Что называют измерением средством измерений методом измерений

Что называют измерением средством измерений методом измерений

Колчков В.И. МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ. М.:Учебное пособие

3. Метрология и технические измерения

3.2. Виды и методы измерений

Средствами измерений (СИ) являются используемые технические средства, имеющие нормированные метрологические свойства.

Существует различные виды измерений. Классификацию видов измерения проводят, исходя из характера зависимости измеряемой величины от времени, вида уравнения измерений, условий, определяющих точность результата измерений и способов выражения этих результатов.

1. Измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне техники. В этот класс включены все высокоточные измерения и в первую очередь эталонные измерения, связанные с максимально возможной точностью воспроизведения установленных единиц физических величин. Сюда относятся также измерения физических констант, прежде всего универсальных, например измерение абсолютного значения ускорения свободного падения.

2. Контрольно-поверочные измерения, погрешность которых с определенной вероятностью не должна превышать некоторого заданного значения. В этот класс включены измерения, выполняемые лабораториями государственного контроля (надзора) за соблюдением требований технических регламентов, а также состоянием измерительной техники и заводскими измерительными лабораториями. Эти измерения гарантируют погрешность результата с определенной вероятностью, не превышающей некоторого, заранее заданного значения.

3. Технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений. Примерами технических измерений являются измерения, выполняемые в процессе производства на промышленных предприятиях, в сфере услуг и др.

Абсолютными называют измерения, которые основаны на прямых измерениях одной или нескольких основных величин или на использовании значений физических констант. Примерами абсолютных измерений являются: определение длины в метрах, силы электрического тока в амперах, ускорения свободного падения в метрах на секунду в квадрате.

Относительными называют измерения, при которых искомую величину сравнивают с одноименной величиной, играющей роль единицы или принятой за исходную. Примерами относительных измерений являются: измерение диаметра обечайки по числу оборотов мерного ролика, измерение относительной влажности воздуха, определяемой как отношение количества водяных паров в 1 куб.м воздуха к количеству водяных паров, которое насыщает 1 куб.м воздуха при данной температуре.

а) метод противопоставления, при котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, позволяющий установить соотношение между этими величинами, например измерение сопротивления по мостовой схеме с включением в диагональ моста показывающего прибора;

б) дифференциальный метод, при котором измеряемую величину сравнивают с известной величиной, воспроизводимой мерой. Этим методом, например, определяют отклонение контролируемого диаметра детали на оптиметре после его настройки на нуль по блоку концевых мер длины;

г) при методе совпадений разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, определяют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов. Например, при измерении штангенциркулем используют совпадение отметок основной и нониусной шкал.

Инструментальный метод основан на использовании специальных технических средств, в том числе автоматизированных и автоматических.

Экспертный метод оценки основан на использовании суждений группы специалистов.

Эвристические методы оценки основаны на интуиции.

Органолептические методы оценки основаны на использовании органов чувств человека. Оценка состояния объекта может проводиться поэлементными и комплексными измерениями. Поэлементный метод характеризуется измерением каждого параметра изделия в отдельности. Например, эксцентриситета, овальности, огранки цилиндрического вала. Комплексный метод характеризуется измерением суммарного показателя качества, на который оказывают влияние отдельные его составляющие. Например, измерение радиального биения цилиндрической детали, на которое влияют эксцентриситет, овальность и др.; контроль положения профиля по предельным контурам и т. п.

Источник

Бирюков С., Чередов А. Метрология: Тексты лекций

ОГЛАВЛЕНИЕ

2. ВИДЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

Прежде чем разбираться в сущности каких-либо явлений, удобно их сначала упорядочить, т.е. классифицировать.

Измерения подразделяются на виды измерений – часть области измерений,

некоторое заданное значение;
— технические, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений [11].
По способу выражения результатов измерения различают абсолютные и относительные измерения.
Абсолютные измерения – измерения, основанные на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант.
Относительные измерения – измерения отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную [12].

2.2. Методы измерений и их классификация

Все измерения могут производиться различными методами. Различают следующие основные методы измерений: метод непосредственной оценки и методы сравнения cмерой [7] .
2.2.1. Метод непосредственной оценки характеризуется тем, что значение измеряемой величины определяется непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора, заранее градуированного в единицах измеряемой величины. Этот метод является наиболее простым и поэтому широко применяется при измерении различных величин, например: измерение веса тела на пружинных весах, силы электрического тока стрелочным амперметром, разности фаз цифровым фазометром и т.д.

Функциональная схема измерения методом непосредственной оценки приведена на рис. 2.3.

Рис. 2.10. Классификация методов измерений

Источник

Виды и методы измерений. Тема 5. Измерения. Средства измерений

РАЗДЕЛ 1. МЕТРОЛОГИЯ. Тема 5

Тема 5. Измерения. Средства измерений.

1. Виды и методы измерений.

2. Понятие о средстве измерения.

3. Классификация средств измерения.

Виды измерений по способу получения информации классифицируют на:

Прямые измерения – это нахождение искомого значения величины из опытных данных путем экспериментального сравнения.

Косвенные измерения – используют результаты прямых измерений величин, связанных с искомой определенной зависимостью.

Совокупные измерения– связаны с решением системы урав­нений, составляемых по результатам одновременных измерений нескольких однородных (подобных) величин.

Совместные измерения – это измерения двух или более не­однородных физических величин для определения зависимости между ними.

Приведенные виды измерений включают различные методы, то есть способы решения измерительной задачи с теоретическим обо­снованием и разработкой использования средств измерений.

Различают два основных метода:

Метод непосредственной оценки – когда значение ФВ непосредственно определяют по отсчётному устройству прямого действия.

Метод сравнения с мерой – когда измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (измерение массы на равноплечих весах).

Метод сравнения с мерой имеет несколько разновидностей: нулевой метод (метод полного уравновешивания), дифференциальный метод и метод замещения.

Средство измерений (СИ) – это техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики (предел, диапазон, цену деления, чувствительность, погрешность).

Предел измерения – наибольшее или наименьшее значение диапазона измерения.

Диапазон – область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые пределы погрешности СИ.

Чувствительность прибора – численно равна перемещению указателя, соответствующему единице измеряемой величины, величина, обратная цене деления.

Классификация средств измерений: элементарные (меры, устройства сравнения, измерительные преобразователи) и комплексные (измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы, измерительно-вычислительные комплексы).

Мера – это СИ (гири, линейка), предназначенное для воспро­изведения и хранения ФВ заданного размера (массы, длины).

Устройство сравнения (компаратор) – это СИ, дающее возможность сравнивать друг с другом меры однородных величин или же показания измерительных приборов.

Измерительный преобразователь – электроизмерительное средство для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и сравнения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателя (например, шунты, терморезисторы, аналого-цифровые преобразователи).

Измерительные приборы – это СИ, которые позволяют полу-чать измерительную информацию в форме, удобной для восприятия пользователем (это амперметры, омметры, термометры).

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для восприятия наблюдателем, и расположенная в одном месте.

Измерительная система – это совокупность функционально объединенных средств измерений, вспомогательных устройств и средств вычислительной техники, размещенных в разных точках контролируемого пространства, с целью измерения нескольких ФВ, свойственных этому пространству.

Измерительно-вычислительный комплекс – функционально объединённая совокупность средств измерений, ЭВМ и вспомо-гательных устройств, предназначенная для выполнения в составе информационно-измерительной системы конкретной задачи.

Когда наш предок — древний, но уже мыслящий человек попытался найти для себя пещеру, он вынужден был соразмерить длину, ширину и высоту своего будущего жилища с собственным ростом. А ведь это и есть измерение — сравнение неизвестной величины с однородной ей величиной, принятой за единицу.

В наши дни этот познавательный процесс не обходится без измерительных средств — приборов и мер. Нет ни одной области практической деятельности человека, где можно было обойтись без измерений:

•ребенок появляется на свет, еще не имеет имени, но нам становятся известны его рост, вес, температура — уже в первые минуты жизни нам приходится сталкиваться с линейкой, весами, термометром.

•каждое утро, выходя из дома, мы оцениваем температуру воздуха на улице, и одеваем при необходимости легкую или теплую одежду.

Итак, измерение ФВ — это нахождение физической величины опытным путём с помощью специальных технических средств.

Источник

Основные определения в метрологии (измерение, физическая величина, принцип измерения, средства измерения, метод и погрешность измерения).

Основные определения в метрологии (измерение, физическая величина, принцип измерения, средства измерения, метод и погрешность измерения).

Физические величины – свойства, для которых могут быть установлены и воспроизведены градации определенного размера.

Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно по показаниям средства измерений

Косвенное измерение – измерение, при котором искомое значение величины находят расчетом на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, функционально связанными с искомой и определяемые посредством измерений.

Совместные измерения – одновременные измерения двух или нескольких разнородных величин для установление зависимости между ними.

Совокупные измерения – проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

Метод измерений – совокупность приемов использования принципов и средств измерений, выбранную для решения конкретной измерительной задачи.

Погрешность измерения – количественная характеристика качества измерений, определяемая, как разность между измеренным и истинным значениями измеряемой величины.

Понятие единства измерений. Обзор методов по обеспечению единства измерений.

Для обеспечения единства измерений реализуют следующие научно-технические, методические и административные мероприятия:

I)Использование законодательно установленной системы единиц физических величин.(СИ)

II)разработка и применение эталонов единиц физических величин.

III)использование только аттестованных данных о физических константах и физико-химических свойствах материалов и веществ.

IV)государственные испытания при разработке, выпуске и импорте приборов.

V)периодическая проверка находящихся в обращении средств измерений.

VI)измерение и поверка приборов строго в соответствии с аттестованными методами измерений и поверки.

VII)метрологический контроль за состоянием и применением средств измерений.

3. Эталоны единиц физических величин. Передача размеров единиц физических величин.

Эталон – средство(или комплекс средств) измерений, обеспечивающее воспроизведение и (или) хранение единицы для передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений, выполненное по особой спецификации и официально утвержденное в установленном порядке в качестве эталона.

Передача размеров единиц от первичного эталона: Первичный – рабочие (наивысшей точности) – 1-го разряда (высшей точности) – 2-го разряда (высокой точности) – 3-го разряда (средней точности) – 4-го разряда (низшей точности)

4. Поверка и ее виды. Поверочная схема.

Поверка – совокупность действий выполняемых при определении погрешности средств измерений и их соответствия регламентированным значениям метрологических характеристик.

5. Государственные испытания, проверка и ревизия средств измерений.

Государственным испытаниям подвергают опытные образцы средств измерений нового типа, предназначенные для серийного производства, а так же образцы средств измерений, ввозимые из-за границы.

Поверка – совокупность действий выполняемых при определении погрешности средств измерений и их соответствия регламентированным значениям метрологических характеристик.

Поверка бывает: Первичная; Периодическая; Внеочередная; Инспекторская.

6. Классификация основных методов измерений. Виды измерений. Примеры косвенных и совокупных измерений.

I)метод непосредственной оценки

II)метод сравнения с мерой

VI)поверка измерительных приборов

7. Средства измерений. Классификация средств измерений. Тенденции развития средств измерений.

Средства измерений – технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики.

В настоящее время метрология развивается по нескольким направлениям. Сформировались и развиваются две взаимосвязанные ветви метрологии: научная и законодательная.

В сферу деятельности современной метрологии входит и определение наиболее точных значений важнейших физических констант (скорости света, ускорения силы тяжести и др.).

В последние годы сформировалось учение о методах и приемах измерения (точнее, оценивания) качества – квалиметрия.

Конкретные схемные решения и элементная база средств измерения непрерывно изменяются и совершенствуются.

Цифровые вольтметры

Для цифровых вольтметров характерны:

высокая точность измерений;

широкий диапазон измеряемых значений напряжений;

индикация результатов измерений в цифровой форме;

возможность автоматического выбора шкал и полярности, подключения цифропечатающего устройства для механической регистрации результата, ввода информации об измеряемых величинах в ПК, применения для телеизмерений, превращения в измеритель сопротивлений или измеритель отношений двух напряжений.

1) по назначению – постоянного и переменного тока и напряжения, универсальные импульсные.

2) по схемному решению – с жесткой логикой и микропроцессорным управлением.

3) по методы аналого-цифрового преобразования – с времяимпульсным преобразованием, поразрядного кодирования, считывания и другие.

Цифровые вольтметры с жёсткой логикой

Цифровые вольтметры выпускаются трёх основных типов − постоянно-го тока, переменного тока и универсальные. ЦВ переменного тока и универ-сальные обычно состоят из высокоточного измерительного преобразователя переменного напряжения в постоянное напряжение и ЦВ постоянного тока.

Показания вольтметра выражаются либо в среднеквадратических значениях, либо в средневыпрямленных значениях синусоидального напряжения. Поэтому можно считать вольтметры с жёсткой логикой вольтметрами постоянного тока. Устройство и принцип действия измерительных преобразователей рассмотрены выше.

По принципу действия ЦВ с жёсткой логикой обычно подразделяют начетыре основные группы:

• вольтметры с двойным интегрированием;

• вольтметры поразрядного уравновешивания (кодирования);

• вольтметры с преобразованием напряжения в частоту.

8-17.Вольтметр (вольт + гр. μετρεω измеряю) — измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения напряжения или ЭДС в электрических цепях. Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии.

Классификация

По принципу действия вольтметры разделяются на: электромеханические — магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические, выпрямительные, термоэлектрические;электронные — аналоговые и цифровы

По назначению: постоянного тока;переменного тока;импульсные;фазочувствительные;селективные;универсальные

По конструкции и способу применения: щитовые;переносные;стационарные

4 Цифровые вольтметры

По виду измеряемой величины цифровые вольтметры делятся на: вольт­метры постоянного тока, переменного тока (средневыпрямленного или сред­него квадратического значения), импульсные вольтметры — для измерения параметров видео- и радиоимпульсных сигналов и универсальные вольтмет­ры, предназначенные для измерения напряжения постоянного и переменного тока, а также ряда других электрических и неэлектрических величин (сопро­тивления, температуры и прочее).

Осцилло́граф (лат. oscillo — качаюсь + греч. γραφω — пишу) — прибор, предназначенный для исследования (наблюдения, записи; измерения) амплитудных и временны́х параметров электрического сигнала, подаваемого на его вход, либо непосредственно на экране, либо записываемого на фотоленте.

Классификация

По назначению и способу вывода измерительной информации:

Осциллографы с периодической развёрткой для непосредственного наблюдения формы сигнала на экране (электронно-лучевом, жидкокристаллическом и т. д.) — в зап.-европ. языках oscilloscop(e)

Осциллографы с непрерывной развёрткой для регистрации кривой на фотоленте (шлейфовый осциллограф) — в зап.-европ. языках oscillograph

По способу обработки входного сигнала

По количеству лучей: однолучевые, двулучевые и т. д. Количество лучей может достигать 16-ти и более (n-лучевой осциллограф имеет nное количество сигнальных входов и может одновременно отображать на экране n графиков входных сигналов).

Осциллографы с периодической развёрткой делятся на: универсальные (обычные), скоростные, стробоскопические, запоминающие и специальные; цифровые осциллографы могут сочетать возможность использования разных функций.

Также существуют осциллографы, совмещенные с другими измерительными приборами (напр. мультиметром).

Осциллограф также может существовать не только в качестве автономного прибора, но и в виде приставки к компьютеру (подключаемой через какой-либо порт: LPT, COM, USB, вход звуковой карты).

Универсальные осциллографы

В настоящее время широко используются универсальные осциллографы, с помощью которых можно регистрировать непрерывные и импульсные процессы, исследовать пачки импульсов.

Универсальные осциллографы делятся на приборы с моноблочной конструкцией и приборы со сменными блоками.

Независимо от типа осциллографа в его структуре выделяют следующие основные узлы:

— узел электронно-лучевой трубки (ЭЛТ);

— усилитель отклонения лучей;

— вспомогательные устройства, которые служат для улучшения метрологических характеристик и автоматизации работы осциллографа;

— узлы питания и регулирования.

Устройство синхронизации и запуска развертки (рисунок 4.2), преобразует различные по форме и величине сигналы в стандартные импульсы и позволяет выбрать для запуска развертки момент времени, соответствующий определенному уровню входного сигнала.

Рисунок 4.2 – Структурная схема синхронизации и запуска

С помощью переключателя входа выбирается синхронизирующий сигнал, компаратор определяет момент запуска развертки. Сигнал с усилителя поступает на формирователь импульсов, формирующий запускающий сигнал с крутым передним фронтом, независимо от параметров входного сигнала.

К параметрам входа канала синхронизации предъявляются менее жесткие требования, чем к параметрам входа Y или X-каналов.

На рисунке 4.3 изображена схема универсального осциллографа.

Как видно из рисунка, исследуемый сигнал, поступая на вход канала Y, усиливается и преобразуется в симметричный. Применение симметричного выхода в усилителях осциллографа необходимо для уменьшения специфических искажений сигнала, появляющихся в связи с наличием емкости отклоняющих пластин, а также влияния на скорость движения электронов в трубке среднего потенциала пластин.

Для изменения калиброванного коэффициента отклонения на входе канала Y установлен входной делитель — аттенюатор. При переключении аттенюатора калиброванный коэффициент усиления изменяется в 2 или 2,5 раза при неизменном сопротивлении входа осциллографа.

В предварительном усилителе канала Y предусмотрена плавная регулировка усиления и перемещения изображения по вертикали. Входной каскад усилителя совместно с аттенюатором должен обеспечить малое влияние осциллографа на исследуемый объект, т. е. должен иметь большое входное сопротивление, малую входную емкость и способность пропускать все частоты входного сигнала.

В канале Y имеется линия задержки, которая задерживает входной сигнал на время задержки работы генератора ждущей развертки. Это позволяет получить на экране осциллографа полное изображение процесса, включая даже его самый начальный момент и получить устойчивое изображение импульсного процесса с любыми пара­метрами.

При изучении входных сигналов с большой постоянной составляющей вход осциллографа можно сделать закрытым. Разделительный конденсатор включается переключателем SA1.

На горизонтально отклоняющие пластины трубки поступает вырабатываемое генератором развертки пилообразное напряжение, усиленное усилителем горизонтального отклонения луча (канал X). Регулирование усиления этого усилителя позволяет изменять масштаб изображения по горизонтали и калибровать коэффициент развертки.

В зависимости от характера исследуемых сигналов генератор развертки может работать в непрерывном и ждущем режимах (положение Ж и Н переключателя SA 2)Чтобы изображение на экране осциллографа было неподвижным и стабильным, необходима синхронизация генератора развертки исследуемым процессом. Для этого на генератор развертки подают короткие синхронизирующие импульсы, сформированные из исследуемого сигнала в устройстве синхронизации и запуска развертки (положение 1 SA5)

Синхронизацию непрерывной и ждущей разверток можно осуществлять и от внешних источников сигнала (положение 2SA5).При этом устройство запуска развёртки нормализует синхронизирующий сигнал, превращая его в импульсы с постоянным фронтом.

Чтобы иметь возможность получения изображения функциональной зависимости двух величин, предусмотрена возможность отключения генератора развертки от усилителя X и подачи на его вход внешнего сигнала (положение 2 SA3).

При осциллографировании быстрых процессов изображение сигнала неяркое. Для того, чтобы обеспечить возможность его наблюдения и фотографирования, приходится форсировать режим работы трубки осциллографа. Для этого в осциллографе предусмотрено устройство управления лучом по яркости (вход позволяющее резко увеличить яркость луча при прямом ходе развертки и исключить возможность прожога экрана трубки во время отсутствия сигнала на входе осциллографа.

С целью улучшения метрологических характеристик осциллографа в него вводятся калибраторы амплитуды и длительности. Калибратор амплитуды представляет собой источник сигнала с известной амплитудой. Этот сигнал подаете на вход осциллографа (положение 2 SA4) или на пластины трубки и позволяет отградуировать в единицах напряжения канал Y осциллографа.

Калибратор меток времени представляет собой стабильный генератор электрических колебаний. Его сигнал подается на усилитель канала вертикального отклонения. Период повторения этого сигнала используется в качестве калибровочных интервалов времени; функции калибраторов могут быть совмещены в одном генераторе.

Рисунок 4.3 – Структурная схема универсального осциллографа

В соответствии с ГОСТ 16263-70 «Метрология. Термины и определения»: метрология – это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Точность измерений характеризуется близостью их результатов к истинному значению измеряемой величины. Точность – величина, обратная погрешности (о ней речь пойдет ниже).

Измерительная техника – это практическая, прикладная область метрологии.

Измеряемыми величинами, с которыми имеет дело метрология, являются физические величины, т. е. величины, входящие в уравнения опытных наук (физика, химия и др.), занимающихся познанием мира эмпирическим (т. е. опытным) путем.

Метрология проникает во все науки и дисциплины, имеющие дело с измерениями, и является для них единой наукой.

Основные понятия, которыми оперирует метрология, следующие:

— единица физической величины;

— система единиц физических величин;

— размер единицы физической величины (передача размера единицы физической величины);

— средства измерений физической величины;

— образцовое средство измерений;

— рабочее средство измерений;

— измерение физической величины;

— метрологическое обеспечение и т. д.

Дадим определения некоторым основным понятиям:

Физическая величина – характеристика одного из свойств физического объекта (явления или процесса), общая в качественном отношений для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальная для каждого объекта (т. е. значение физической величины может быть для одного объекта в определенное число раз больше или меньше, чем для другого). Например»: длина, время, сила электрического тока.

Единица физической величины – физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение равное 1, и применяемое для количественного выражения однородных физических величин. Например: 1 м – единица длины, 1 с – времени, 1А – силы электрического тока.

Система единиц физических величин – совокупность основных и производных единиц физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами для заданной системы физических величин. Например: Международная система единиц (СИ), принятая в 1960 г.

Исторически первой системой единиц физических величин была принятая в 1791 г. Национальным собранием Франции метрическая система мер. Она не являлась еще системой единиц в современном понимании, а включала в себя единицы длин, площадей, объемов, вместимостей и веса, в основу которых были положены две единицы: метр и килограмм.

В дальнейшем с развитием науки и техники появился ряд систем единиц физических величин, построенных по принципу, предложенному Гауссом, базирующихся на метрической системе мер, но отличающихся друг от друга основными единицами.

Рассмотрим главнейшие системы единиц физических величин.

Система СГС. Система единиц физических величин СГС, в которой основными единицами являются сантиметр как единица длины, грамм как единица массы и секунда как единица времени, была установлена в 1881 г.

Система МКСА. Основы этой системы были предложены в 1901 г. итальянским ученым Джорджи. Основными единицами системы МКСА являются метр, килограмм, секунда и ампер.

Наличие ряда систем единиц физических величин, а также значительного числа внесистемных единиц, неудобства, связанные с пересчетом при переходе от одной системы единиц к другой, требовало унификации единиц измерений. Рост научно-технических и экономических связей между разными странами обусловливал необходимость такой унификации в международном масштабе.

Требовалась единая система единиц физических величин, практически удобная и охватывающая различные области измерений. При этом она должна была сохранить принцип когерентности (равенство единице коэффициента пропорциональности в уравнениях связи между физическими величинами).

В РФ система СИ регламентируется ГОСТом 8.417-81.

Размер единицы физической величины – количественная определенность единицы физической величины, воспроизводимой или хранимой средством измерений. Размер основных единиц СИ устанавливается определением этих единиц Генеральными конференциями по мерам и весам (ГКМВ). Так, в соответствии с решением XIII ГКМВ, единица термодинамической температуры, кельвин, установлена равной 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.

Воспроизведение единиц осуществляется национальными метрологическими лабораториями при помощи национальных эталонов. Отличие размера единицы, воспроизводимой национальным эталоном от размера единицы по определению ГКМВ устанавливается при международных сличениях эталонов.

Размер единицы, хранимой образцовым (ОСИ) или рабочим (РСИ) средствами измерений, может быть установлен по отношению к национальному первичному эталону. При этом может быть несколько ступеней сравнения (через вторичные эталоны и ОСИ).

Измерение физической величины – совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, заключающихся в сравнении (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей с целью получения этой величины в форме, наиболее удобной для использования.

Принцип измерений – физическое явление или эффект, положенное в основу измерений тем или иным типом средств измерений.

— применение эффекта Доплера для измерения скорости;

— применение эффекта Холла для измерения индукции магнитного поля;

— использование силы тяжести при измерении массы взвешиванием.

По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения разделяются на:

статические, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени;

динамические, в процессе которых измеряемая величина изменяется и является непостоянной во времени.

По способу получения результатов измерений их разделяют на:

При прямых измерениях экспериментальным операциям подвергают измеряемую величину, которую сравнивают с мерой непосредственно или же с помощью измерительных приборов, градуированных в требуемых единицах. Примерами прямых служат измерения длины тела линейкой, массы при помощи весов и др.

Примеры косвенных измерений: определение объема тела по прямым измерениям его геометрических размеров, нахождение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения.

Косвенные измерения широко распространены в тех случаях, когда искомую величину невозможно или слишком сложно измерить непосредственно или когда прямое измерение дает менее точный результат. Роль их особенно велика при измерении величин, недоступных непосредственному экспериментальному сравнению, например размеров астрономического или внутриатомного порядка.

Примером совокупных измерений является определение массы отдельных гирь набора (калибровка по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь).

В качестве примера можно назвать измерение электрического сопротивления при 200С и температурных коэффициентов измерительного резистора по данным прямых измерений его сопротивления при различных температурах.

Метод измерения – это способ экспериментального определения значения физической величины, т. е. совокупность используемых при измерениях физических явлений и средств измерений.

Метод непосредственной оценки заключается в определения значения физической величины по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия. Например – измерение напряжения вольтметром.

Этот метод является наиболее распространенным, но его точность зависит от точности измерительного прибора.

Метод сравнения с мерой – в этом случае измеряемая величина сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой. Точность измерения может быть выше, чем точность непосредственной оценки.

Различают следующие разновидности метода сравнения с мерой:

Метод противопоставления, при котором измеряемая и воспроизводимая величина одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между величинами. Пример: измерение веса с помощью рычажных весов и набора гирь.

Дифференциальный метод, при котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой. При этом уравновешивание измеряемой величины известной производится не полностью. Пример: измерение напряжения постоянного тока с помощью дискретного делителя напряжения, источника образцового напряжения и вольтметра.

Нулевой метод, при котором результирующий эффект воздействия обеих величин на прибор сравнения доводят до нуля, что фиксируется высокочувствительным прибором – нуль-индикатором. Пример: измерение сопротивления резистора с помощью четырехплечевого моста, в котором падение напряжения на резисторе с неизвестным сопротивлением уравновешивается падением напряжения на резисторе известного сопротивления.

Метод замещения, при котором производится поочередное подключение на вход прибора измеряемой величины и известной величины, и по двум показаниям прибора оценивается значение измеряемой величины, а затем подбором известной величины добиваются, чтобы оба показания совпали. При этом методе может быть достигнута высокая точность измерений при высокой точности меры известной величины и высокой чувствительности прибора. Пример: точное точное измерение малого напряжения при помощи высокочувствительного гальванометра, к которому сначала подключают источник неизвестного напряжения и определяют отклонение указателя, а затем с помощью регулируемого источника известного напряжения добиваются того же отклонения указателя. При этом известное напряжение равно неизвестному.

Метод совпадения, при котором измеряют разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов. Пример: измерение частоты вращения детали с помощью мигающей лампы стробоскопа: наблюдая положение метки на вращающейся детали в моменты вспышек лампы, по известной частоте вспышек и смещению метки определяют частоту вращения детали.

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

По метрологическому назначению средства измерений подразделяются на:

— образцовые средства измерений, предназначенные для обеспечения единства измерений в стране.

— стандартизованные средства измерений, изготовленные в соответствии с требованиями государственного или отраслевого стандарта.

— нестандартизованные средства измерений – уникальные средства измерений, предназначенные для специальной измерительной задачи, в стандартизации требований к которому нет необходимости. Нестандартизованные средства измерений не подвергаются государственным испытаниям (поверкам), а подлежат метрологическим аттестациям.

По степени автоматизации – на:

— автоматические средства измерений, производящие в автоматическом режиме все операции, связанные с обработкой результатов измерений, их регистрацией, передачей данных или выработкой управляющего сигнала;

— автоматизированные средства измерений, производящие в автоматическом режиме одну или часть измерительных операций;

— неавтоматические средства измерений, не имеющие устройств для автоматического выполнения измерений и обработки их результатов (рулетка, теодолит и т. д.).

По конструктивному исполнению – на:

Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Мера выступает в качестве носителя единицы физической величины и служит основой для измерений. Примеры мер: нормальный элемент – мера Э.Д.С. с номинальным напряжением 1В; кварцевый резонатор – мера частоты электрических колебаний.

Измерительный преобразователь – средство измерений для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному наблюдению человеком (оператором). Часто используют термин первичный измерительный преобразователь или датчик. Электрический датчик – это один или несколько измерительных преобразователей, объединенных в единую конструкцию и служащих для преобразования измеряемой неэлектрической величины в электрическую. Например: датчик давления, датчик температуры, датчик скорости и т. д.

Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия человеком (оператором).

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных средств измерений, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного наблюдения человеком и расположенная в одном месте. Измерительная установка может включать в себя меры, измерительные приборы и преобразователей, а также различные вспомогательные устройства.

Метрологические характеристики средств измерений

Все средства измерений, независимо от их конкретного исполнения, обладают рядом общих свойств, необходимых для выполнения ими их функционального назначения. Технические характеристики, описывающие эти свойства и оказывающие влияние на результаты и на погрешности измерений, называются метрологическими характеристиками. Комплекс нормируемых метрологических характеристик устанавливается таким образом, чтобы с их помощью можно было оценить погрешность измерений, осуществляемых в известных рабочих условиях эксплуатации посредством отдельных средств измерений или совокупности средств измерений, например автоматических измерительных систем.

Источник