Розділ 1. Метрологія
Тема 1.1. Загальні положення, основні терміни і визначення, вимірювання фізичних величин
Лекція 1.1.3 (3) Засоби вимірювальної техніки, їх метрологічні характеристики
Вимірювальна техніка – узагальнююче поняття, що охоплює технічні засоби, спеціально призначені для вимірювань.
Засіб вимірювальної техніки (ЗВТ) – це технічний засіб (або їхній комплекс), призначений для вимірювань, який має нормовані метрологічні характеристики (НМХ), що відтворює і (або) зберігає одиницю ФВ, розмір якої приймається незмінним (у межах встановленої похибки) протягом відомого інтервалу часу.
Обратите внимание на некоторую сложность определения. Казалось бы, почему не дать определение, что
Засіб вимірювальної техніки (ЗВТ) – це технічний пристрій, призначений для вимірювань, і все.
Але в коректному метрологічному визначенні немає нічого зайвого. Якщо обмежитись тим, що ЗВТ – це технічний пристрій, призначений для вимірювань, то до поняття ЗВТ підпаде, скажемо, пінцет, чи затискач, які теж використовуються для вимірювань.
В отличие от таких технических средств, как индикаторы, предназначенных для обнаружения физических свойств (лакмусовая бумага, осветительная электролампочка), ЗВТ позволяют не только обнаружить физическую величину, но и измерить ее, то есть сопоставить неизвестный размер с известным.
Наведене визначення розкриває суть ЗВТ, що полягає, по-перше, в “умінні” зберігати (або відтворювати) одиницю фізичної величини, а, по-друге, у незмінності розміру збереженої одиниці. Ці найважливіші фактори і спричиняють можливість виконання вимірювань. Якщо розмір одиниці в процесі вимірювань змінюється більш, ніж встановлено нормами, таким засобом не можна одержати результат з необхідною точністю. Це означає, що вимірювати можна лише тоді, коли технічний засіб, призначений для цієї мети, може зберігати одиницю, досить незмінну за розміром (у часі).
До речі, як ви гадаєте, звичайна лінійка – це засію вимірювальної техніки, чи ні?
А ну, звернемось до визначення. Засіб повинен мати нормовані метрологічні характеристики. Лінійка їх має. Є шкала, рисочки, які відтворюють ці характеристики. Далі. Відтворює чи зберігає лінійка одиницю ФВ. Безумовно, вона перед нашими очами. Розмір цієї одиниці незмінний у межах встановленої похибки? (о небольших девиациях размеров линейки в зависимости от температуры …). То есть линейка – это средство вычислительной техники.
ЗВТ класифікують за двома ознаками: за призначенням і за функціональними можливостями.
За призначенням розрізняють такі ЗВТ: міра, вимірювальний прилад, вимірювальний перетворювач, вимірювальна система, вимірювально-обчислювальний комплекс:
Міра – ЗВТ, що призначений для відтворення ФВ заданого розміру (однозначна міра, наприклад, опір 1 Ом) або ряду розмірів (багатозначна міра, наприклад, реостат). Набір мір – комплект мір різного розміру однієї і тієї ж ФВ, які можуть використовуватися не тільки окремо, але й в різних комбінаціях для відтворення ряду розмірів певної фізичної величини (наприклад, набір гир, вимірювальних резисторів, конденсаторів). Набір мір, конструктивно об’єднаних в одне ціле з пристроєм для вмикання їх у різних комбінаціях, називають магазином мір (магазин опору, індуктивності, ємності);
Вимірювальний прилад – призначений для одержання значень вимірюваної ФВ, тобто, це ЗВТ, вихідний сигнал якого придатний для безпосереднього сприймання вимірювальної інформації спостерігачем завдяки наявності відлікового пристрою (шкала з покажчиком, цифрове табло), наприклад, вольтметр, ватметр, термометр;
Вимірювальний перетворювач – ЗВТ, призначений для перетворення вхідного вимірюваного сигналу на вихідний сигнал, зручний для подальшого перетворення, оброблення, зберігання чи передавання вимірювальній інформації, але не для безпосереднього сприймання. Наприклад, калібрований шунт, вимірювальний трансформатор, атестована термопара. Вимірювальні прилади і перетворювачі інколи об’єдують спільною назвою – вимірювальні пристрої;
Вимірювальна система – сукупність ЗВТ та допоміжних пристроїв, що з’єднані каналами зв’язку, яка призначена для вироблення сигналів у формі, придатній для автоматичного оброблення, передавання та використання вимірюваної інформації в автоматизованих системах управління. Вимірювальні системи є різновидом інформаційно-вимірювальних систем, до яких належать також системи автоматичного контролювання, технічного діагностування, розпізнавання образів. Вони входять до складу автоматичних систем управління. Залежно від складу вимірювальні системи можуть бути простими і складними.
(Пример сложной измерительной системы Есть ли жизнь на марсе?)
О сложности или невозможности восприятия человеком большого числа параметров, что может делатьизмериткльный комплекс, а человек потом может разбираться.
Всі ЗВТ підлягають обов’язковому державному відомчому перевірянню, що полягає в офіційному підтвердженні їх придатності для застосування за призначенням на підставі результатів контролювання їх характеристик, головним чином метрологічних та на відповідність іншим стандартам.
За зростанням точності розрізняють
еталони, зразкові та робочі ЗВТ, а також зразкові речовини, матеріали та стандартні зразки.
Еталон – це засіб вимірювання (ЗВ чи комплекс ЗВ), що забезпечує відтворення та зберігання одиниць ФВ з метою передавання її розміру ЗВ, які стоять нижче за точністю. Розмір одиниці передається з гори до низу, від більш точних ЗВ до менш точних : первинний еталон – вторинний еталон – робочий еталон 0-го розряду – робочий еталон 1-го розряду … - робочий ЗВТ.
Первинний еталон забезпечує відтворення одиниці з найвищою в країні (у порівнянні з іншими еталонами тієї ж одиниці) точністю.
Вторинний еталон – еталон, що одержує розмір одиниці безпосередньо від первинного еталону даної одиниці.
Вихідний еталон – еталон, що має найвищі метрологічні властивості (у даній лабораторії, підприємстві), від якого передають розмір одиниці підлеглим еталонам і наявним засобам вимірювання (ЗВ).
Державний первинний еталон – первинний еталон, визнаний рішенням уповноваженого на те державного органа як вихідний на території держави.
Наприклад, державні еталони метра, кілограма, секунди і т.і.
Зразковими називають ЗВТ, які служать для передавання розміру одиниці фізичної величини іншим ЗВТ та затверджені як зразкові. До зразкових ЗВТ належать також зразкові речовини та стандартні зразки. Вони служать тільки для перевіряння інших ЗВТ і не можуть застосовуватись для робочих вимірювань в науці і техніці.
Робочими називають ті ЗВТ, що служать для вимірювань в різних галузях науки і техніки, але не для перевіряння інших ЗВТ навіть тоді, коли вони за точністю відповідають таким вимогам.
Зразкова речовина – це міра як речовина із заданими властивостями, які можна відтворити в умовах дотримання технології їх приготування. Прикладом ЗР є чиста вода, гази, метали, неметали тощо.
Стандартний зразок – це міра для відтворення розмірів ФВ, яка характеризує властивості чи склад речовин і матеріалів.