических измерений как в качестве рабочего средства из­мерения, так и в качестве образцового, другими словами, в каче­стве средства поверки, а также и градуировки. Лишь немногие образцовые средства измерений отличаются по конструкции и не­которым метрологическим характеристикам от рабочих. Но когда средства измерений предназначаются для применения в качестве образцовых, они как бы ставятся в особое положение, изолируются от любых других средств измерений, кроме предназначенных для поверки и градуировки.

Однако не каждое средство измерений целесообразно исполь­зовать как образцовое. Например, для образцового средства изме­рений не так важно, насколько велики поправки к его показаниям, как важна стабильность и воспроизводимость его показаний. К об­разцовым средствам измерений предъявляются более высокие тре­бования в отношении воспроизводимости показаний, чем к анало­гичным рабочим средствам измерений.

Запрещение применять образцовые средства измерений для практических измерений — одно из важнейших требований метро­логии. Однако им нередко пренебрегают или недооценивают его значение. Приведенная на рис. 3 схема наглядно иллюстрирует это требование. Каким бы точным не было бы средство измерений, применяемое для практических измерений, его нельзя использовать для поверки других средств измерений. Само оно должно поверяться по образцовому средству измерений, имеющему более высокую точность.

В свою очередь, к рабочим средствам измерений могут предъявляться свои специфические требования, связанные с условиями их применения.

Рисунок 3 - Схема передачи размеров единиц от эталона к рабочим

средствам измерений