Средства измерений презентация

Наивысшую в стране точность воспроизведения единицы обеспечивает первичный эталон.
Первичный эталон - эталон, основанный на использовании первичной референтной методики измерений или созданный как артефакт, выбранный по соглашению.
Метрологические свойства первичных эталонов единиц величин устанавливают независимо от других эталонов единиц этих же величин.
Первичный эталон, воспроизводящий единицу в специфических условиях (напри-мер, высокие и сверхвысокие частоты) - первичный специальный эталон.
Государственный первичный эталон – это первичный эталон, признанный решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории государства.
Вторичный эталон - эталон, получающий единицу величины или шкалу измерений непосредственно от первичного эталона данной единицы или шкалы.
Если эталоны не могут быть непосредственно сличены друг с другом используется эталон сравнения.
Эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам изме-рений, называется рабочим.
При необходимости рабочие эталоны подразделяют на разряды (1-й, 2-й, ..., п-й). В этом случае передачу единицы осуществляют через цепочку соподчиненных по разрядам рабочих эталонов. При этом от последнего рабочего эталона в этой цепочке единицу передают средству измерений.

Эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами в данной лаборатории, организации, предприятии, от которого передают размеры единицы подчиненным эталонам и имеющимся средствам измерений, называется исходным эталоном.
Исходным эталоном в стране служит первичный эталон, исходным эталоном для рес-публики, региона, министерства (ведомства) или предприятия может быть вторичный или рабочий эталон.
Вторичный или рабочий эталон, являющийся исходным эталоном для министерства (ведомства) нередко называют ведомственным эталоном.
Эталон, используемый при калибровке или поверке называется калибратором
Термин калибратор используется только в определенных областях.
Эталоны, стоящие в поверочной схеме (калибровочной иерархии) ниже исходного эталона, обычно называют подчиненными эталонами.
Размер единицы, хранимой подчиненными эталонами или рабочими, может быть установлен по отношению к национальному первичному эталону. При этом может быть несколько ступеней сравнения (через вторичные и рабочие эталоны).
Национальный эталон - эталон, признанный национальными органами власти для использования в государстве или экономике в качестве исходного для страны.
В некоторых странах СНГ в качестве национального эталона используют вторичный или рабочий эталон.
Термины государственный эталон и национальный эталон отражают по существу одно и то же понятие.

Эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами, называется международным.
Международный эталон - эталон, который признан всеми государствами, подписав-шими международное соглашение, и предназначен для всего мира.
Совокупность государственных, первичных и вторичных эталонов составляют эталонную базу страны, являющейся основой обеспечения единства измерений в стране.
Стандартный образец - материал, достаточно однородный и стабильный в отноше-нии определенных свойств для того, чтобы использовать его при измерении или при оценивании качественных свойств в соответствии с предполагаемым назначением.
Один и тот же стандартный образец не может использоваться и для калибровки, и для контроля точности результатов измерений применительно к одной и той же измерительной системе
Естественный эталон - эталон, основанный на присущих и воспроизводимых свойст-вах материального объекта или явления.
Примеры: ячейка тройной точки воды как естественный эталон термодинамической температуры. ; естественный эталон разности электрических потенциалов, основан-ный на эффекте Джозефсона; естественный эталон электрического сопротивления, основанный на квантовом эффекте Холла.
Тройная точка воды - температура 273,16 К (0,01 °C) и давление 611,657 Па.
Значение величины естественного эталона приписывается по соглашению и не тре-бует установления связи с другими эталонами того же вида.

Естественный эталон - эталон, основанный на присущих и воспроизводимых свой-ствах материального объекта или явления.
Примеры: ячейка тройной точки воды как естественный эталон термодинамической температуры; естественный эталон разности электрических потенциалов, основанный на эффекте Джозефсона; естественный эталон электрического сопротивления, осно-ванный на квантовом эффекте Холла.
Значение величины естественного эталона приписывается по соглашению и не требу-ет установления связи с другими эталонами того же вида.

Меры
Мера (материальная) - СИ, которое воспроизводит в процессе использования или постоянно хранит величины одного или более данных родов, с приписанными им значениями.
Примеры: эталонная гиря; эталонный резистор; линейная шкала (линейка); эталонный генератор сигналов и др.
Материальная мера может быть эталоном.
Различают однозначные и многозначные (переменные) меры
Величины, для которых операция сложения выполняется сравнительно легко, воспро-изводятся с помощью многозначных или однозначных мер, объединяемых в наборы или магазины мер.
Многозначная мера - мера, воспроизводящая ряд одноименных величин различного размера.
Примеры: миллиметровая линейка, конденсатор переменной емкости.
Однозначная мера - мера, воспроизводящая физи-ческую величину одного размера.
Примеры: нормальный элемент, конденсатор пос-тоянной емкости.

Измерительные преобразователи
Измерительный преобразователь (ИП) - СИ или его часть, служащее для получения и преобразования информации об измеряемой величине в форму, удобную для обработ-ки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи.
Примеры: термопара, трансформатор электрического тока, тензодатчик и др.
Первичный измерительный преобразователь; чувствительный элемент – ИП, на кото-рый непосредственно воздействует материальный объект или явление, являющееся но-сителем величины, подлежащей измерению.
Примеры: чувствительная катушка платинового термометра сопротивления, ротор турбинного расходомера, поплавок уровнемера, фотоэлемент спектрометра, и др.
Датчик - конструктивно обособленные первичный преобразователь или совокуп-ность первичного и других измерительных преобразователей.
Детектор - техническое средство или вещество, которое указывает на наличие опре-деленного свойства объекта измерения при превышении порогового значения соответ-ствующей величиной.
Пример: галогенный течеискатель, лакмусовая бумага.
В химии для этого понятия часто используют термин индикатор.

Классификация измерительных преобразователей
По характеру преобразования входной величины: аналоговые, аналого-цифровые; цифро-аналоговые.
По месту в измерительной цепи: первичные, промежуточные, передающие, масштаб-ные.
По физическому принципу действия:
Первичный преобразователь – ИП, на который воздействует измеряемая, т. е. первый преобразователь в измерительной цепи измерительного прибора (установки, системы).
Пример: термопара в цепи термоэлектрического термометра.
Промежуточный преобразователь – ИП, занимающий в измерительной цепи место после первичного.
Передающий преобразователь – ИП, служащий для дистанционной передачи изме-рительной информации.
Выходной преобразователь – ИП , стоящий последним в измерительной цепи.
Он снабжается отсчетным или регистрирующим устройством, фиксирующим значе-ние измеряемой величины.
Масштабные преобразователи – ИП предназначенные для изменения в определен-ное число раз значения одной из величин, действующих в измерительной цепи, без из-менения ее физической природы.
Примеры: делители напряжения, измерительные трансформаторы тока, измеритель-ные усилители и т. п.

В зависимости от наличия постороннего источника энергии разделяются на генера-торные (энергетические) и параметрические.
Генераторные (энергетические) – ИП не требующие для осуществления преобразо-вания постороннего источника энергии.
ИП вырабатывает ее сам за счет энергии преобразуемой величины. Пример: термо-элетрический ИП; пьезоэлектрический ИП.
Параметрические - ИП возбуждаемые от постороннего источника энергии.
Пример: емкостный преобразователь линейных перемещений.
Измерительные приборы
Измерительный прибор – СИ, предназначенное для выработки сигнала измеритель-ной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия.
Примеры: вольтметр, микрометр, термометр, электронные весы и др.
Классификация измерительных приборов
По способу индикации: показывающие и регистрирующие.
Показывающий измерительный прибор - измерительный прибор, в котором сигнал измерительной информации представлен в визуальной форме.
Регистрирующие - приборы, в которых предусмотрена регистрация показаний.
По методу преобразования: приборы непосредственной оценки (приборы прямого преобразования); приборы сравнения (приборы уравновешивающего преобразова-ния); приборы смешанного преобразования.

Прибор прямого преобразования
где k1, k2,…, kn – коэффициенты преобразования измерительных преобразователей.
При этом чувствительность (коэффициент преобразования) прибора прямого преобразования:
Приборы прямого преобразования

Приборы уравновешивающего преобразования
Структурная схема прибора уравновешивающего преобразования
где , , … - коэффициенты преобразования обратных преобразователей
Компенсация может быть полной и неполной. При полной компенсации (астатичес-кое преобразование) в установившемся режиме имеем

Приборы смешанного преобразования - когда часть цепи преобразования охвачена отрицательной обратной связью.
По виду выдаваемой информации: аналоговые и цифровые.
Аналоговые - измерительные приборы, показания которыхо являются непрерывной функцией измеряемой величины, например, стрелочный вольтметр.
Цифровые - измерительные приборы, автоматически вырабатывающие дискретные сигналы измерительной информации, показания которыхо представлены в цифровой форме, например, цифровой омметр.
Установка (измерительная) - совокупность функционально объединенных и расположенных в одном месте мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких величин.
Измерительная установка, применяемая для поверки - поверочная установка.
Измерительная установка, входящая в состав эталона - эталонная установка.
Измерительная система (ИС) - совокупность средств измерений и других средств измерительной техники, размещенных в разных точках объекта измерения, функционально объединенных с целью измерений одной или нескольких величин, свойственных этому объекту.
Измерительная система в зависимости от решаемой измерительной задачи может рассматриваться как единое средство измерений

Измерительный прибор - СИ, предназначенное для выработки сигнала измеритель-ной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия.
Примеры: вольтметр, микрометр, термометр, электронные весы.
Измерительный прибор, в котором сигнал измерительной информации представлен в визуальной форме, называют показывающим измерительным прибором.
Сигнал измерительной информации может быть представлен в визуальной, звуковой или другой заданной форме. Он также может быть передан одному или нескольким другим средствам измерений.
Измерительный прибор может быть эталоном.
Установка (измерительная) - совокупность функционально объединенных и располо-женных в одном месте мер, измерительных приборов, измерительных преобразовате-лей и других устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких величин.
Измерительная установка, применяемая для поверки - поверочная установка.
Измерительная установка, входящая в состав эталона - эталонная установка.

Нормирование метрологических характеристик средств измерений
Нормирование метрологических характеристик - установление номинальных значе-ний и границ допускаемых отклонений реальных метрологических характеристик средств измерений от их номинальных значений.
Номенклатуру метрологических характеристик средств измерений устанавливает ГОСТ 8.009-2003 «Нормирование и использование метрологических характеристик средств измерений».
Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений: 1) фун-кция (статическая характеристика) преобразования измерительного преобразователя, а также измерительного прибора с неименованной шкалой; 2) значение однозначной или значения многозначной меры; 3) цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры; 4) вид выходного кода, число разрядов кода, цена единицы наи-меньшего разряда кода цифровых средств измерений.
Характеристики погрешностей средств измерений: ) характеристики систематичес-кой составляющей погрешности; 2) характеристики случайной составляющей погреш-ности; 3) характеристики погрешности.
Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам:
1) функции влияния; 2) изменения значений метрологических характеристик средств измерений, вызванных изменениями влияющих величин в установленных пределах.
Динамические характеристики средств измерений:1) полная; 2) частные.
Характеристики взаимодействия средств измерений с объектом исследования и наг-рузкой: 1) входное полное сопротивление; 2) выходное полное сопротивление.
Неинформативные параметры выходного сигнала средств измерений.

Классы точности средств измерений
Класс точности средства измерений – обобщенная характеристика данного типа средств измерений, как правило, отражающая уровень их точности, выражаемая пре-делами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность.
Класс точности дает возможность судить о том, в каких пределах находится погреш-ность средства измерений одного типа, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью каждого из этих средств.
Класс точности средств измерений конкретного типа устанавливают в стандартах технических требований (условий) или в других нормативных документах.
Общие положения о делении СИ на классы точности и способы нормирования метрологических характеристик регламентирует ГОСТ 8.401-80 «Классы точности средств измерений. Общие требования».
Данный ГОСТ не устанавливает классы точности СИ, для которых предусмотрены нормы отдельно для систематической и случайной составляющих погрешности, а также если необходимо учитывать динамические характеристики.
Предел допускаемой погрешности средства измерений – наибольшее значение пог-решности средств измерений, устанавливаемое нормативным документом для данного типа средств измерений, при котором оно еще признается годным к применению.
Обычно устанавливают пределы допускаемой погрешности, то есть границы зоны, за которую не должна выходить погрешность.

Пределы допускаемых основной и дополнительной погрешностей следует выражать в форме приведенных, относительных и абсолютных погрешностей.
Пределы допускаемой дополнительной погрешности допускается выражать в форме отличной от формы выражения допускаемой основной погрешности.
Приведенная и относительная погрешности выражаются одними и теми же числами для СИ одного уровня точности, но с различными верхними пределами измерения.
Пределы допускаемой основной погрешности устанавливают в следующей последо-вательности:
Пределы допускаемой абсолютной погрешности по формулам:
а) или б)
а) если граница погрешностей средств измерений остается практически неизменной в пределах диапазона измерения (присутствует чисто аддитивная составляющая погрешности);
б) если границы погрешностей остаются практически линейными (присутствует как аддитивная, так и мультипликативная составляющие погрешности).
пределы допускаемой абсолютной основной погрешности, выраженной в едини-цах измеряемой величины или в делениях шкалы;
a , b – постоянные положительные числа.
2) Пределы допускаемой приведенной основной погрешности (в процентах) в уста-навливают по формуле:

- пределы допускаемой приведенной основной погрешности, %;
нормирующее значение, выраженное в тех же единицах, что и
р – отвлеченное положительное число из ряда:
(n = 1, 0, –1, –2 и т. д.). Значения, указанные в скобках, не устанавливают для вновь разрабатываемых средств измерений.
3) Пределы допускаемой относительной основной погрешности устанавливают по формулам:
а) б)
а) если значение установлено по формуле: ; б) в случае присутствия соизмеримых аддитивной и мультипликативной составляющих погрешностей.
В стандартах или технических условиях на СИ должно быть установлено мини-мальное значение равное , начиная с которого применим принятый способ выражения пределов допускаемой относительной погрешности.
Пределы допускаемых дополнительных погрешностей устанавливают в виде:
а) постоянного значения для всей рабочей области влияющей величины; б) отноше-ния предела допускаемой дополнительной погрешности, соответствующего регла-ментированному интервалу влияющей величины, к этому интервалу; в) предельной функции влияния; г) функциональной зависимости пределов допускаемых откло-нений от номинальной функции влияния.

Предел допускаемой вариации выходного сигнала и пределы допускаемой неста-бильности выражают в виде доли допускаемой основной погрешности.
Способы выражения остальных метрологических характеристик устанавливаются в стандартах на средства измерений конкретного вида.
Пределы допускаемых погрешностей должны быть выражены не более чем двумя значащими цифрами, причем погрешность округления при вычислении пределов не должна быть более 5 %.
Обозначение классов точности в документации
Для СИ, пределы допускаемой основной погрешности выражаются в форме абсо-лютной или относительной погрешности, установленных в виде графика, таблицы или формулы отличной от ранее приведенных, классы точности в документации обоз-начаются прописными буквами латинского алфавита или римскими цифрами.
Допускается добавлять индексы в виде арабской цифры.
Классам точности, которым соответствуют меньшие пределы допускаемых погреш-ностей, должны соответствовать буквы, находящиеся ближе к началу алфавита, или цифры, означающие меньшие числа.
Для СИ, пределы допускаемой основной погрешности выражаются в форме приве-денной или относительной погрешности в соответствии с формулами:
классы точности в документации обозначаются числами, которые равны этим преде-лам, выраженных в процентах.

Для СИ, пределы допускаемой основной погрешности выражаются в форме относительных погрешности в соответствии с формулой:
Классы точности в документации обозначаются числами c и d , разделяя их косой чертой.
Обозначение классов точности на средствах измерений
На циферблаты, щитки и корпуса СИ наносятся условные обозначения классов точ-ности, включающие числа, прописные буквы латинского алфавита или римские цифры, с добавлением знаков указанных в таблице.
Для приборов с существенно неравномерной шкалой допускается указывать пределы допускаемой основной относительной погрешности для части шкалы, лежащей в пределах, отмеченных специальными знаками (например, точками или треугольника-ми). К значению предела допускаемой относительной погрешности в этом случае добавляют знак процента и помещают в кружок, например . Этот знак не является обозначением класса точности.
Обозначение класса точности допускается не наносить на высокоточные меры, и СИ, для которых действующими стандартами установлены особые внешние признаки, зависящие от класса точности, например шестигранная форма гирь общего назначения.
За исключением технически обоснованных случаев должны также наноситься обозначение стандарта или технических условий.

СИ с двумя или более диапазона измерений одной и той же физической величины допускается присваивать два и более класса точности.
Пример- Амперметр имеет диапазоны: 0-10, 0-20, 0-50 А классы точности в кото-рых различны.
СИ предназначенным для измерений двух или более физических величин, допус-кается присваивать различные классы точности для каждой измеряемой величины.
Мультиметр – по напряжению один класс, по току – другой.
Для ограничения номенклатуры СИ по точности для СИ конкретного вида следует устанавливать ограниченное число классов точности, определяемое технико-эконо-мическими обоснованиями.
Классы точности цифровых измерительных приборов со встроенными вычисли-тельными устройствами для дополнительной обработки результатов измерений сле-дует устанавливать без учета режима обработки.
Если в стандарте установлено несколько классов точности, то допускается присваивать класс точности при выпуске из производства, а также понижать класс точности по результатом поверки. При этом класс точности набора мер определяется классом точности меры с наибольшей погрешностью.
Обозначение класса точности средства измерений дает достаточно полную информацию для вычисления приближенной оценки погрешностей результатов измерений.

ЗАДАЧА 1
Вольтметром класса точности 1.0 с верхним пределом измерения 10 В измеряется напряжение UX = 3 B. Определить абсолютную и относительную погрешность измерения напряжения UX.
Решение
Обозначение класса точности 1.0 свидетельствует о том, что класс точности определяется по приведенной погрешности :
Нормирующее значение в данном случае равно верхнему пределу измерения, т.е.
Из формулы находим:
Абсолютная погрешность измерения равна
Это значение погрешности неизменно при любом показании прибора.
При присутствии случайной погрешности получим:
Находим относительную погрешность измерения по формуле: