1.5 Методы измерений

Метод измерений – это способ или комплекс способов, посредством которых производится измерение данной величины, т. е. сравнение измеряемой величины с ее мерой согласно принятому принципу измерения.

1. Метод непосредственной оценки - значение измеряемой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора;

2. Метод сравнения с мерой, где измеряемая величина сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой (эталоном):

а) дифференциальный метод характеризуется измерением разности между измеряемой величиной и известной величиной, воспроизводимой мерой (измерения, выполняемые при поверке мер длины сравнением с образцовой мерой на компараторе);

б) нулевой метод измеряемый параметр уравновешивают с некоторой мерой до достижения нулевой разницы (измерение электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием).

в) метод замещения – метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой (взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашу весов).

г) метод совпадений - разность между измеряемой величиной, воспроизводимой мерой, определяют, используя совпадение отметок шкал (измерение линейных размеров с помощью штангенциркуля).

Из всех методов сравнения с мерой нулевой самый точный.

2 Средства измерений

Средство измерений – техническое устройство, предназначенное для измерений и имеющее нормированные метрологические характеристики. При помощи средств измерения физическая величина может быть не только обнаружена, но и измерена.

2.1 Классификация средств измерений

Средства измерения классифицируются по:

1. конструктивному исполнению:

2. метрологическому назначению.

а) меры величины - это средства измерения определенного фиксированного размера, многократно используемые для измерения. Выделяют:

- однозначные меры воспроизводят физическую величину одного определенного размера (гиря, образцы твердости, шероховатости);

- многозначные меры воспроизводят ряд одноименных величин различного размера (миллиметровая линейка);

б) измерительные преобразователи – средства измерения, предназначенные для преобразования измеряемой величины в другую величину, или сигнал измерительной информации, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований.

По месту в измерительной цепи различают:

- первичные преобразователи- это измерительные преобразователи, к которым подведена измеряемая величина, т.е. они непосредственно контактирует с объектом измерения;

- промежуточные преобразователи, которые располагаются после первичных преобразователей. Первичный измерительный преобразователь технически обособлен, от него поступают в измерительную цепь сигналы, содержащие измерительную информацию. Первичный измерительный преобразователь является датчиком. Конструктивно датчик может быть расположен довольно далеко от следующего промежуточного средства измерения, которое должно принимать его сигналы.

- передающие преобразователи это измерительные преобразователи, служащие для дистанционной передачи сигнала измерительной информации. По характеру преобразования различают:

- аналоговые преобразователи (АП);

- цифроаналоговые преобразователи (ЦАП);

- аналого—цифровые преобразователи (АЦП).

в) измерительные приборы - это средства измерения, предназначенные для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне в наиболее доступной для восприятия форме. В конструкции прибора обычно присутствует устройство, преобразующее измеряемую величину с ее индикациями в оптимально удобную для понимания форму. Для вывода измерительной информации в конструкции прибора используется, например, шкала со стрелкой или цифроуказатель, посредством которых и осуществляется регистрация значения измеряемой величины. В некоторых случаях измерительный прибор синхронизируют с компьютером, и тогда вывод измерительной информации производится на дисплей.

Измерительные приборы подразделяются на:

- показывающие измерительные приборы;

- регистрирующие измерительные приборы.

Разница между ними в том, что с помощью показывающего измерительного прибора можно только считывать значения измеряемой величины, а конструкция регистрирующего измерительного прибора позволяет еще и фиксировать результаты измерения, например посредством диаграммы или нанесения на какой—либо носитель информации.

г) измерительные установки – это средства измерения, представляющие собой комплекс мер, измерительных преобразователей, измерительных приборов и прочее, выполняющих схожие функции, используемые для измерения фиксированного количества физических величин и собранные в одном месте. В случае, если измерительная установка используется для испытаний изделий, она является испытательным стендом.

д) измерительные системы – это средства измерения, представляющие собой объединение мер, измерительных преобразователей, измерительных приборов и прочее, выполняющих схожие функции, находящиеся в разных частях определенного пространства и предназначенные для измерения определенного числа физических величин в данном пространстве.

2. метрологическому назначению:

а) рабочие средства измерения – это средства измерения, используемые для осуществления технических измерений. Рабочие средства измерения могут использоваться в разных условиях. Выделяют:

- лабораторные средства измерения, которые применяются при проведении научных исследований;

- производственные средства измерения, которые применяются при осуществлении контроля над протеканием различных технологических процессов и качеством продукции;

- полевые средства измерения, которые применяются в процессе эксплуатации самолетов, автомобилей и других технических устройств.

К каждому отдельному виду рабочих средств измерения предъявляются определенные требования. Требования к лабораторным рабочим средствам измерения – это высокая степень точности и чувствительности, к производственным – высокая степень устойчивости к вибрациям, ударам, перепадам температуры, к полевым – устойчивость и исправная работа в различных температурных условиях, устойчивость к высокому уровню влажности;

б) эталоны.

Эталоны – это средства измерения с высокой степенью точности, применяющиеся в метрологических исследованиях для передачи сведений о размере единицы последующим рабочим средствам. Более точные средства измерения передают сведения о размере единицы и так далее, таким образом образуется своеобразная цепочка, в каждом следующем звене которой точность этих сведений чуть меньше, чем в предыдущем.

Если эталон воспроизводит единицу с наивысшей точностью, он называется первичным.

Для обеспечения сохранности государственных эталонов используются вторичные эталоны, размеры которых передаются от первичных эталонов. По своему назначению вторичные эталоны делятся на эталоны-копии, эталоны сравнения, эталоны-свидетели и рабочие эталоны.

Первичные эталоны, утвержденные Ростехрегулированием (ранее Госстандартом России) в качестве исходных, называются государственными эталонами. На каждый из них утверждается национальный (государственный) стандарт.

Государственные эталоны находятся на хранении в метрологических институтах России, а вторичные используются в них, а также в других крупных органах Государственной метрологической службы. По разрешению Ростехрегулирования допускается хранение и использование вторичных эталонов в органах ведомственных метрологических служб.

В Международном бюро мер и весов хранятся международные эталоны, по которым производятся сличения национальных эталонов. Например, эталоны килограмма и метра сличаются раз в 25 лет.

Образцовые средства измерений представляют собой утвержденный в установленном порядке комплекс мер, измерительных приборов и измерительных преобразователей, прошедших метрологическую аттестацию и предназначенных для поверки и градуировки по ним других средств измерений. На образцовые средства измерений выдаются свидетельства, в которых указаны метрологические параметры и разряд по общегосударственной поверочной схеме.