Метрологические характеристики СИ

Понятие и классификация средств измерений (СИ)

СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ И ИХ СВОЙСТВА

Измерения выполняются с помощью технических средств, которые называются средствами измерений (СИ). Разработка СИ является задачей приборостроения. В метрологии СИ рассматриваются с точки зрения их единой классификации и выявления параметров, которые обеспечивают получение результата измерений с заданной точностью. Здесь же рассматриваются методы и средства передачи размеров единиц от эталонов к рабочим средствам измерений.

Средство измерений (СИ ) – техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее или хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменной в течение известного интервала времени (по РМГ 29-99).

Приведенное определение выражает суть СИ, которое, во-первых, хранит или воспроизводит единицу, во-вторых, эта единица неизменна. Эти важнейшие факторы и обуславливают возможность проведения измерений, т.е. делают техническое средство именно средством измерений.

Виды средств измерений – меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки и измерительные приборы.

Мера физической величины – средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью. Примеры мер: гири, измерительные резисторы, концевые меры длины, радионуклидные источники и др.

Меры, воспроизводящие физические величины лишь одного размера, называются однозначными (гиря), несколько размеров – многозначные (миллиметровая линейка – позволяет выражать длину как в мм, так и в см). Кроме того, существуют наборы и магазины мер.

При измерениях с использованием мер сравнивают измеряемые величины с известными величинами, воспроизводимыми мерами. Сравнение осуществляется разными путями, наиболее распространенным средством сравнения является компаратор, например, равноплечные весы.

К мерам относятся стандартные образцы и образцовое вещество, которые представляют собой специально оформленные тела или пробы вещества определенного и строго регламентированного содержания, одно из свойств которых является величиной с известным значением. Например, образцы твердости, шероховатости.

Измерительный преобразователь (ИП)– техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, индикации или передачи. Измерительная информация на выходе ИП, как правило, недоступна для непосредственного восприятия наблюдателем. Хотя ИП являются конструктивно обособленными элементами, они чаще всего входят в качестве составных частей в более сложные измерительные системы и самостоятельного значения при проведении измерений не имеют.

Преобразуемая величина называется входной, а результат преобразования – выходной величиной. Соотношение между ними задается функциейпреобразования.

Примеры ИП: термопары, измерительный трансформатор тока, термометры сопротивлений

Измерительный прибор – СИ, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. ИП представляет измерительную информацию в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

По способу индикации различают показывающие и регистрирующие приборы. Регистрация может осуществляться в виде непрерывной записи измеряемой величины или путем печатания показаний прибора в цифровой форме.

Приборы прямого действия отображают измеряемую величину на показывающем устройстве, имеющем градуировку в единицах этой величины. Например, амперметры, термометры.

Приборы сравнения предназначены для сравнения измеряемых величин с величинами, значения которых известны. Такие приборы используются для измерений с большей точностью.

По действию ИП разделяют на интегрирующие и суммирующие, аналоговые и цифровые, самопишущие и печатающие.

Измерительная установка и система – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов и других устройств, предназначенных для измерений одной или нескольких величин и расположенная в одном месте (установка) или в разных местах объекта измерений (система).

Рабочее СИ – СИ, предназначенное для измерений, не связанное с передачей размера единицы другим СИ.

Датчик – конструктивно обособленный первичный преобразователь, от которого поступают измерительные сигналы (он «дает» информацию). Датчик может быть вынесен на значительное расстояние от средства измерений, принимающего его сигналы. Например, датчик метеорологического зонда.

В области измерений ионизирующих излучений применяют термин детектор.

Индикатор – техническое средство или вещество, предназначенное для установления наличия какой-либо физической величины или превышения уровня ее порогового значения. Например, осциллограф, лакмусовая бумага и т.д.

Метрологическая характеристика (МХ) – характеристика одного из свойств СИ, влияющая на результат измерений и его погрешность. Метрологические характеристики позволяют судить о пригодности СИ для измерений в известном диапазоне с известной точностью.

Метрологические характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называют нормируемыми МХ, а определяемые экспериментально – действительными МХ.

Диапазон измерений СИ – область значений величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности СИ. Для мер это их номинальное значение. Различают нижний и верхний пределы измерений.

Погрешность СИ – разность между показанием СИ – Х_п и истинным (действительным) значением измеряемой величины – Х _д.

Абсолютная погрешность СИ – погрешность СИ, выраженная в единицах измеряемой величины: DХ = Х_п – Х_д. Абсолютная погрешность удобна для практического применения, т.к. дает значение погрешности в единицах измеряемой величины. Но при ее использовании трудно сравнивать по точности приборы с разными диапазонами измерений. Эта проблема снимается при использовании приведенных погрешностей.

Относительная погрешность СИ – погрешность СИ, выраженная отношением абсолютной погрешности СИ к результату измерений или к действительному значению измеренной величины: d = DХ / Х_д.

Относительная погрешность дает наилучшее из всех видов погрешностей представление об уровне точности измерений, который может быть достигнут при использовании данного СИ. Однако она обычно существенно изменяется вдоль шкалы прибора.

Приведенная погрешность СИ – относительная погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности СИ к условно принятому значению величины Х_N, которое называют нормирующим:

g = DХ / Х_N

Относительные и приведенные погрешности обычно выражают либо в процентах, либо в относительных единицах (долях единицы).

Для показывающих приборов нормирующее значение устанавливается в зависимости от особенностей и характера шкалы. Приведенные погрешности позволяют сравнивать по точности средства измерений, имеющие разные пределы измерений, если абсолютные погрешности каждого из них не зависят от значения измеряемой величины. Например, можно сравнивать точность амперметров с пределами измерений 0 –1 и 0 – 100 А.

Основная погрешность СИ – погрешность СИ, применяемого в нормальных условиях, т.е. в условиях, которые определены в НТД не него как нормальные. Нормальные значения влияющих величин указываются в стандартах или технических условиях на средства измерений данного вида в форме номиналов с нормированными отклонениями. Например, температура (20 ± 5)° С. Иногда вместо номинальных значений влияющих величин указывается нормальная область их значений. Например, влажность (30 – 80) %.

Дополнительная погрешность СИ – составляющая погрешности СИ, возникающая дополнительно к основной погрешности вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от нормального ее значения.

Деление погрешностей на основные и дополнительные обусловлено тем, что свойства СИ зависят от внешних условий.

Погрешности СИ по своему происхождению разделяются на систематические и случайные.

Систематическая погрешность СИ – составляющая погрешности СИ, принимаемая за постоянную или закономерно изменяющуюся. Систематические погрешности являются в общем случае функциями измеряемой величины, влияющих величин (температуры, влажности, давления, напряжения питания и т.п.).

Случайная погрешность СИ – составляющая погрешности СИ, изменяющаяся случайным образом. Случайные погрешности СИ обусловлены случайными изменениями параметров составляющих эти СИ элементов, случайными погрешностями отсчета показаний приборов.

При конструировании прибора его случайную погрешность стараются сделать незначительной в сравнении с другими погрешностями. У хорошо сконструированного и выполненного прибора случайная погрешностьнезначительна. Однако при увеличении чувствительности СИ обычно наблюдается увеличение случайной погрешности. Тогда при повторных измерениях одной и той же величины в одних и тех же условиях результаты будут различными. В таком случае приходится прибегать многократнымизмерениям и к статистической обработке получаемых результатов. Как правило, случайную погрешность приборов снижается до такого уровня, что проводить многократные измерений нет необходимости.

Стабильность СИ – качественная характеристика СИ, отражающая неизменность во времени его МХ.

Градуировочная характеристика СИ – зависимость между значениями величин на входе и выходе СИ, полученная экспериментально. Может быть выражена в виде формулы, графика или таблицы.

Дата добавления: 2014-01-11