Классификация средств измерений

В силу большого разнообразия средства измерений классифицируют по различным признакам:

1. По используемым физическим процессам средства измерений разделяют на механические, электромеханические, электронные, оптоэлектронные и т.п.;

2. По физической природе измеряемой величины различают вольтметры, амперметры, термометры, манометры, уровнемеры, влагомеры и т.д.;

3. По техническому назначению:

• мера физической величины;

• измерительный прибор;

• измерительный преобразователь;

• измерительная установка (измерительная машина)

• измерительная система;

4. По виду измеряемой величины или сигнала измерительной информации, а также по способу обработки сигнала приборы делятся на аналоговые и цифровые.

В аналоговых приборах показания являются непрерывной функцией измеряемой величины, т.е. могут так же, как и измеряемая величина, принимать бесконечное множество значений. При этом во время показания могут быть как непрерывной, так и дискретной (прерывистой) функцией измеряемой величины, т.е. различают приборы непрерывного и дискретного действия.

5. По степени автоматизации:

• автоматические;

• автоматизированные;

• ручные.

6. По стандартизации средств измерений:

• стандартизированные;

• нестандартизированные.

7. По положению в поверочной схеме:

• эталоны и образцовые средства измерений;

• рабочие средства измерений.

8. По значимости измеряемой физической величины:

• основные средства измерений той физической величины, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей;

• вспомогательные средства измерений той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерений необходимо учитывать для получения результатов измерений требуемой точности.

Техническое назначение средств измерений

Мера – это средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью

К мерам относят гири, меры длины, нормальные элементы (меры ЭДС) и т.д. Меры, воспроизводящие физическую величину одного размера (например, гиря, плоскопараллельная концевая мера длины), называются однозначными. Меры, воспроизводящие ряд одноименных величин различного размера (например, линейка с миллиметровыми делениями), называются многозначными. Разность между номинальным и действительным значениями меры называется погрешностью меры, которая является метрологической характеристикой меры.

В состав государственного эталона единицы массы входит платиноиридиевая гиря с номинальным значением массы 1 кг, тогда как действительное значение ее массы составляет 1,000000087 кг, полученное в результате международных сличений с международным эталоном килограмма, хранящимся в Международном Бюро Мер и Весов (МБМВ) (в данном случае это калибровка).

Для электрических величин, понятие меры обычно используется для величин, не зависящих от протекающего электрического тока:

- сопротивление;

- емкость;

- индуктивность.

Номинальное значение меры (англ. nominal value) – значение величины, приписанное мере или партии мер при изготовлении.

Действительное значение меры (англ. conventional true value of an actual measure) – значение величины, приписанное мере на основании ее калибровки или поверки.

Особую категорию средств измерений составляют стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов. Например, образцы свойств: образец твердости, образец цвета и др., и образцы состава: чистые металлы, образцы марки стали, газовые смеси и др. Стандартный образец- средство измерений в виде вещества (материала), состав и свойства которого установлены при метрологической аттестации. В последние годы стандартные образцы нашли широкое применение в метрологической деятельности и в практике измерений.

Поверка средства измерений - комплекс мер, исполняемых объектами государственной метрологической службы с целью подтверждения соответствия СИ установленным ГОСТ техническим требованиям.

Калибровка средства измерений - комплекс принятых мер, исполняемых для подтверждения и определения действующих значений метрологических характеристик и(или) годности к использованию СИ, не подлежащего обязательному государственному контролю и метрологическому надзору.

Методы применения средств измерений

Для получения результата измерения средства измерений применяются в соответствии с определенным методом. Под методом измерений понимают совокупность приемов использования принципов и средств измерений.

По общим приемам получения результатов измерений методы различают на:

• Прямой метод измерений - измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. Прямые измерения не требуют методики проведения измерений и проводятся по эксплуатационной  документации на применяемое средство измерений.

• Косвенный метод измерений - измерение, результат которого определяют на основании прямых измерений величин, связанных с измеряемой величиной известной зависимостью. Косвенные измерения применяются в случаях, когда невозможно выполнить прямые измерения, например при определении плотности твердого тела, вычисляемой по результатам измерений объема и массы.

По условиям измерения:

• контактный метод измерений - основан на том, что чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения (измерение температуры тела термометром);

• бесконтактный метод измерений - основан на том, что чувствительный элемент прибора не приводится в контакт с объектом измерения (измерение расстояния до объекта радиолокатором, измерение температуры в доменной печи пирометром).

Исходя из способа сравнения измеряемой величины с ее единицей, различают:

• непосредственной оценки - метод при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству показывающего СИ (термометр, вольтметр и пр.). Мера, отражающая единицу измерения, в измерении не участвует. Ее роль играет в СИ шкала, проградуированная при его производстве с помощью достаточно точных СИ. Измерительный прибор прямого действия – измерительный прибор, например, амперметр в котором осуществляется одно или несколько преобразований измеряемой величины и значение её находится без сравнения с известной одноимённой величиной. В измерительных приборах прямого действия преобразование сигнала происходит в одном направлении последовательно.

• метод сравнения с мерой -метод при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями). При этом используют прибор сравнения- измерительный прибор, предназначенный для непосредственного сравнения измеряемой величины с известной. Метод сравнения с мерой точнее метода непосредственной оценки. Точностные возможности метода сравнения с мерой определяются в основном погрешностью изготовления применяемых мер.

Измерительный прибор сравнения — измерительный прибор, предназначенный для непосредственного сравнения измеряемой величины с величиной, значение которой известно. Операция сравнения осуществляется с помощью сравнивающего устройства (СУ), в котором обычно одна величина вычитается из другой. Используя выходной сигнал СУ, с помощью преобразователя можно управлять мерой и реализовать нулевой метод сравнения. В связи с тем что в измерительных устройствах, основанных на методе сравнения, измеряемая величина уравновешивается (компенсируется) величиной, воспроизводимой мерой, их также называют измерительными устройствами с уравновешивающим (компенсационным) преобразователем.

Существует три разновидности метода сравнения:

• нулевой метод - метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля, например, измерения электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием;

• метод замещения - основан на сравнении с мерой, при котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой, сохраняя все условия неизменными, например взвешивание c поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов; 

• метод совпадений - метод сравнения с мерой, в котором разность между значениями искомой и воспроизводимой мерой величин измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов, например при измерении с использованием штангенциркуляс нониусом наблюдают совпадение меток на шкалах штангенциркуля и нониуса.

Средство сравнения – техническое средство или специально создаваемая среда, посредством которых возможно выполнять сравнения друг с другом мер однородных величин или показания измерительных приборов. Примеры:

• Рычажные весы, на одну чашку которых устанавливается эталонная гиря, а на другую поверяемая, есть средство для их сравнения.

• Градуировочная жидкость для сравнения показаний эталонного и рабочего ареометров служит необходимой средой для градуирования рабочих ареометров.

• Температурное поле, создаваемое термостатом для сравнения показаний термометров, является необходимой средой.

• Давление среды, создаваемое компрессором, может быть измерено поверяемым и эталонным манометрами одновременно. На основании показаний эталонного прибора градуируется поверяемый прибор.

Компаратор (англ. comparator) – средство сравнения, предназначенное для сличения мер однородных величин. Примеры:

• Рыжачные весы.

• Компаратор для сличения нормальных элементов.

Характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называются нормируемыми, а определяемые экспериментально — действительными.

Все характеристики средств измерений подразделяются на:

- метрологические;

- неметрологические.