Нормирование точности и технические измерения

ка)Р- обобщающее понятие, охватывающее технические сред­ ства, специально предназначенные для измерений. К сред­ ствам измерительной техники относят средства измерений и их совокупности (измерительные системы, измерительные установки), измерительные принадлежности, измерительные устройства.

Е средствам измерительной техники, непосредственно уча­

91

ствующим в получении и преобразовании измерительной ин ­ формации относятся средства измерений.

Средство изм ерений - техническое средство, предназначен­ ное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящ ее едини­ цу физической величины, размер которой принимаю т неиз­ менным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.

В зависимости от функционального назначения и кон­

особенность меры - отсутствие каких-либо преобразований и з­ мерительной информации самим СИ. М ера физической вели ­

дует отнести измерительную линейку, угловую концевую меру с несколькиме и рабочими углами, транспортир. Меры могут комРпл ктоваться в наборы или конструктивно объединяться в так называ мые м агазины .

Набор мер - ком плект мер разного размера одной и той же ф изической величины, предназначенных для применения на практике как в отдельности, так и в различны х сочетаниях (например, наборы концевы х мер длины, угловых концевых мер, наборы разновесов). Магазин мер - набор мер, конструк­ тивно объединенных в единое устройство, в котором имеются приспособления для их соединения в различны х комбинаци­ ях (например, м агазин электрических сопротивлений).

92

Измерительный преобразователь - техническое средство с нормированными метрологическими характеристиками, слу­ жащ ее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейш их преобразований, индикации или пере­ дачи. Примеры измерительных преобразователей - микроме­ трическая пара винт-гайка, пружина динамометра.

По характеру входного и выходного сигналов различаю т аналоговые и цифровые преобразователи; по месту, занимае­ мому в измерительной цепи, - первичные и промеж уточные. Преобразователи с пропорциональным преобразованием сиг­

ет измеряемая физическая величина. В одном СИ может быть несколько первичных преобразователей, например, ряд термо­

для получения значений изме яемойифизической величины в установленном диапазоне. И зме ительный прибор предназна­

чен для получения измери ельн(прй информации от измеряемой

рующие могут быть записываю щ ими либо печатаю щ ими, а в зависимости от формы выходного сигнала различаю т приборы с аналоговым либо с дискретным выходом (дискретные при ­ боры часто называю т цифровыми).

Принято различать приборы прямого действия и приборы сравнения. Приборы сравнения называю т такж е ком парато­ рами.

Компаратор - средство сравнения, предназначенное для сличения мер однородных величин. Пример компаратора -

93

ры чаж ны е весы.

И ндикатор - техническое средство или вещество, предна­ значенное для установления наличия какой-либо физической величины или превы ш ения уровня ее порогового значения. При хим ических реакциях в качестве индикатора прим еня­ ют, например, лакмусовую бумагу. В области измерений ио­ низирую щ их излучений индикатор часто дает световой и (или) звуковой сигнал о превыш ении уровнем радиации установ­ ленного порогового значения. В некоторых случаях в качестве

индикаторов могут использоваться измерительные приборы

(омметр при проверке обрыва в электрической цепи, предель­

Сложное средство измерений можно представитьУв виде схе­

мы, взяв за основу его измерительную цепь, которая вклю чает первичный и промежуточные измерительные преобразовате­

и зательно вклю чаетсязчувствительный элемент (ЧЭ). Средство

измерений может вклю чать устройство выдачи (отображе­ ния) измерительн й информации. У приборов с визуальным

гие устройства визуальной индикации (нуль-указатели, табло светофорного типа), а такж е акустические устройства (звонок, генератор речи) и тактильны е устройства (например, вибратор наручного будильника). В качестве устройств выдачи инфор­ м ации могут использоваться такж е любые регистрирующие самопиш ущ ие или печатаю щ ие устройства.

В зависимости от степени участия оператора в процессе различаю т автоматические, автоматизированные и неавтома­

94

тизированные средства измерений.

Автоматическое средство измерений - СИ, производящее без непосредственного участия человека измерения и все опе­ рации, связанные с обработкой результатов измерений, их ре­ гистрацией, передачей данных или выработкой управляю щ е­ го сигнала.

Автоматизированное средство измерений - СИ, производя­ щее в автоматическом режиме одну или часть измерительных операций.

Тип СИ - совокупность СИ одного и того же назначения,

основанных на одном и том же принципе действия, имею щ их одинаковую конструкцию и изготовленных по одной и той же технической документации. СИ одного типа могут иметь раз­ личные модификации.

СИ, предназначенное для измерений, не связанны х с пере­ дачей размера един цы другим СИ. Эталонные СИ называю т

М етрологическая характеристика СИ (метрологическая ха­ рактеристика; MX) - характеристика одного из свойств СИ, влияю щ ая на результат измерений и на его погрешность. Разли ­ чают нормируемые метрологические характеристики, устанав­ ливаемые нормативными документами на СИ, и действительные характеристики, определяемые экспериментально. Метрологи­ ческие характеристики весьма разнообразны, различаются по значимости, информативности и зависят от типа СИ.

95

Д ля СИ, осущ ествляю щ их измерительное преобразование измеряемой физической величины, ш ироко применяю т инте­ гральную метрологическую характеристику, которая отраж а­ ет действительную функцию преобразования (так называемую градуировочную характеристику). Градуировочная характ е­ рист ика СИ - зависимость между значениями величин на входе и выходе СИ, полученная экспериментально. Градуиро­ вочная характеристика может быть вы раж ена в виде форму­ лы, граф ика или таблицы . Выраженную в виде формулы или

характеристик. Некоторые из них представляют интерес для пользователя, другие принципиально важ ны только для раз­ работчиков средств измерений. Е последним можно отнести

для разработчиков:

- диапазон показаний средства измерений (диапазон по­ казаний) - область значений ш калы прибора, ограниченная начальны м и конечным значениями ш калы ;

- диапазон измерений средства измерений (диапазон из­ мерений) - область значений величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства из­

96

мерений. Примечание: значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу и сверху (слева и справа), называ­ ют соответственно нижним пределом измерений или верхним пределом измерений;

-вариация показаний измерительного прибора - разность показаний прибора в одной и той же точке диапазона измере­ ний при плавном подходе к этой точке со стороны меньш их и больших значений измеряемой величины;

-порог чувствительности средства измерений - характе­

ристика средства измерений в виде наименьшего значения изменения физической величины, начиная с которогоУможетзначений измеряемой величины, в пределах которогоТ ее и з­

менения не вызывают выходного сигнала средства измерений. Иногда ее называют «мертвая зона»;

- дрейф показаний средства измерений - изменение пока­

Н

средств измерений различныхрвидов существенно отличаю т­

ся по номенклатуре. Так, для однозначной меры набор ме­

трологических харак ер с ик вклю чает значение меры Y и

и характеристикизее погрешностей, а для преобразователя или

прибора комплексоMX значительно расш ирен, причем сами комплексы м гут существенно различаться.

Метрологическиеп характеристики средств измерений по стан­ дарту ГОСТе8.009-84 подразделяют на следующие группы:

-Рхаракт ристики, предназначенные для определения ре­ зультатов измерений (без введения поправки) (их такж е на­ зывают ном инальны ми);

- характеристики погрешностей СИ; - характеристики чувствительности СИ к влияю щ им вели­

чинам, которые тоже можно отнести к характеристикам по­ грешностей;

- динамические характеристики СИ; - неинформативные параметры выходного сигнала СИ (пред­

почтительно рассматривать неинформативные параметры сигна­

97

ла измерительной информации).

Н азваны такж е и «характ ерист ики СИ, отражающие их способность влият ь на инструментальную составляющую погрешности измерений вследствие взаимодействия СИ с любым из подклю ченных к их входу или выходу компонен­ тов ( т аких, ка к объект измерений, средство измерений и

т.п.)» .

Номинальные метрологические характеристики однознач­

ной и многозначной мер включают значения мер, представ­

нормируются характеристики погрешностей.

В качестве интегральной метрологической характеристики измерительного преобразователя или прибора можно исполь­

пографским методом, ч о соответствует воспроизведению на

и пред лыппреобразования, чувствительность СИ, вид вы ­

ходного кода и число разрядов выходного кода, цена единицы наименьшего разряда кода, ном инальная ступень квант ова ­ ния. Остальные MX выбирают из той же номенклатуры, что и для измерительны х приборов.

Для некоторых первичных измерительных преобразовате­ лей диапазон преобразования может ограничиваться их ф изи­ ческим и свойствами. Это касается термопар, фотоприемников лучистой энергии, емкостных и других преобразователей.

Для преобразователей с дискретной (цифровой, числовой)

98

выдачей сигнала измерительной информации вместо диапазо­ на и пределов преобразований приходится использовать такие MX, как вид выходного кода и число разрядов выходного кода.

Именно эти MX ограничивают возможности выдачи сигнала измерительной информации сверху и снизу.

Ц ена единицы наименьшего разряда кода или номинальная ступень квантования, если последняя больше цены единицы наименьшего разряда кода, для устройств с дискретной вы да­ чей измерительной информации ограничивает фиксируемый

ной ступенью квантования и порогом чувствительности СИ.

диапазон показаний определяется видом выходного кода и чис­

и ный), двенадцатирзчный, ш естидесятиричный и др., например,

лом разрядов кода. Код может быть десятиричный (десятич­

семиричный к д для дней недели. Важно такж е предельное число знаков на табло, в том числе цифр (число разрядов вы ­

десятичнойналичиезапятой (точки), минуса, знака переполнения или неправильного подключения прибора и др.

Для приборов с дискретным (цифровым) устройством ото­ бражения измерительной информации - цена единицы наи­

99

меньшего разряда кода либо номинальная ступень квант о ­ вания, если она больше цены единицы наименьш его разряда кода. Наименьш ее значение номинальной ступени квантова­ ния совпадает с ценой единицы наименьш его разряда выход­ ного кода, а любое иное должно быть кратно этому значению . В случае десятиричного кода применяю т множители 2 или 5 (ступень квантования равна двукратному либо пятикратному значению цены единицы наименьш его разряда кода).

В РМГ 2 9 -9 9 приведены такие характеристики как по­ греш ность, систематическая погрешность и случайная по­ грешность средства измерений.

казанием средства измерений и истинным (действительным)

Погрешность средства измерений - разностьТмеж ду по­

данного размера, за погрешность принимаю т разность между

погрешность обычно вы раж аю т в процентах. Разновидностью относительной является приведенная погрешность средства

но принятомупозначению величины, постоянному во всем диа­ пазоне изм р ний или в части диапазона. Условно принятое значение в личины называю т нормирующим значением . Ч а ­

сто Рза нормирующеее значение принимаю т верхний предел и з­ мерений.

В зависимости от условий использования средств измере­ ний и реж им а измерений принято различать основную и до­ полнительную , статическую и динамическую погрешности.

Основная погрешность средства измерений - погрешность средства измерений, применяемого в нормальных условиях.

Дополнительная погрешность средства измерений - со­ ставляю щ ая погрешности средства измерений, возникаю щ ая

100