Основные метрологические характеристики средств измерений

 

 

РЕФЕРАТ

ПО  ДИСЦИПЛИНЕ

 

«Обследование, испытания  и реконструкция зданий, сооружений и застройки»

СЛУШАТЕЛЬ:    

 

 

ТЕМА:  Основные  метрологические характеристики средств измерений

 

 

 

 

Хабаровск, 2013 г.

 

 

 

 

Содержание

Введение

1. Общие понятия в метрологии

2. Виды средств измерений

3. Метрологические характеристики средств измерений

3.1. Классификация и метрологические характеристики средств измерений

3.2. Диапазон  и предел измерений

3.3.  Погрешность средств  измерений

Заключение

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

        В практической жизни человек всюду имеет дело с измерениями. На каждом шагу встречаются измерения таких величин, как длина, объем, вес, время и другие.

     Измерения являются одним из важнейших путей познания природы человеком. Они дают количественную характеристику окружающего мира, раскрывая человеку действующие в природе закономерности.

    Все отрасли техники не могли бы существовать без развернутой системы измерений, определяющих как все технологические процессы, контроль и управление ими, так и свойства и качество выпускаемой продукций. 
Отраслью науки, изучающей измерения, является метрология.

     Слово "метрология" образовано из двух греческих слов: метрон - мера и логос - учение. Дословный перевод слова "метрология" - учение о мерах. Долгое время метрология оставалась в основном описательной наукой о различных мерах и соотношениях между ними. С конца 19-го века благодаря прогрессу физических наук метрология получила существенное развитие. Большую роль в становлении современной метрологии как одной из наук физического цикла сыграл Д. И. Менделеев, руководивший отечественной метрологией в период 1892 - 1907 гг.

 

 

 

 

 

 

 

 

    1 . Общие понятия в метрологии

 

 

    Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

       Под  измерением понимают познавательный  процесс, заключающийся в сравнении  путем физического эксперимента  данной физической величины с  известной физической величиной,  принятой за единицу измерения.  Технические измерения определяют  класс измерений, выполняемых  в производственных и эксплуатационных  условиях, когда точность измерения  определяется непосредственно средствами  измерения. 

        Единство  измерений - состояние измерений,  при котором их результаты  выражены в узаконенных единицах  и погрешности известны с заданной  вероятностью. Единство измерений  необходимо для того, чтобы можно  было сопоставить результаты  измерений, выполненных в разное  время, с использованием различны  методов и средств измерении, а также в различных по территориальному расположению местах.

        Единство  измерений обеспечивается их  свойствами: сходимостью результатов  измерений; воспроизводимостью результатов измерений; правильностью результатов измерений.

         Средство измерения - техническое  устройство, используемое при измерениях  и имеющее нормированные метрологические  характеристики.

Результат измерения - значение физической величины, найденное путем  ее измерения.

       В процессе измерения на средство измерения, оператора и объект измерения воздействуют различные внешние факторы, именуемые влияющими физическими величинами. Эти физические величины не измеряются средствами измерения, но оказывают влияние на результаты измерения. Несовершенство изготовления средств измерений, неточность их градуировки, внешние факторы (температура окружающей среды, влажность воздуха, вибрации и др.), субъективные ошибки оператора и многие другие факторы, относящиеся к влияющим физическим величинам, являются неизбежными причинами появления погрешности измерения.

 

 

2. Виды средств измерений  

 

Для измерения физической величины применяют технические  средства, которые называются средствами измерений.

Средство измерения —  это техническое средство, предназначенное для измерения, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. Средства измерения — это основа метрологического обеспечения, они имеют нормированные погрешности.

Средства измерения основаны на использовании различных физических эффектов, например, пьез и термоэлектрические, эффекты Холла и Фарадея, фотоэлектрические  и др.

К средствам измерений  относятся: меры, измерительные преобразователи, приборы, системы и установки, принадлежности.

Мера — это средство измерения, предназначенное для  воспроизведения или хранения физической величины заданного размера, например, гири, концевые меры длин и др.

На практике используют однозначные  меры, которые воспроизводят величину только одного размера (например гиря); многозначные меры, когда воспроизводят несколько размеров физической величины (например, длину объекта в миллиметрах или сантиметрах); набор мер (например, набор гирь) и магазин мер, где меры объединены в одно целое с возможностью путем переключения устройств, связанных с возможностью отсчета, соединять меры в нужном сочетании (например, магазин электрических сопротивлений).

К однозначным мерам относятся  стандартные образцы и стандартные  вещества.

Стандартный образец —  это образец вещества (материала), который аттестуется с количественными значениями величин, характеризующими свойства или состав этого вещества (материала).

При пользовании мерами учитывают  их номинальное и действительное значение, ее погрешность и разряд. Номинальное значение указывается  на мере, действительное — в специальном  свидетельстве. Действительное значение меры определяется на основании высокоточного  измерения с помощью официального эталона. Разность между действительным и номинальным значениями меры называется погрешностью меры. При аттестации (поверке) тоже могут быть погрешности, поэтому меры подразделяют на разряды (первый, второй и т. д.), а сами меры называются разрядными эталонами (образцовыми измерительными средствами), которые используют для поверки измерительных средств.

Измерительный преобразователь  — это техническое средство, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Основной метрологической характеристикой измерительного преобразователя считается соотношение между входной и выходной величинами, которое называется функцией преобразования. К измерительным преобразователям относятся термопары, измерительные трансформаторы и усилители, преобразователи давления. Не следует отождествлять измерительные преобразователи с преобразовательными элементами, например, трансформатор не имеет метрологических характеристик.

Первичные преобразователи  непосредственно воспринимают информацию об измеряемой величине; передающие — преобразуют информацию в форму, удобную для ее регистрации или передачи на расстояние; промежуточные преобразователи работают как первичные или передающие, так и в их сочетании, не изменяя вид физической величины.

Измерительные приборы —  средства измерений, предназначенные для переработки сигнала измерительной информации в другие формы, доступные для непосредственного восприятия наблюдателем. Различают приборы прямого действия и приборы сравнения.

Приборы прямого действия отображают измеряемую величину на показывающем устройстве, имеющем градуировку в соответствующих единицах физической величины, например, амперметры, вольтметры и т. п.

Приборы сравнения (компараторы) сравнивают измеряемые величины с величинами, значения которых известны, например, электроизмерительные потенциометры.

Измерительные системы и  установки — это совокупность функционально объединенных автоматизированных или автоматических средств измерения, предназначенных для измерения одной или нескольких физических величин объекта измерений.

Измерительные принадлежности — вспомогательные средства, используемые для обеспечения необходимых условий чтобы выполнить измерения с требуемой точностью. Например, психрометр используется при измерении параметра объекта, если оговаривается влажность окружающей среды.

По метрологическому назначению средства измерений делятся на рабочие  средства измерения и эталоны.

По способу отсчета  измеряемой величины средства как правило, делятся на показывающие (например, аналоговые и цифровые) и регистрирующие (бумажная или магнитная лента).  

3. Метрологические характеристики средств измерений

3.1. Классификация и метрологические характеристики средств измерений  

 

Средства измерений, утвержденные Госстандартом России, регистрируются в государственном Реестре средств  измерений, удостоверяются сертификатами  соответствия и только после этого  допускаются для применения на территории Российской Федерации.

     Перечень средств измерений разбит по видам измерений на 13 групп в соответствии с «Кодификатором групп средств измерений МИ 2314-00»..

• измерения геометрических величин;

• измерения механических величин;

• измерения параметров потока, расхода, уровня объема веществ;

• измерения давления, вакуумные измерения;

• измерения физико-химического состава и свойств веществ;

• измерения времени и частоты;

• измерения электротехнических и магнитных величин;

• радиотехнические и радиоэлектронные измерения;

• измерения характеристик ионизирующих и ядерных констант;

• виброакустические измерения;

• оптические и оптико-физические измерения;

• средства измерений медицинского назначения;

• теплофизические и температурные измерения.

В справочных изданиях принята  следующая структура описания средств  измерений: регистрационный номер, наименование, номер и срок действия сертификата об утверждении типа средства измерения, местонахождение  изготовителя и основные метрологические  характеристики. Последние оценивают пригодность средств измерений к измерениям в известном диапазоне с известной точностью.

Метрологические характеристики средств измерений обеспечивают:

• возможность установления точности измерений;

• достижение взаимозаменяемости и сравнение средств измерений между собой;

• выбор нужных средств измерений по точности и другим характеристикам;

• определение погрешностей измерительных систем и установок;

• оценку технического состояния средств измерений при их поверке.

     Все метрологические свойства средств измерений можно разделить на две группы:

• свойства, определяющие область применения СИ;
• свойства, определяющие точность (правильность и прецизионность) результатов измерения.

         К основным метрологическим характеристикам, определяющим свойства первой группы, относятся диапазон измерений и порог чувствительности.

            К метрологическим свойствам второй группы относятся два главных свойства точности: правильность и прецизионность результатов.

 

 

3.2. Диапазон  и предел измерений

       

         Диапазон измерений — область значений величины, в пределах которых нормированы допускаемые пределы погрешности. Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу или сверху (слева и справа), называют соответственно нижним или верхним пределом измерений.

           Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу и сверху (слева и справа), называют соответственно «нижним пределом измерений» или «верхним пределом измерений» .     

 Нижний предел измерения  реально не бывает равным нулю, так как он ограничивается  обычно порогом чувствительности, помехами или погрешностями измерений. Поэтому для многих измерительных приборов, на шкале которых имеется отметка « 0 », нижний предел измерения в действительности не равен нулю.       

 Различают полный и  рабочий диапазоны измерения  измеряемой величины .

Диапазон, в котором относительная  погрешность не превышает 100 %, называ-ется полным диапазоном. Полный диапазон огра- ничивается снизу порогом чувствительности D_пор., а сверху – конечным значе- нием X_k, т.е. Х_п = D_пор … X_k  или  Д_п = X_k/D_пор. Под порогом чувствительности понимается такое значение измеряемой величины, когда Х = D_пор и относительная погрешность её измерения  d = 100 % .