Пронкин Н.С. Метрология, стандартизация и сертификация в атомной отрасли

Глава 7. Метрологические характеристики средств измерений (ред. №8)

____________________________________________________________

Без измерительного инструмента или

средства измерения точные измерения

практически невозможны

Глава 7.Метрологические характеристики средств измерений

7.1. Классификация средств измерительной техники

К средствам измерительной техники относят СИ и их совокупности (измерительные системы, измерительные установки, измерительные принадлежности, измерительные устройства).

Под средством измерения понимается техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу ФВ, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени [4].

Приведённое определение вскрывает суть СИ, во-первых, способность хранить или воспроизводить единицу ФВ и, во-вторых, в неизменности хранения этой единицы в течение известного времени, установленного НД. СИ могут выступать в роли рабочего СИ (это СИ, предназначенное для измерений, не связанных с передачей размера единицы другим СИ), основного, вспомогательного СИ. В зависимости от отношения к государственным стандартам СИ может выступать как стандартизованное и нестандартизованное СИ. В зависимости от уровня автоматизации оно может называться автоматическим, в котором практически исключается участие человека (измерительные или контрольные автоматы, измерительные роботы, котрольно-измерительные машины) или автоматизированным СИ, в котором в автоматическом режиме производится только часть измерительных операций.

В соответствии Федеральным законом «Об обеспечении единства измерений» под средством измерения (СИ) следует понимать техническое средство, предназначенное для измерений. Это упрощенное определение характеризует цель, для которой предназначено это средство, т.е. то, что представляет интерес для потребителя на практике. К СИ относятся: эталоны, меры и измерительные приборы (РМГ 29-99).

Эталон — СИ (или комплекс СИ), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи её размера нижестоящим по поверочной схеме СИ и утверждённое в качестве эталона в установленном порядке (см. гл.6).

Мера — СИ, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения ФВ одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью. Например, мерой может служить катушка индуктивности, имеющая необходимую величину индуктивности или источник ионизирующего излучения с заданными и воспроизводимыми характеристиками. Меры могут быть однозначными и многозначными (набор сопротивлений, набор весовых гирь, конденсатор переменной емкости, кварцевый генератор с набором фиксированных частот, и др.). Меры могут быть представлены в виде набора мер или магазина мер, а также в виде вещества с условно приписанными им значениями величины (например, приписанные значения твердости минералов образуют шкалу твёрдости Мооса, набор образцовых спектрометрических источников гамма излучения (ОСГИ) или альфа излучения (ОИАИ) или бета излучения (ОСБИ).

Стандартный образец – образец вещества (материала) с установленными в результате метрологической аттестации значениями одной или более величин, характеризующими свойство или состав этого вещества (материала). СО свойства веществ и материалов по метрологическому назначению выполняют роль однозначных мер (см. гл.6). Это могут быть образцы шероховатости поверхности, плотности керамических изделий, влажности почвы, химического состава уранового топлива, сплавы ферромагнитных материалов, различные калибровочные газовые смеси [101,103,104].

Меры характеризуются номинальным и действительным значением меры.

Номинальное значение меры – это значение величины, приписанное мере или партии мер при изготовлении. Действительное значение меры - это значение величины, приписанное мере на основании её калибровки или поверки. Разность между номинальным и действительным значением воспроизводимой ею величины определяет погрешность меры.

Измерительный прибор – СИ, предназначенное для получения значений измеряемой ФВ в установленном диапазоне.

По способу индикации значений измеряемой ФВ измерительные приборы разделяют на показывающие и регистрирующие, по действию - на интегрирующие и суммирующие. Различают также приборы прямого действия и приборы сравнения, аналоговые и цифровые, самопишущие и печатающие приборы. Наибольшее распространение получили приборы прямого действия, в которых предусмотрено одно или несколько преобразований сигнала измерительной информации в одном направлении, т.е. без применения обратной связи. Например, амперметры, манометры, термопары. Такие приборы градуируются с помощью мер. Большей точностью обладают приборы сравнения, в которых измеряемая величина сравнивается с другой величиной, значение которой заранее известно. Например, к приборам сравнения относятся равноплечные весы, электроизмерительные мосты.

По способу отсчета значений измеренных величин приборы подразделяются на показывающие и регистрирующие. В показывающем приборе допускается только отсчитывание показаний. Они могут быть аналоговыми и цифровыми. Измерительный прибор, показание которого являются непрерывной функцией изменений измеряемой величины, называется аналоговым. Цифровым называют измерительный прибор, автоматически вырабатывающий дискретные сигналы измерительной информации, показания которого представлены в цифровой форме.

В регистрирующем приборе предусмотрена регистрация показаний. Прибор может регистрировать показания и одновременно давать информацию о численном значении измеряемой ФВ.

По способу записи измеряемой ФВ регистрирующие приборы делятся на самопишущие и печатающие. Регистрирующий измерительный прибор, в котором предусмотрена запись показаний в форме диаграммы относится к самопишущему прибору, а прибор, в котором предусмотрено печатание показаний в цифровой форме — к печатающему прибору

Измерительный преобразователь – техническое средство с нормированными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации и передачи. Измерительный преобразователь, как правило, является составной частью более сложного средства измерительной техники: прибора, установки, системы и т.д.

По характеру преобразования различают аналоговые, цифроаналоговые, аналого-цифровые преобразователи.

По месту, занимаемому в приборе преобразователи подразделяются на первичные, промежуточные, масштабные и передающие преобразователи. Особое место в измерительной цепи занимает первичный преобразователь, т.е тот, на который непосредственно воздействует измеряемая ФВ (первый элемент в измерительной цепи прибора). СИ может содержать несколько первичных преобразователей. Другое распространенное название этого преобразователя – датчик – это конструктивно обособленно оформленный первичный преобразователь, от которого поступают измерительные сигналы. Например, термопара, пьезоэлемент, детектор ионизирующего излучения и т.д. Датчики могут находиться на значительном расстоянии от СИ.

Важной характеристикой измерительного преобразователя является коэффициент преобразования, определяемый как отношение сигнала на выходе преобразователя, отображающего измеряемую величину, к вызвавшему его сигналу на входе (К_ПР). Простейшими промежуточным преобразователями являются трансформаторы напряжения и тока.

В зависимости от вида преобразования преобразователь может быть электромеханическим, гидромеханическим, пьезоэлектрическим, емкостным и т.д.

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенная для измерения одной или нескольких ФВ и расположенная в одном месте. Например, все поверочные схемы являются измерительными установками.

Измерительная система – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещённых в разных точках контролируемого объекта, с целью измерений одной или нескольких ФВ, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях. Например измерительная система, контролирующая радиационную обстановку на АЭС.

Измерительное устройство – часть измерительного прибора (установки или системы), связанная с измерительным сигналом и имеющая обособленную конструкцию и назначение. К измерительным устройствам можно отнести печатающее устройство, регистрирующее устройство на магнитном носителе и др.