Учебное пособие - 3-е изд. перераб. и доп.

Н-62 Методы и средства измерений, испытаний и контроля:

В учебнике описаны основные методы измерений и средства измерений, испытаний и контроля. Изложены ключевые понятия и математические модели элементов измерительного процесса. Подробно рассмотрены методы и алгоритмы расчета характеристик погрешностей многократных и однократных измерений.

Для студентов вузов специальностей 200503 – «Стандартизация и сертификация» и 220501 – «Управление качеством», и направлений 221700.62 – «Стандартизация и метрология» (бакалавр), и 221700.68 – «Стандартизация и метрология» (магистр). Материалы учебника могут использоваться студентами других технических специальностей и направлений, аспирантами, научными и инженерно – техническими работниками.

Предисловие
Введение
1 Предмет, задачи и содержание дисциплины
1.1 Метрологические истины
2 Классификация измерений(виды измерений
3 Области измерений
4 Величина, физические измерения
5 Методы измерений
6 Подготовка к измерениям
7 Погрешности измерений
8 Учет систематических погрешностей и способы их уменьшения
9 Обработка результатов измерения и оценка погрешности
9.1 Прямые измерения с многократными наблюдениями
9.2 Прямые измерения с однократными наблюдениями
9.3 Косвенные измерения
9.3.1 Косвенные измерения при линейной зависимости
9.3.2 Косвенные измерения при нелинейной зависимости
9.4 Формы представления и интерпретация результатов измерений
9.5 Правила округления и записи результатов наблюдений и измерения
10 Средства измерений и их классификация по ГСИ
10.1 Погрешности измерительных устройств
11 Нормирование метрологических характеристик
11.1 Структурные схемы и метрологические характеристики измерительных систем
11.2 Надежность средств измерений
11.2.1. Основные понятия и показатели надёжности
12 Метрологическое обеспечение измерений
12.1 Метрологические испытания средств измерений методом сравнения их погрешностей с эталонами при соотношении 1/3 показателей метрологической точности
13 Применение вычислительной техники в средствах измерений
14 Применение средств измерений
14.1 Измерение геометрических величин
14.1.1 Линейноугловые измерения
14.1.1.1 Штангенинструменты
14.1.1.2 Микрометрические измерительные средства
14.1.1.3 Плоскопараллельные концевые меры длины
14.1.2 Измерения линейноугловых величин оптическими приборами
14.2 Средства измерения давления
14.2.1 Жидкостные средства измерений давления с гидростатическим уравновешиванием
14.2.2 Чувствительные элементы деформационных средств измерений давления
14.2.3 Деформационные приборы для измерения давления
14.2.3.1 Измерительные приборы с одновитковой трубчатой пружиной
14.2.3.2 Измерительные приборы с многовитковой трубчатой пружиной
14.2.3.3 Измерительные приборы с сильфонным чувствительным элементом
14.2.3.4 Деформационные измерительные преобразователи давления, основанные на методе прямого преобразования
14.2.3.5 Емкостные измерительные преобразователи давления
14.2.3.6 Деформационные измерительные преобразователи основанные на методе уравновешивающего преобразования
14.3 Измерения тепловых величин
14.3.1 Общие сведения
14.3.2 Температурные шкалы
14.3.3 Классификация средств измерений температуры
14.3.4 Манометрические термометры
14.3.5 Жидкостные манометрические термометры
14.3.6 Конденсационные манометрические термометры
14.4 Термоэлектрические термометры
14.4.1 Термоэлектрический преобразователь
14.4.2 Включение измерительного прибора в цепь термоэлектрического преобразователя
14.4.3 Поправка на температуру свободных концов термоэлектрического преобразователя
14.4.4 Нормальный термоэлектрод
14.4.5 Удлиняющие термоэлектродные провода и термостатирование свободных концов ТЭП
14.4.6 Способы соединения ТЭП
14.4.7 Требования к материалам термоэлектродов и устройство ТЭП
14.5 Средства измерений сигналов термоэлектрических термометров
14.5.1 Магнитоэлектрический милливольтметр
14.5.2 Потенциометры
14.5.3 Автоматические потенциометры
14.5.4 Нормирующие преобразователи термоЭДС
14.6 Термопреобразователи сопротивления
14.6.1 Средства измерений, работающие в комплекте термопреобразователями сопротивления
14.6.1.1 Уравновешенные мосты
14.6.1.2 Неуравновешенные мосты
14.6.1.3 Нормирующие преобразователи
15 Электрические измерения
15.1 Измерение электрических величин аналоговыми и цифровыми преобразователями и измерительными приборами
15.2 Цифровые измерительные приборы
16 Измерительные преобразователи неэлектрических величин
16.1 Параметрические измерительные преобразователи неэлектрических величин
16.1.1 Реостатные преобразователи
16.1.2 Тензочувствительные преобразователи (тензорезисторы)
16.1.3 Термопреобразователи сопротивления
16.1.4 Индуктивные преобразователи
16.1.5 Емкостные преобразователи
16.2 Генераторные преобразователи неэлектрических величин
16.2.1 Измерение температуры
16.2.2 Измерение перемещений
16.2.3 Измерение давления сил и крутящих моментов
16.2.4 Измерение скоростей и ускорений
16.2.5 Измерение расхода
17 Методы и средства испытаний, и их метрологическое обеспечение
17.1 Средства испытаний
17.1.1 Ареометры. Классификация ареометров
17.1.2 Ротаметры. Общие сведения о ротаметрах
17.1.3 Пикнометры
17.1.4 Спиртомеры
17.1.5 Аналитические весы
17.1.6 Основные требования к газоанализаторам и тахометрам
17.1.7 Торговые весы
17.1.8 Одночашечные лабораторные весы
17.1.9 Газоанализаторы
17.1.10 Стеклянные жидкостные термометры
18 Методы и средства контроля, и их метрологическое обеспечение
17.2.1 Калибры и шаблоны
17.2.2 Вибростенды
Список использованных источников
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Приложение Г
Лист обложки со сведениями об авторах

В процессе производственной и познавательной деятельности человеческого общества возникает множество практических и теоретических задач, для решения которых необходимо располагать количественной информацией о том или ином свойстве объекта материального мира (процесса, вещества, детали машины, явления природы и т.д.). Основным способом получения той или иной информации являются измерения, при реализации которых необходимо применить определенные правила, чтобы получить результат измерения с большей или меньшей точностью, отражающие свойства объекта или показатели его качества. Такая информация называется измерительной информацией. Студенты ВУЗов – будущие бакалавры, магистры и инженеры, начиная с начальных курсов, получают знания в профилирующих лабораториях по измерениям специальных кафедр различных учебных дисциплин. Лабораторные работы по измерениям дают практическую возможность тщательно изучить сущность теоретических основ измерения, методов измерения и конструкции различных средств измерения. Результаты любых измерений неизбежно содержат неточности – неопределенности типа А и Б, просто погрешности, как бы тщательно и на каком бы высоком уровне они ни выполнялись. Известно, что абсолютно точных измерений не существуют принципиально, так как даже государственные эталоны имеют вышеуказанные неопределенности типа А и Б. На страницах ведущих журналов по метрологии в Российской Федерации и странах СНГ (странах Таможенного союза), а также международных журналов продолжаются дискуссии и публикуются различные теоретические статьи по нормативной документации в отношении терминологии и принципам измерения, погрешностей и неопределённостей, показателям точности или характеристикам точности измерений. Все эти вопросы отражены в ГОСТ Р 54500.3 - 2011/Руководство ИСО/МЭК 98 - 3:2008 Неопределенность измерения. Часть 3. Руководство по выражению неопределенности измерения. Тщательное усвоение материалов этого ГОСТа предопределяет успешное усвоение теоретического материала в ходе лабораторных работ, усвоение методов и средств измерений, методов и средств испытаний, методов и средств контроля, приобретение в этом процессе практических навыков предполагает также прочное усвоение современных методов математической обработки результатов измерений через анализ объектов измерения, выбора средства измерения, испытания или контроля, анализа материалов периодической журнальной литературы РФ, анализа и оценивания показателей точности измерений, погрешностей, неопределенностей типа А и Б.

Подготавливаясь к будущей самостоятельной работе по профилю своей специальности, студенты постепенно понимают, что сегодня измерения пронизывают все сферы человеческой деятельности. С измерениями связана деятельность инженера-конструктора, инженера-технолога, инженера-контролера, инженера-испытателя, инженера-исследователя и инженера-производственника. Все эти специалисты обязаны иметь ясное представление о возможностях и оснащенности производства измерительной техникой, чтобы обеспечить взаимозаменяемость деталей и узлов, контролепригодность разрабатываемого изделия и качество его изготовления по всем переделам и операциям на всех стадиях его жизненного цикла. Измерительная информация является основой для принятия технических и управленческих решений при производстве и испытаниях продукции, оценивании ее технического уровня, аттестации и сертификации качества. И, конечно, знание современных правил,

законов РФ, норм и регламентов в области измерений является обязательной функцией для специалистов управления и организации производства.

Результат измерения имеет серьезное значение лишь при условии, что он сопровождается оценкой погрешности измерения, неопределенности типа А и Б, либо дополняется сведениями, которые позволяют пользователю информации измерения оценить точность измерения самостоятельно. Кроме того, важно не только уметь выполнить измерение и оценить погрешность результата, но и так подобрать средство измерения, спланировать и осуществить процедуру измерения, чтобы была обеспечена требуемая точность или, по крайней мере, была сведена к минимуму погрешность. В этих условиях нужен единый научный и законодательный фундамент, который осуществляет на практике высокое качество измерений, независимо от того, где и с какой целью они производятся. Таким фундаментом является дисциплина прикладной метрологии – «Методы и средства измерений, испытаний и контроля».

В первой части учебника излагаются основные методы измерений, усвоение которых позволяют студенту осознанно подойти к изучению средств измерений распространенных величин. Во второй части учебника изложены средства измерений, испытаний и контроля и отличительные особенности измерений от испытаний и контрольных операций.

Изучение учебника требует от студентов знаний основ математики, особенно теории вероятностей, в объеме, который предлагается студентам технических специальностей.

Оба автора разделяют ответственность за содержание всего материала учебника. Помощь коллег дала возможность привести учебник к настоящему виду. Хочется выразить им сердечную благодарность. Авторы считают своим приятным долгом выразить искреннюю признательность и благодарность профессору кафедры «Технический сервис» Оренбургского государственного аграрного университета доктору технических наук, профессору В.А. Шахову, который сделал ряд ценных замечаний, способствовавших улучшению содержания учебника.

Учебное пособие - 3-е изд. перераб. и доп. – Оренбург, ОГУ, 2014. - 511 с