6. Виды, методы и средства измерений

Метод измерения - совокупность использованных приёмов (способов) сравнения измеряемой величины с её единицей в соответствии с выбранным (реализованным) принципом измерений [6,7].

Средство измерений (СИ) - техническое устройство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины.

Средства измерений классифицируются на виды и типы.

Тип – это совокупность СИ, предназначенных для измерений одних и тех же величин, выраженных в одних и тех же единицах величин, основанных на одном и том же принципе действия, имеющих одинаковую конструкцию и изготовленных по одной и той же технической документации.

Вид – это совокупность типов СИ, предназначенных для измерений какой-либо одной физической величины.

К средствам измерений относятся:

- меры, предназначенные для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного (однозначная мера) или нескольких (многозначная мера) размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью (гири, концевые меры длины и др. могут быть наборы и магазины мер);

- измерительные инструменты и приборы, предназначенные для получения значений измеряемой величины в установленном диапазоне и выработки сигнала измерительной информации, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем;

- измерительные установки и системы, представляющие собой совокупность функционально объединённых СИ и вспомогательных устройств с целью выполнения измерений (например, ИВК – измерительно-вычисли-тельный комплекс; АИС - автоматизированная измерительная система.)

По метрологическому назначению все СИ делятся на два вида:

- рабочие СИ (лабораторные, производственные и полевые), применяемые для измерений, не связанных с передачей размера единиц;

- эталоны, высокоточные СИ (метрологические), используемые для метрологических целей - воспроизведения, хранения и передачи размера единиц.

По уровню стандартизации СИ подразделяются:

- на стандартные или универсальные, изготовленные в соответствии с требованиями государственного или отраслевого стандарта, и на которые утверждён тип СИ;

- уникальные или специальные (нестандартизированные – НСИ) предназначенные для применения в условиях конкретного производства.

По уровню автоматизации СИ делятся на три группы:

- ручные (не автоматические);

- автоматизированные;

- автоматические.

Разделение СИ может осуществляться и по другим свойствам.

Методы измерений также классифицируются по разным признакам.

По метрологическому назначению все измерения делятся на метрологические (поверка и калибровка СИ) и технические (рабочими СИ).

По способу получения информации методы измерений могут быть:

- прямые, когда искомое значение величины определяют непосредственно путём сравнения с мерой этой величины;

- косвенные, при которых искомое значение величины определяют на основании результатов прямых измерений других величин, связанных с искомой величиной функциональной зависимостью (например, определение площади путём измерения диаметра круга и вычисления по формуле S = π·d²);

- совокупные, при которых производятся измерения нескольких однородных величин, а искомая величина определяется путём решения системы уравнений;

- совместные, при которых производятся измерения неоднородных величин с целью нахождения зависимости между ними.

По отношению к единицам величин методы могут быть:

- абсолютные, при которых результат измерения основывается на прямых измерениях величин, это метод непосредственной оценки;

- относительные, при которых измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, воспроизводимое мерой.

Относительные методы имеют несколько разновидностей:

- сличения (сравнения) с мерой или дифференциальный метод, требующий непосредственного или косвенного сравнения измеряемой величины с величиной, воспроизводимой мерой; показание прибора равно разности измеряемых величин;

- нулевой метод, когда результаты взаимодействия сравниваемых величин уравновешиваются, т.е. сводятся к нулю;

- метод замещения, когда измеряемая величина заменяется известной величиной, воспроизводимой мерой (например, измерение на пружинных весах в два приема, показания должны совпадать);

- метод совпадения, когда используется совпадение отметок шкал или периодических сигналов (это метод нониуса). Все относительные методы имеют малые погрешности измерения.

По количеству выполненных измерений классифицируют методы на однократные и многократные.

По отношению к скорости изменения измеряемой величины методы классифицируют на статические и динамические.

Статические методы применяются наиболее часто, для них характерно, что за период измерения значение ФВ не изменяется.

Динамические измерения – это измерения, изменяющейся по размеру ФВ на протяжении времени измерения. Для них характерна динамическая, мультипликационная погрешность.

По характеристикам точности – равноточные и неравноточные (измерения выполнены разными по точности СИ или в различных условиях).

По способу контакта с измеряемым объектом методы могут быть контактные, когда измерительные наконечники находятся в контакте с измерительными поверхностями детали, и бесконтактные (пневматические, оптические, лазерные приборы). При контактных методах погрешность измерения зависит от величины измерительного усилия и площади контакта, необходимо обеспечить точечный контакт, т.е. для плоских деталей применять сферические наконечники, а для цилиндрических поверхностей – плоские наконечники.

Процессы измерения и контроля близки по своей информационной сущности и содержат ряд общих операций (сравнение, преобразование информации и др.)

В то же время они имеют следующие различия: результатом измерения является количественная характеристика, а контроля – качественная; для измерения важна точность, а для контроля – достоверность [15].

По количеству измеряемых (контролируемых) параметров методы могут быть поэлементные (оценка одного параметра) и комплексные (одновременная оценка нескольких параметров, например, контроль проходным резьбовым калибром среднего диаметра, шага и угла профиля).

В практике машиностроительных предприятий широкое распространение получил так называемый допусковый контроль, в результате которого изделие признается годным или бракуется.

По ходу технологического процесса контроль бывает входной, операционный и приемочный. По связи с технологическим процессом контроль может быть активным и пассивным. Наивысшая форма контроля – это активный автоматический контроль, т. е. корректировка выходных данных по результатам автоматического измерения.