Виды шкал средств измерений

Односторонняя шкала — шкала с нулевой отметкой, расположенной в начале или в конце шкалы

Двусторонняя шкала — шкала с нулевой отметкой, расположенной между начальной и конечной отметками.

Различают симметричные (начальная и конечная отметки соответствуют одинаковым значениям измеряемой величины) и несимметричные двусторонние шкалы (начальной и конечной отметкам соответствуют разные значения).

Рис. 8 Неравномерная шкала омметра

Начальное значение шкалы — наименьшее значение измеряемой величины, которое может быть отсчитано по шкале средства измерений. Во многих случаях шкала начинается с нулевой отметки, однако могут быть и другие значения — например, у медицинского термометра это 34,3 °C.

Конечное значение шкалы — наибольшее значение измеряемой величины, которое может быть отсчитано по шкале средства измерений.

Характер шкалы — функциональная зависимость a = f(x) между линейным (или угловым) расстоянием a какой-либо отметки от начальной отметки шкалы, выраженным в долях всей длины шкалы, и значением x измеряемой величины, соответствующим этой отметке:

Равномерная шкала — шкала, отметки на которой нанесены равномерно.

Стрелочные измерительные приборы: вольтметры, амперметры, омметры и т. д., обладают шкалами. Иногда шкала у прибора всего одна, а иногда их несколько, при этом индикатором измерений служит всего одна стрелка.

Отметим, что шкалы эти бывают разными. Во-первых, более распространенными являются именованные шкалы, то есть шкалы, на которых деления проградуированы соответствующими единицами измеряемых величин, это градуированные шкалы.

Рис. 10 Многофункциональный прибор, Тестер

Во-вторых, встречаются условные шкалы. Если прибор имеет несколько переключаемых пределов измерений, то шкала будет, как правило, условной, и одни и те же деления будут иметь разные значения в каждом из установленных пользователем пределов.

Для того, чтобы по условной шкале прибора определить точно значение измеряемой в данный момент величины, необходимо, зная цену деления, количество делений до того места, куда отклонилась, и где остановилась в данный момент стрелка, умножить на цену деления.

Если цена деления не ясна, то ее можно легко найти, для этого берется разность между двумя известными значениями на шкале, и делится на количество делений между этими значениями. Например, известно, что красная шкала имеет ширину 10 вольт, а количество делений 50, значит цена деления для красной шкалы составляет 200 мВ.

Если на шкале есть отметка ноль, то шкала называется нулевой. Если нуля нет, то шкала называется безнулевой. Что касается нулевых шкал, то они, в свою очередь, подразделяются на односторонние и двухсторонние. На фото выше можно видеть сразу семь нулевых шкал.

У односторонних ноль размещен в самом начале шкалы (как на рисунке, головка вольтметра с односторонней шкалой), а у двухсторонних — по центру или между конечной и начальной отметками. Так, в зависимости от расположения нуля, двухсторонние шкалы подразделяются на несимметричные и симметричные.

Рис. 12 Миллиамперметр

Симметричная шкала ноль имеет по центру, несимметричная — не по центру шкалы. Если шкала безнулевая, то крайние отметки обозначают верхний и нижний пределы измерений. На фото выше изображен миллиамперметр с симметричной двухсторонней шкалой, цена деления составляет 50 мкА, поскольку 0,5 мА / 10 = 0,05 мА или 50 мкА.

В зависимости от характера связи угловых и линейных расстояний между двумя соседними делениями шкалы с измеряемыми величинами, шкалы бывают неравномерными, равномерными, логарифмическими, степенными и т. д. Для более точных измерений предпочтительней равномерные шкалы.

Когда отношение ширины самого широкого деления к самому узкому не более 1,3 при неизменной цене деления, шкалу уже можно считать равномерной.

Рис. 13 Многофункциональный прибор, Тестер

На лицевой стороне измерительного прибора, недалеко от шкалы, как правило, размещены необходимые маркировки: единица величины измерения, ГОСТ, класс точности прибора, число фаз и род тока, категория защищенности данного измерительного прибора от внешних электрических и магнитных полей, условия эксплуатации, рабочее положение, предельное напряжение прочности изоляции измерительных цепей (на фото — в звездочке «2», значит 2 кВ), номинальная частота тока, если отличается от промышленных 50 Гц, например 500 Гц, положение относительно Земли, тип, система прибора, год выпуска, заводской номер, и прочие важные параметры.

Цена деления шкалы микроамперметра А₁.

Микроамперметр А₁ измеряет силу тока до 50 мкА. Шкала прибора содержит 5 больших делений, каждое из которых разделено еще на 10 делений.

Для того чтобы определить показание микроамперметра необходимо умножить цену деления на количество делений шкалы, соответствующих отклонению стрелки прибора.

Пример 1.Отклонение стрелки соответствует 2 большим или 20 маленьким делениям. Показание микроамперметра равно 10мкА * 2 = 20 мкА или 1мкА * 20 = 20 мкА.

Источник

Шкала измерительного прибора, цена деления шкалы

Шкала — плоская или цилиндрическая поверхность, относительно которой движется стрелка, на которой нанесены деления.

Иногда шкала у прибора всего одна, а иногда их несколько, при этом индикатором измерений служит всего одна стрелка. Давайте же разберемся, что это за шкалы, и как ими пользоваться, чтобы ничего не напутать.

Для начала отметим, что шкалы эти бывают разными. Во-первых, более распространенными являются именованные шкалы, то есть шкалы, на которых деления проградуированы соответствующими единицами измеряемых величин, это градуированные шкалы.

Во-вторых, встречаются условные шкалы. Если прибор имеет несколько переключаемых пределов измерений, то шкала будет наверняка условной, и одни и те же деления будут иметь разные значения в каждом из установленных пользователем пределов.

Для того, чтобы по условной шкале прибора определить точно значение измеряемой в данный момент величины, необходимо, зная цену деления, количество делений до того места, куда отклонилась, и где остановилась в данный момент стрелка, умножить на цену деления.

Если цена деления не ясна, то ее можно легко найти, для этого берется разность между двумя известными значениями на шкале, и делится на количество делений между этими значениями. Например, известно, что красная шкала имеет ширину 10 вольт, а количество делений 50, значит цена деления для красной шкалы составляет 200 мВ.

Если на шкале есть отметка ноль, то шкала называется нулевой. Если нуля нет, то шкала называется безнулевой. Что касается нулевых шкал, то они, в свою очередь, подразделяются на односторонние и двухсторонние. На фото выше можно видеть сразу семь нулевых шкал.

У односторонних ноль размещен в самом начале шкалы (как на рисунке, головка вольтметра с односторонней шкалой), а у двухсторонних — по центру или между конечной и начальной отметками. Так, в зависимости от расположения нуля, двухсторонние шкалы подразделяются на несимметричные и симметричные.

Симметричная шкала ноль имеет по центру, несимметричная — не по центру шкалы. Если шкала безнулевая, то крайние отметки обозначают верхний и нижний пределы измерений. На фото выше изображен миллиамперметр с симметричной двухсторонней шкалой, цена деления составляет 50 мкА, поскольку 0,5 мА / 10 = 0,05 мА или 50 мкА.

В зависимости от характера связи угловых и линейных расстояний между двумя соседними делениями шкалы с измеряемыми величинами, шкалы бывают неравномерными, равномерными, логарифмическими, степенными и т. д. Для более точных измерений предпочтительней равномерные шкалы.

Когда отношение ширины самого широкого деления к самому узкому не более 1,3 при неизменной цене деления, шкалу уже можно считать равномерной.

На лицевой стороне измерительного прибора, недалеко от шкалы, как правило, размещены необходимые маркировки: единица величины измерения, ГОСТ, класс точности прибора, число фаз и род тока, категория защищенности данного измерительного прибора от внешних электрических и магнитных полей, условия эксплуатации, рабочее положение, предельное напряжение прочности изоляции измерительных цепей (на фото — в звездочке «2», значит 2 кВ), номинальная частота тока, если отличается от промышленных 50 Гц, например 500 Гц, положение относительно Земли, тип, система прибора, год выпуска, заводской номер, и прочие важные параметры.

В этой таблице приведены расшифровки основных обозначений, которые можно встретить на шкалах. Надеемся, что эта краткая статья поможет вам научиться правильно проводить измерения при помощи стрелочных измерительных приборов.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Метрологические характеристики средств измерений

Для оценки пригодности СИ к измерениям в известном диапазоне с известной точностью вводят метрологические характеристики (далее — MX) СИ с целью:

По ГОСТ 8.009—84 устанавливают перечень MX, способы их нормирования и формы представления. Каждая из видов MX по назначению может быть представлена более детально с учетом видов самих измерений и СИ в зависимости от изменений влияющих величин или неинформативных параметров входного сигнала.

Неинформативным называется параметр входного сигнала СИ, не связанный функционально с измеряемым параметром. Например, частота переменного тока при измерении его амплитуды.

Нормальные метрологические характеристики (далее — НМХ) устанавливаются документами. MX, определенные документами, считаются действительными. На практике наиболее распространены следующие MX СИ.

Диапазон измерения— область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые пределы погрешности СИ (для преобразователей — это диапазон преобразования).

Предел измерения — наибольшее или наименьшее значение диапазона измерения. Для мер — это номинальное значение воспроизводимой величины.

Шкала средств измерения — это упорядоченная совокупность отметок и цифр, соответствующая ряду последовательных значений измеряемой величины.

В шкале Цельсия за начало отсчета принята температура таяния льда, в качестве основного интервала (опорной точки) — температура кипения воды. Одна сотая часть этого интервала — градус Цельсия.

Различают несколько разновидностей шкал:

Различают равномерные и неравномерные шкалы. Последние делятся на существенно неравномерные и степенные. Под существенно неравномерной шкалой понимают шкалу с сужающимися делениями, на которой отметка, соответствующая полусумме начального и конечного значения рабочей части шкалы, расположена между 65 и 100 % длины этой рабочей части. Под степенной шкалой понимают шкалу с расширяющимися или сужающимися делениями, но не попадающими под определение существенно неравномерных.

Например, у шкалы на рис.3.6 начальный участок (

20 %) сжат, потому производить отсчеты на нем неудобно. Тогда предел измерения по шкале составляет 50 ед., а диапазон — 10. 50 ед.

Рис. 3.6. Неравномерная шкала СИ

Цена деления шкалы — разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Приборы с равномерной шкалой имеют постоянную цену деления, а с неравномерной — переменную. В этом случае нормируется минимальная цена деления.

Чувствительность — отношение изменения сигнала dу на выходе СИ к вызвавшему это изменение изменению dх сигнала на входе:

S = dу/dх. (3.2)

Например, для стрелочного СИ — это отношение перемещения dl конца стрелки к вызвавшему его изменению dx измеряемой величины:

S= dl/dx.(3.3)

Таким образом, для неравномерных шкал величина S = var, и степень неравномерности шкалы оценивают через коэффициент: J = S_max/S_min.

Для равномерных шкал
S=S_ср = const иS_ср =l/x_n, (3.4)
где x_n— диапазон измерений.

Чувствительность нельзя отождествлять с порогом чувствительности — наименьшим значением измеряемой величины, вызывающим заметное изменение показаний прибора.

Величину, обратную чувствительности, называют постоянной прибораC=1/S.

Как правило, выходным сигналом СИ является отсчет (показание) в единицах величины. В этом случае постоянная прибора С равна цене деления. Поэтому для СИ с неравномерной шкалой чувствительность — величина переменная.

Вариация (гистерезис) — разность между показаниями СИ в данной точке диапазона измерения при возрастании и убывании измерений величины и неизменных внешних условиях:

H=|xв –xу| (3.5)

где xв, xу — значения измерений образцовыми СИ при возрастании и убывании величины x. Следует иметь в виду, что, хотя вариация показаний СИ вызывается случайными факторами, сама она — не случайная величина.

Зависимость между выходным и входным сигналом СИ, полученную экспериментально, называют градуировочной характеристикой, которая может быть представлена аналитически, графически или в виде таблицы. Градуировочная характеристика может изменяться под воздействием внешних и внутренних причин. Например, при быстром изучении тока подвижная часть СИ, вследствие инерции, не успевает « следить» за изменением тока. Градуировочная характеристика в этом случае должна выражаться дифференциальным уравнением.

Точность измерения — это степень приближения результатов измерения к некоторому действительному значению физической величины. Чем меньше точность, тем больше погрешность измерения и, соответственно, чем меньше погрешность, тем выше точность.

Основная MX СИ — погрешность СИ — есть разность между показаниями СИ и истинными (действительными) значениями ФВ.

Классификация погрешностей СИ:

по отношению к внешним воздействиям:

по способу выявления:

по характеру режима измерения:

по способу нормирования МХ:

по взаимодействию с выходным сигналом:

Все погрешности СИ в зависимости от внешних условий делятся на основные и дополнительные.

Основная погрешность — это погрешность СИ при нормальных условиях эксплуатации. Как правило, нормальными условиями эксплуатации являются: температура 293 ± 5 К или 20 ± 5 °С, относительная влажность воздуха 65 ± 15 % при 20 °С, напряжение в сети питания 220 В ±10 % с частотой 50 Гц ±1 %, атмосферное давление от 97,4 до 104 кПа, отсутствие электрических и магнитных полей (наводок).

В рабочих условиях, зачастую отличающихся от нормальных более широким диапазоном влияющих величин, при необходимости нормируется дополнительная погрешность СИ.

Существуют три способа нормирования основной погрешности СИ:

В качестве предела допускаемой погрешности выступает наибольшая погрешность, вызываемая изменением влияющей величины, при которой СИ по техническим требованиям может быть допущено к применению. То же самое относится и к дополнительным погрешностям. При этом исходят из следующих положений:

Иногда дополнительную погрешность нормируют в виде коэффициента, указывающего, «на сколько» или «во сколько» изменяется погрешность при отклонении номинального значения. Например, указание, что температурная погрешность вольтметра составляет ±1% на 10 °С, означает, что при изменении среды на каждые 10 °С добавляется дополнительная погрешность 1 %.

Вследствие сложности разделения дополнительных и основных погрешностей поверку СИ выполняют только при нормальных условиях (т. е. дополнительные погрешности исключены).

Случайной погрешностью СИ называют составляющую, изменяющуюся при повторных измерениях одной и той же величины случайным образом (например, вызванные неправильным функционированием механических или электрических элементов измерительного устройства).

Систематическая погрешность СИ — это составляющая общей погрешности, которая остается постоянной или закономерно изменяется при многократных измерениях одной и той же величины (например, если тензосопротивление (изменяется сопротивление от приложенного давления)* плохо наклеено на упругий элемент, то деформация его решетки не будет соответствовать деформации упругого элемента и датчик будет постоянно неправильно реагировать). Различают следующие составляющие систематической погрешности:

Выделяют также грубые погрешности которые, как правило, допускаются самим исполнителем, который из-за неопытности или усталости неправильно считывает показания приборов или ошибается при обработке информации. Их причиной могут стать и неисправность средств измерения, и резкое изменение условий измерения.

Статистические погрешности возникают при измерении постоянных величин после завершения переходных процессов в элементах СИ.

Динамическая погрешность — разница между погрешностями СИ в динамическом режиме и его статистической погрешностью.

В соответствии с ГОСТ 8.401—80 для пределов допускаемой основной (и дополнительной) погрешностей предусмотрены различные способы выражения в виде абсолютной, относительной и приведенной погрешности.

Абсолютная погрешность — разность между показаниями x СИ и действительным значением x_д измеряемой величины. Выражается она в единицах измеряемой ФВ и может быть задана:

Рис. 3.7. Формирование аддитивной и мультипликативной
составляющих погрешности

Поскольку абсолютная погрешность выражается в абсолютных единицах ФВ, то это не дает возможность сравнивать СИ и измеряющие разные ФВ. Для этой цели можно использовать относительные погрешности D как отношение абсолютной погрешности к действительному x_д значению, выраженные в процентах

d= ± ( D /x_д) · 100 %.(3.6)

Эта формула показывает, что для одного и того же СИ d уменьшается с ростом x_д и приближается к бесконечности (¥) при x_д ®0. То есть при измерении на начальном участке шкалы с начальной нулевой отметкой погрешности измерения могут быть сколь угодно велики. Поэтому в метрологии существует принцип запрета измерений на таких участках.

Рис. 3.8. Квантование погрешности цифровых СИ

При многократных измерениях в качестве истинного значения, как правило, используют среднее арифметическое значение.

Калибровка средств измерения

Калибровка средства измерения — совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и (или) пригодности к применению средства измерения, не подлежащего государственному метрологическому контролю и надзору (далее — ГМНиК).

Из определения можно сделать два вывода:

В первом случае лаборатория, калибрующая по заявке (договору) заказчика СИ, не делает вывода о пригодности прибора. Установленные характеристики могут отличаться от паспортных, и только в компетенции заказчика определять, в каких условиях и для каких целей можно и нужно использовать данные СИ.

Во втором случае СИ признается пригодным, если действительное значение его метрологических характеристик соответствует техническим требованиям, установленным в НД или заказчиком. Вывод о пригодности СИ в этом случае делает калибровочная лаборатория.

В решаемых на практике измерительных задачах калибровка может сводиться только к проверке пригодности СИ, т.е. его работоспособности. В частности, требуется знать не действительные значения измеряемой величины, нужно лишь констатировать наличие величины измеряемого сигнала определенного уровня. Примером может служить калибровка устройств — сигнализаторов предельного значения температуры. В сигнализаторах, имеющих одну или несколько сигнальных лампочек, включение или выключение последних свидетельствует о достижении предельных значений величины. В устройствах, имеющих шкалу в виде нескольких цветовых секторов (подобных посуде фирмы «Цептер»), положение указательной стрелки в пределах конкретного сектора означает определенное состояние объекта измерений.

Калибровка может быть возложена как на МС юридического лица, так и на любую другую организацию, способную выполнить калибровочные работы.

Результаты калибровки СИ удостоверяются калибровочным знаком, наносимым на СИ, записью в эксплуатационных документах или сертификатом о калибровке.

На основе договоров, заключаемых с государственными научными метрологическими центрами или органами ГМС, заинтересованные МС юридических лиц могут быть аккредитованы на право проведения калибровочных работ. В этих случаях последним предоставляется право выдавать сертификаты о калибровке от имени органов и организаций, которые их аккредитовали.

Аккредитация — процедура добровольная. В каких случаях она необходима? Прежде всего, тогда, когда предприятие поставляет продукцию на зарубежные рынки. В этом случае торговый партнер (покупатель) может потребовать от продавца подтверждения того, что характеристики продукции измерялись приборами, проверенными аккредитованной МС.

В 1994—1995 гг. в России сформировалась Российская система калибровки (РСК). В «Положении о Российской системе калибровки» регламентированы следующие вопросы:

Источник

Что значит неравномерная шкала

Счётная линейка получила широкое применение в инженерных расчётах, а с повышением технического уровня нашей страны она становится необходимым инструментом не только инженера, но и квалифицированного рабочего.

Устройство счётной линейки основано на теории логарифмов, но для практического пользования линейкой можно обойтись без знания логарифмов.

Для того чтобы в совершенстве овладеть вычислениями на линейке, необходимо непрерывно упражняться и пользоваться ею при всевозможных расчётах на уроках математики, физики, химии, машиноведения, а также в мастерских и вне школы.

§ 85. Равномерные и неравномерные шкалы.

Рассмотрим обыкновенную миллиметровую линейку (черт. 34).

Если принять за единицу длины отрезок в 1 см, то в точке а (черт. 35) мы прочтём число 0,8, в точке

в точке Если же положить, что единица выражается длиной не в 1 см, а в 1 мм, то штрих, помеченный цифрой 1, будет уже изображать число 10, и в точке а мы прочтём 8, в точке в точке

Итак, в зависимости от того, какую длину мы принимаем за единицу, значение одного и того же штриха шкалы изменяется.

Так как один и тот же штрих шкалы может обозначать различные числа, отличающиеся друг от друга в раз, то мы часто будем читать числа как цифровой ряд, не обращая внимания на положение запятой и нули в конце числа. Например, числа 6,25; 62,5; 625; 6250; 0,0625 читаются одинаково: — шесть — два — пять.

При помощи двух равномерных шкал можно устроить прибор для сложения и вычитания чисел. На чертеже 36 показано, как на таком приборе найти сумму 14 и 26.

Для того чтобы осуществить это сложение, нужно против 14 на нижней шкале поставить 0 (начало) верхней шкалы, и тогда против 26 верхней шкалы прочтем на нижней

Легко сообразить, как на этом приборе, можно производить вычитание двух чисел.

Но если вместо равномерных шкал воспользоваться специальными неравномерными шкалами, то оказывается возможным производить умножение, деление, возведение в степень и другие действия над числами.

Познакомимся с некоторыми неравномерными шкалами.

На чертеже 37 изображена мерная коническая мензурка, которая кверху расширяется, и расстояния между делениями шкалы постепенно уменьшаются, хотя соответствующие им объёмы жидкости равны. На мензурке мы видим неравномерную шкалу.

На многих электрических приборах можно увидеть неравномерные шкалы, например на амперметре (черт. 38), вольтметре и др. Дальше мы подробно рассмотрим неравномерные шкалы на счётной линейке.

Источник