Метрология (стр. 4 )

Измерительные приборы предназначены для получе­ния значений измеряемой физической величины в уста­новленном диапазоне. Измерительные приборы представ­ляют собой конструктивно объединенную совокупность первичных и промежуточных преобразователей.

Измерительные приборы прямого действия преобра­зуют измеряемую величину, как правило, без изменения ее рода и отображают ее на показывающем устройстве, проградуированном в единицах этой величины (ампер­метры, вольтметры и др.).

Более точными являются приборы сравнения, пред­назначенные для сравнения измеряемых величин с вели­чинами, значения которых известны (например, измере­ние массы с помощью эталонных гирь на равноплечных весах) или с помощью мостовых цепей. По способу отче­та значений измеряемых величин приборы подразделя­ются на показывающие (в том числе на аналоговые и цифровые) и регистрирующие. Регистрирующие приборы по способу записи делятся на самопишущие и печатаю­щие. В самопишущих приборах запись показаний пред­ставляется в графическом виде, в печатающих — в чис­ловой форме.

представля­ют собой совокупность функционально объединенных средств измерений, мер, измерительных приборов, изме­рительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств с целью измерений одной или нескольких физи­ческих величин объекта измерений.

В настоящее время большинство измерительных сис­тем являются автоматизированными. Несмотря на раз­личные наименования (АИС — автоматизированная из­мерительная система, ИИС — информационно-измеритель­ная система, ИВК — измерительно-вычислительный ком­плекс), все они, по существу, обеспечивают автоматиза­цию процессов измерений, обработки и отображения ре­зультатов измерений. Измерительные системы и комп­лексы широко используются для автоматизации техно­логических процессов в различных отраслях промыш­ленности.

10. Принципы выбора средств измерений

Выбор средств измерений (СИ) определяет качество измерений. Измерения, выполняемые средствами измере­ний более низкого класса, чем требуемые, приводят к росту забракованной продукции, неверным выводам по качеству продукции.

При выборе средств измерений приходится учитывать ряд факторов:

измеряемую физическую величину; метод измерения, реализуемый в средстве измере­ний; диапазон и погрешность СИ; условия проведения измерений; допускаемую погрешность измерений; стоимость средств измерений; простоту их эксплуатации; ресурс средств измерений; потери из-за погрешностей измерений.

Отсутствие единого фактора, по которому можно срав­нивать средства измерений, затрудняет решение задачи. Поэтому выбор средств измерений зависит от решаемой измерительной задачи, при этом приходится отдавать предпочтение одним факторам и пренебрегать другими.

Основными характеристиками средств измерений яв­ляются погрешности. Они наиболее существенно влияют на качество измерений, поэтому при выборе средств из­мерений их рассматривают в первую очередь.

Существуют три основных принципа выбора средств измерений:

1.        Экономический подход (наиболее оптимальный, так как учитывает практически все показатели). При этом необходимо иметь в виду:

повышение точности измерений позволяет точнее регулировать  производственный процесс; более точные измерения позволяют сократить до­ пуски на изделия; повышение точности измерений приводит к умень­шению необнаруженного и ложного брака.

Как правило, с ростом погрешности измерений потери растут, а затраты на измерения снижаются.

Экономически оптимальная точность измерений тех­нологического параметра соответствует минимуму суммы потерь из-за погрешности измерений и затрат на измере­ния, включая затраты на метрологическое обслуживание средств измерений.

Зависимость потерь от погрешности измерений и зави­симость затрат на измерения определяются на практике не точно, что вызывает неопределенность соответствующей характеристики оптимальной погрешности измерений.

Работы по оптимизации точности измерений заверша­ются разработкой мероприятий по приближению точно­сти измерений к оптимальной и оценке экономического эффекта от их реализации. Мероприятия включают в ос­новном совершенствование методик измерения и прибор­ного парка и совершенствование метрологического обслу­живания средств измерений.

2.        Вероятностный подход заключается в выборе точности средств измерений по заданному допуску на контро­лируемый параметр изделия и заданным значениям брака контроля I и II рода (необнаруженный и ложный брак).

Если контроль осуществляется абсолютно точными средствами измерений, все изделия, находящиеся в поле допуска, были бы признаны годными, а изделия, у которых измеряемый параметр превышает допуск, были бы признаны непригодными. Из-за существования погреш­ности измерений при контроле часть негодных изделий будет признана годными (брак контроля II рода), а часть годных изделий — негодными (брак контроля I рода). На брак контроля влияют рассеивание действительных зна­чений контролируемого параметра, установленный допуск на контролируемый параметр, закон распределения по­грешностей измерений и рассеяния действительного зна­чения контролируемого параметра.

Зависимости вероятности брака контроля от технологи­ческого рассеяния контролируемого параметра, погрешно­сти измерений, допуска на контролируемый параметр пред­ставляются в виде графиков. С помощью этих графиков при заданных значениях вероятности брака контроля, сред­неквадратичного отклонения рассеяния действительных значений контролируемого параметра и допуска на измеря­емый параметр можно оценить границы погрешности изме­рений и необходимую точность средств измерений.

3.Директивный подход позволяет установить соотно­шения между допуском на контролируемый параметр и пре­дельно допускаемой погрешностью измерений. Однако такой подход не учитывает важности измеряемого параметра и эко­номических последствий от недостоверного контроля.

11. Метрологические характеристики средств измерений

Метрологическая характеристика средства измере­ния — это характеристика одного из свойств средства изме­рения, влияющая на результат измерения и на его погреш­ность. Для каждого типа средств измерений устанавливают свои метрологические характеристики. Метрологические ха­рактеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называют нормируемыми метрологическими ха­рактеристиками, а определяемые экспериментально — дей­ствительными метрологическими характеристиками. Пере­чень метрологических характеристик, правила выбора ком­плекса нормируемых метрологических характеристик для средств измерений и способы их нормирования изложены в ГОСТ 8.009-84 «ГСИ. Нормируемые метрологические харак­теристики средств измерений».

12. Погрешности измерений и средств измерений

В настоящее время измерение является неотъемлемой частью практически любой деятельности человека. Фак­тически измерения — это процесс, завершающим этапом которого является «результат измерения». Любой резуль­тат измерения содержит погрешность, которая склады­вается из ряда факторов. Это может быть несовершен­ство средств измерений, выбранного метода измерений, методики измерений, недостаточная тщательность выпол­нения измерений или обработки результатов, влияние внешних условий (температура, давление, влажность) и др.

Погрешность результатов измерения является важной характеристикой измерения, она вычисляется или оце­нивается и приписывается полученному результату.

Погрешность результата измерения — это откло­нение результата измерений (Хиам) от истинного (действи­тельного) значения (Хист(действ)) измеряемой величины. Чаще всего она указывает границы неопределенности зна­чения измеряемой величины. Погрешность средства измерения — это разность между показанием средства измерения и истинным (действительным) значением из­меряемой физической величины. Она характеризует точ­ность результатов измерений, проводимых данным. сред­ством. Эти два понятия во многом близки друг другу и классифицируются по одинаковым признакам. Но форме представления погрешности разделяются на абсолютные, относительные и приведенные.

Погрешность измерений, как правило, представля­ют в виде абсолютной погрешности, выраженной в еди­ницах измеряемой величины

или в виде относительной погрешности — отноше­ния абсолютной погрешности к истинному (действитель­ному) значению измеряемой величины или принятому опорному значению (ГОСТ Р ИСО 5725-2002)

Необходимо отметить, что истинное значение физи­ческой величины неизвестно и применяется в теоретиче­ских исследованиях, а действительное значение величи­ны определяется экспериментально из предположения, что результат эксперимента (измерения) наиболее близок к истинному значению величины.

Погрешность средств измерений вычисляется по фор­муле:

где Хп — показания прибора; Хист(действ) — истинное (действи­тельное) значение измеряемой величины.

Для указания и нормирования погрешности средств измерений используется еще одна разновидность погреш­ности — приведенная. Приведенная погрешность сред­ства измерений — это относительная погрешность, выра­женная отношением абсолютной погрешности средства из­мерений к условно принятому значению величины, по­стоянному во всем диапазоне измерений или в части диа­пазона

Верхний

предел

измерений

Условно принятое значение величины Хн называют нормирующим значением. Нормирующее значение при­бора чаще всего принимается равным верхнему пределу

Нижний

предел измерений

Диапазон измерений

измерений для данного средства измерений (в случае, если нижний предел — нулевое значение односторонней шка­лы прибора). В случае двузначного отсчетного устрой­ства (шкалы) прибора нормирующее значение отнесено к диапазону измерений.

По условиям проведения измерений погрешности средств измерений делятся на основные и дополнитель­ные.

Основной называется погрешность средства измере­ний, применяемого в нормальных условиях. Эти условия устанавливаются в нормативно-технических документах на данный вид или тип средств измерений (температура окружающей среды, влажность, давление, напряжение питающей электрической сети и др.) и при них нормиру­ется погрешность. Составляющая погрешности средства измерений, возникающая дополнительно к основной погрешности вследствие отклонения какой-либо из влияющих вели­чин от нормального его значения или вследствие ее вы­хода за пределы нормальной области значений, называ­ется дополнительной погрешностью.

В большинстве нормативно-технических документов на средства измерений за нормальные значения принимают­ся следующие:

температура окружающей среды (293+5) К;

относительная влажность (65+15) %;

атмосферное давление (100+4) кПа (750+30 мм рт. ст.);

напряжение питающей электрической сети (220+4,4) В с частотой (50+0,5)Гц.

По причине возникновения погрешности разделяются на инструментальные, методические и субъективные.

Инструментальная погрешность обусловлена несо­вершенством средств измерений и их конструктивными особенностями. Иногда эту погрешность называют при­борной или аппаратурной.

Методическая погрешность обусловлена несовершен­ством и недостатками применяемого в средстве измере­ний метода измерений и упрощений при разработке кон­струкции средства измерений, а такж^ возможными не­достатками методик измерений.

Субъективная (личная) погрешность измерения обус­ловлена погрешностью отсчета оператором показаний по шкале средства измерений вследствие индивидуальных особенностей оператора (внимание, зрение, подготовка и др.). Эти погрешности практически отсутствуют при ис­пользовании автоматических или автоматизированных средств измерений.

По характеру измерения физической величины погреш­ности средства измерений разделяются на статические и динамические.

Погрешность средства измерений, применяемого при измерении физической величины, которая за время изме­рений не изменяется, носит название статической погреш­ности, а погрешность, возникающая при измерении из­меняющейся в процессе измерений физической величи­ны, — динамической погрешности.

Классификация погрешностей по различным призна­кам позволяет оценивать и учитывать вклад каждой из них в общую погрешность измерения и таким образом получать объективные данные о точности результатов измерения.