Классификация и параметры средств измерений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Средства измерений

Средство измерений -- техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.

Классификация средств измерений

По техническому назначению:

мера физической величины -- средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью;

измерительный прибор -- средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне;

измерительный преобразователь -- техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи;

измерительная установка (измерительная машина) -- совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких физических величин и расположенная в одном месте;

измерительная система -- совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта и т. п. с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях;

измерительно-вычислительный комплекс -- функционально объединенная совокупность средств измерений, ЭВМ и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения в составе измерительной системы конкретной измерительной задачи.

По степени автоматизации:

автоматические;

автоматизированные;

ручные.

По стандартизации средств измерений:

стандартизированные;

нестандартизированные.

По положению в поверочной схеме:

эталоны;

рабочие средства измерений.

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.

По измерительным физико-химическим параметрам:

для измерения температуры;

давления;

расхода и количества;

концентрации раствора;

для измерения уровня и др.

Метрологические характеристики средств измерений

Все средства измерений, независимо от их конкретного исполнения, обладают рядом общих свойств, необходимых для выполнения ими их функционального назначения. Согласно ГОСТ 8.009-84, метрологическими характеристиками называются технические характеристики, описывающие эти свойства и оказывающие влияние на результаты и на погрешности измерений, предназначенные для оценки технического уровня и качества средства измерений, для определения результатов измерений и расчетной оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности измерений.

Характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называются нормируемыми, а определяемые экспериментально -- действительными. Ниже приведена номенклатура метрологических характеристик:

Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправок):

Функция преобразования измерительного преобразователя, а также измерительного прибора с наименованной шкалой;

Значение однозначной меры;

Цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры;

Вид выходного кода для цифровых средств измерений;

Характеристики погрешностей средств измерений;

Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам;

Динамические погрешности средств измерений (переходная характеристика, АЧХ, АФХ и т.д.)



Поверка и сертификация средств измерений

В Российской Федерации средства измерений используются для определения величин, единицы которых допущены в установленном порядке к применению в Российской Федерации и должны соответствовать условиям эксплуатации и установленным требованиям.

Решения об отнесении технического устройства к средствам измерений, внесении его в государственный реестр средств измерений, допущенных к использованию в Российской Федерации и об установлении интервалов между поверками принимает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии.

На средство измерений утверждённого типа оформляется свидетельство (ранее - сертификат) об утверждении типа средств измерений.

Поверке подлежат только средства измерений, внесенные в государственный реестр средств измерений, допущенных к использованию в Российской Федерации. После процедуры поверки оформляется свидетельство о поверке. Остальные технические устройства подлежат калибровке. После процедуры калибровки оформляется сертификат калибровки.

Области применения средств измерений

Согласно действующему законодательству (ФЗ-102 от 26 июня 2008 года), сфера государственного регулирования обеспечения единства средств измерений в РФ распространяется на измерения, проводимые:

в здравоохранении;

в ветеринарии;

в области охраны окружающей среды;

в обеспечении безопасности при чрезвычайных ситуациях;

в охране труда;

в производственном контроле;

в торговле и расфасовке товаров;

в выполнении государственных учетных операций;

на почте и электросвязи;

в осуществлении деятельности в области обороны и безопасности государства;

в геодезии и картографии;

в гидрометеорологии;

при проведении банковских, налоговых и таможенных операций;

в оценке соответствия;

в спорте;

в суде и др.;

в государственном контроле (надзоре).

Измерительные установки - это комплекс средств измерений, включающий в себя меры, измерительные приборы и преобразователи, вспомогательные устройства, объединенные общей схемой, с помощью которой можно измерить одну или несколько физических величин.

Мера физической величины

Мера физической величины (мера величины, мера) -- средство измерений в виде какого-либо тела, вещества или устройства, предназначенное для воспроизведения и хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.

Виды мер

Однозначная мера -- мера, воспроизводящая физическую величину одного размера (например, гиря 1 кг)

Многозначная мера -- мера, воспроизводящая физическую величину разных размеров (например, штриховая мера длины)

Набор мер -- комплект мер разного размера одной и той же физической величины (например, набор концевых мер длины)

Магазин мер -- набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство (например, магазин электрических сопротивлений)

Стандартный образец -- мера в виде вещества, при помощи которой размер физической величины воспроизводится как свойство или как состав вещества, из которого изготовлен стандартный образец

Некоторые примеры

Гиря -- мера массы

Песочные часы -- мера интервалов времени

Нормальный элемент -- мера ЭДС (разности электрических потенциалов)

Измерительный генератор -- мера частоты, амплитуды и формы электрического сигнала

Аттенюатор -- мера ослабления электромагнитного сигнала

Атлас цветов -- набор мер в колориметрии (цветовых измерениях)

Измерительный прибор

Измерительный прибор -- средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Часто измерительным прибором называют средство измерений для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия оператора.

Классификация

По способу представления информации (показывающие или регистрирующие).

Показывающий измерительный прибор -- измерительный прибор, допускающий только отсчитывание показаний значений измеряемой величины.

Регистрирующий измерительный прибор -- измерительный прибор, в котором предусмотрена регистрация показаний. Регистрация значений может осуществляться в аналоговой или цифровой формах. Различают самопишущие и печатающие регистрирующие приборы.

По методу измерений

Измерительный прибор прямого действия -- измерительный прибор, например, манометр, амперметр в котором осуществляется одно или несколько преобразований измеряемой величины и значение её находится без сравнения с известной одноимённой величиной.

Измерительный прибор сравнения -- измерительный прибор, предназначенный для непосредственного сравнения измеряемой величины с величиной, значение которой известно.

По форме представления показаний

Аналоговый измерительный прибор -- измерительный прибор, показания которого или выходной сигнал являются непрерывной функцией изменений измеряемой величины.

Цифровой измерительный прибор -- измерительный прибор, показания которого представлены в цифровой форме.

По другим признакам

Суммирующий измерительный прибор -- измерительный прибор, показания которого функционально связаны с суммой двух или нескольких величин, подводимых к нему по различным каналам.

Интегрирующий измерительный прибор -- измерительный прибор, в котором значение измеряемой величины определяются путём её интегрирования по другой величине.

по способу применения и конструктивному исполнению (стационарные, щитовые, панельные, переносные);

по принципу действия учётом конструкции (с подвижными частями и без подвижных частей);

для приборов с механической частью также по способу создания противодействующего момента (механическим противодействием, магнитным или на основе электромагнитных сил);

по характеру шкалы и положению на ней нулевой точки (равномерная шкала, неравномерная, с односторонней, двухсторонней (симметричной и несимметричной), с безнулевой шкалой);

по конструкции отсчётного устройства (непосредственный отсчёт, со световым указателем -- световым зайчиком, с пишущим устройством, язычковые -- вибрационные частотомеры, со шкалой на оптоэлектронном эффекте -- люминофор, ЖК, СИД);

по точности измерений (нормируемые и ненормируемые -- индикаторы или указатели);

по виду используемой энергии (физическому явлению) -- электромеханические, электротепловые, электрокинетические, электрохимические;

по роду измеряемой величины (вольтметры, амперметры, веберметры, частотомеры, варметры и т. д.)[1].

Параметры

Для измерительных приборов характерен следующий ряд параметров:

Диапазон измерений -- область значений измеряемой величины, на который рассчитан прибор при его нормальном функционировании (с заданной точностью измерения).

Порог чувствительности -- некоторое минимальное или пороговое значение измеряемой величины, которое прибор может различить.

Чувствительность -- связывает значение измеряемого параметра с соответствующим ему изменением показаний прибора.

Точность -- способность прибора указывать истинное значение измеряемого показателя (предел допустимой погрешности или неопределённость измерения).

Стабильность -- способность прибора поддерживать заданную точность измерения в течение определенного времени после калибровки.

Некоторые примеры

Ацетометр

Динамометр

Барометр измерительный сертификация метрологический

Амперметр

Омметр

Дозиметр

Ручные пружинные весы

Счётчик электрической энергии

Рефлектометр

Ацетометр

Ацетометр (от лат. acetum - уксус, и греч. metron - мера) -- измерительный прибор (снаряд) для определения крепости уксусной кислоты. Этот прибор изобретённый Отто служил в конце XIX - начале XX века для испытания крепости уксуса, т. е. для определения содержания в нём свободной уксусной кислоты.

В общих чертах ацетометр состоит из измерительного сосуда -- стеклянной трубки в 30 сантиметров длиной и 15 миллиметров шириной. На приборе нанесены следующие деления: до черты а он вмещает 1 смі жидкости, пространство же между а и b равно 10 смі. Ёмкость крупных делений шкалы, нанесенной выше, равняется 2 смі; деления эти обозначены цифрами 1, 2, 3…, и каждое из них разделено ещё на четыре равные части.

Динамометр (от др.-греч. дэнбмйт -- «сила» и мЭфсещ -- «измеряю») --прибор для измерения силы или момента силы, состоит из силового звена (упругого элемента) и отсчетного устройства. В силовом звене измеряемое усилие вызывает деформацию, которая непосредственно или через передачу сообщается отсчётному устройству. Существующими динамометрами можно измерять усилия от долей ньютонов (н, долей кгс) до 20 Мн (2000 тс). По принципу действия различают динамометры механические (пружинные или рычажные), гидравлические и электронные. Иногда в одном динамометре используют два принципа.

Принцип действия

Существует несколько типов динамометров: механические динамометры (рычажные и пружинные), а также гидравлические и электрические.

Механический динамометр

Существует два вида механических динамометров: пружинный и рычажный. В пружинном динамометре сила или момент силы передаётся пружине, которая в зависимости от направления силы сжимается или растягивается. Величина упругой деформации пружины пропорциональна силе воздействия и регистрируется. В рычажном динамометре действие силы деформирует рычаг, величина деформации которого после регистрируется.

Гидравлический динамометр

Действие гидравлического динамометра основано на вымещении измеряемой силой жидкости из цилиндра. Под давлением жидкость поступает по трубке к записывающему аппарату и регистрируется.

Электрический динамометр

Электрический динамометр состоит из датчика, который преобразует деформацию от воздействия силы в электрический сигнал, и дополнительного датчика, который усиливает и записывает электрический сигнал первого датчика. Для преобразования силы или момента силы в деформацию используются индуктивные, пьезоэлектрические, тензорезисторные и вибрационно-частотные датчики сопротивления. Под действием силы датчик деформируется и токи моста сопротивления изменяются. Сила электрического сигнала прямо пропорциональна деформации элемента и в итоге силе воздействия. Второй датчик усиливает сигнал и записывает его для последующей обработки.

Примеры повседневного использования

В повседневной жизни прибор используется для измерения силы сжатия створок автоматически закрывающихся систем, таких как двери автобусов, трамваев, вагонов поездов, метро, а также двери пассажирских и грузовыхлифтов, гаражные ворота, автомобильные окна, сдвигающиеся люки на крыше и так далее. Так как все эти системы могут в случае неправильной юстировки стать причиной травм, разработаны и внедрены технические нормы, определяющие предельные значения сил сжатия в закрывающихся системах. Данные нормы обязательны во всех странах Европейского союза, а также используются в США, Японии, Китае, Саудовской Аравии, Австралии и других странах мира.

Барометр (др.-греч. вЬспт -- «тяжесть» и мефсЭщ -- «измеряю») -- прибор для измерения атмосферного давления. Ртутный барометр был изобретён итальянским учёным Эванджелиста Торричелли в 1644 году.

В жидкостных барометрах давление измеряется высотой столба жидкости (ртути) в трубке, запаянной сверху, а нижним концом опущенным в сосуд с жидкостью (атмосферное давление уравновешивается весом столба жидкости). Ртутные барометры -- точнее любых других, используются наметеостанциях.

В быту обычно используются механические барометры (Анероид). В анероиде жидкости нет, (с греческого «анероид» -- «безводный»). Он показывает атмосферное давление, действующее на гофрированную тонкостенную металлическую коробку, в которой создано разрежение. При понижении атмосферного давления коробка слегка расширяется, а при повышении -- сжимается и воздействует на прикрепленную к ней пружину. На практике часто используется несколько (до десяти) анероидных коробок, соединенных последовательно, и имеется рычажная передаточная система, которая поворачивает стрелку, движущуюся по круговой шкале, проградуированной по ртутному барометру. Также в настоящее время широкое распространение получили цифровые барометры.

Амперметр (см. ампер + метр от мефсЭщ -- измеряю) -- прибор для измерения силы тока в амперах. Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора. В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи, силу тока в котором измеряют. Поэтому, чем ниже внутреннее сопротивление амперметра (в идеале -- 0), тем меньше будет влияние прибора на исследуемый объект, и тем выше будет точность измерения.

Для увеличения предела измерений амперметр снабжается шунтом (для цепей постоянного и переменного тока), трансформатором тока (только для цепей переменного тока) или магнитным усилителем (для цепей постоянного тока). Комплектное устройство из токоизмерительной головки и трансформатора тока специальной конструкции называется «токоизмерительные клещи».

Очень опасно пытаться использовать амперметр в качестве вольтметра (подключать его непосредственно к источнику питания), что может привести к коротким замыканиям!

Ручные пружинные весы -- ручной прибор для измерения веса или массы, ручной динамометр, обычно предназначенный для бытового применения.

Представляют собой достаточно жёсткую пружину, которая помещается в корпус со шкалой. К пружине прикрепляется стрелка. Пока к пружине не приложено усилие, то есть не подвешен измеряемый груз, она находится в сжатом состоянии. Под действием силы тяжести пружина растягивается, соответственно перемещается по шкале стрелка. На основании положения стрелки можно узнать массу взвешиваемого груза.

Пружинные весы могут оснащаться дополнительно системой вращающихся шестерёнок, что позволяет измерять массу предметов ещё точнее. Последние модели бытовых весов делают электронными.

Как и любые другие весы, ручные пружинные весы измеряют силу; тони градуированы с тем, чтобы показывать 1 кг для силы в ~9,81 Н.

Иногда ручные пружинные весы также называют безменом.

Удлинение пружины описывается законом Гука.

Счётчик электрической энергии (электрический счётчик) -- прибор для измерения расхода электроэнергии переменного или постоянного тока (обычно в кВт·ч или А·ч).

Принцип работы

Для учёта активной электроэнергии переменного тока служат индукционные одно- и трёхфазные приборы, для учёта расхода электроэнергии постоянного тока (электрический транспорт, электрифицированная железная дорога) -- электродинамические счётчики. Число оборотов подвижной части прибора, пропорциональное количеству электроэнергии, регистрируется счётным механизмом.

В электрическом счётчике индукционной системы подвижная часть (алюминиевый диск) вращается во время потребления электроэнергии, расход которой определяется по показаниям счётного механизма. Диск вращается за счёт вихревых токов, наводимых в нём магнитным полем катушки счётчика, -- магнитное поле вихревых токов взаимодействует с магнитным полем катушки счётчика.

В электрическом счетчике электронного типа переменный ток и напряжение воздействуют на твердотельные (электронные) элементы для создания на выходе импульсов, число которых пропорционально измеряемой активной энергии.

Измерительный преобразователь -- техническое средство с нормируемыми метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации и передачи, но непосредственно не воспринимаемый оператором. ИП или входит в состав какого-либо измерительного прибора (измерительной установки, измерительной системы и др.), или применяется вместе с каким-либо средством измерений.

Классификация

По характеру преобразования:

Аналоговый измерительный преобразователь -- измерительный преобразователь, преобразующий одну аналоговую величину (аналоговый измерительный сигнал) в другую аналоговую величину (измерительный сигнал);

Аналого-цифровой измерительный преобразователь -- измерительный преобразователь, предназначенный для преобразования аналогового измерительного сигнала в цифровой код;

Цифро-аналоговый измерительный преобразователь -- измерительный преобразователь, предназначенный для преобразования числового кода в аналоговую величину.

По месту в измерительной цепи:

Первичный измерительный преобразователь -- измерительный преобразователь, на который непосредственно воздействует измеряемая физическая величина. Первичный измерительный преобразователь является первым преобразователем в измерительной цепи измерительного прибора;

Датчик -- конструктивно обособленный первичный измерительный преобразователь;

Детектор -- датчик в области измерений ионизирующих излучений;

Промежуточный измерительный преобразователь -- измерительный преобразователь, занимающий место в измерительной цепи после первичного преобразователя.

По другим признакам:

Передающий измерительный преобразователь -- измерительный преобразователь, предназначенный для дистанционной передачи сигнала измерительной информации;

Масштабный измерительный преобразователь -- измерительный преобразователь, предназначенный для изменения размера величины или измерительного сигнала в заданное число раз.

По принципу действия ИП делятся на генераторные и параметрические.

Некоторые примеры

Термопара в термоэлектрическом термометре

Измерительный трансформатор

Электропневматический преобразователь

Преобразователь угол-код

Компьютер (англ. computer, МФА: [k?m?pju?.t?(?)] -- вычислитель») -- устройство или система, способное выполнять заданную, чётко определённую изменяемую последовательность операций. Это чаще всего операции численных расчётов и манипулирования данными, однако сюда относятся и операции ввода-вывода. Описание последовательности операций называется программой.

Электронная вычислительная машина, ЭВМ -- комплекс технических средств, где основные функциональные элементы (логические, запоминающие, индикационные и др.) выполнены на электронных элементах, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

ЭВМ используется как один из способов реализации компьютера. В настоящее время термин ЭВМ, как относящийся больше к вопросам конкретной физической реализации компьютера, почти вытеснен из бытового употребления и в основном используется инженерами цифровой электроники, как правовой термин в юридических документах, а также в историческом смысле -- для обозначения компьютерной техники 1940--1980-х годов и больших вычислительных устройств, в отличие от персональных.

Электронная вычислительная машина подразумевает использование электронных компонентов в качестве её функциональных узлов, однако компьютер может быть устроен и на других принципах -- он может быть механическим, биологическим, оптическим, квантовым и т. п. работая за счёт перемещения механических частей, движения электронов, фотонов или эффектов других физических явлений. Кроме того, по типу функционирования вычислительная машина может быть цифровой (ЦВМ) и аналоговой (АВМ).

С другой стороны, термин «компьютер» предполагает возможность изменения выполняемой программы (перепрограммирования). Многие электронные вычислительные машины могут выполнять строго определенную последовательность операций, содержат устройства ввода и вывода или состоят из похожих на используемые в электронном компьютере конструктивных элементов (например, регистры), но не предполагают возможность перепрограммирования.

Размещено на Allbest.ru

...