Показывающие, в том числе аналоговые и цифровые, и на регистрирующие.

Наибольшее распространение получили аналоговые приборы, отсчётные уст –

ройства которых состоят из двух элементов – шкал и указателя, причём один из

них связан с подвижной системой прибора, а другой – с корпусом. В цифровых

приборах отсчёт осуществляется с помощью механических, электронных или

других цифровых отсчётных устройств.

По способу записи измеряемой величины регистрирующие приборы делятся на

самопишущие и печатающие. В самопишущих приборах (например, барог –

раф или шлейфовый осциллограф) запись показаний представляет собой гра –

фик или диаграмму. В печатающих приборах информация о значении измеря –

емой величины выдаётся в числовой форме на бумажной ленте.

Автоматические приборы сравнения выпускаются чаще всего в виде комбини –

рованных приборов, в которых шкальный или цифровой отсчёт сочетается с за-

писью на диаграмме или с печатанием результатов измерений.

4.Вспомогательные средства измерений. К этой группе относится средства

измерений величин, влияющих на метрологические свойства другого средства

измерений при его применении или поверке. Показания вспомогательных сре –

дств измерений используются для вычисления поправок к результатам измере-

рений (например, термометров для измерения температуры окружающей среды

при работе с грузопоршневыми манометрами) или для контроля за поддержи –

ванием значений влияющих величин в заданных пределах (например, психро –

метров для измерения влажности при точных интерференционных измере-

ниях длин). 25

5. Измерительные установки. Для измерения какой – либо величины или од –

новременно нескольких величин иногда бывает недостаточно одного измери-

тельного прибора. В этих случаях создают целые комплексы расположенных

в одном месте и функционально объединённых друг с другом средств измере-

ний (мер, преобразователей, измерительных приборов и вспомогательных

средств), предназначенных для выработки сигнала измерительной информа –

ции в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем.

6. Измерительные системы – это средства и устройства, территориально разо-

бщённые и соединённые каналами связи. Информация может быть представ –

лена в форме, удобной как для непосредственного восприятия, так и для авто –

матической обработки, передачи и использования в автоматизированных сис –

темах управления.

Технические устройства, предназначенные для обнаружения (индикации) физи-

ческих свойств, называются индикаторами (стрелка компаса, лакмусовая бума-

га). С помощью индикаторов устанавливается только наличие измеряемой фи –

зической величины интересующего нас свойства материи. В качестве пирмера

индикатора можно привести указатель количества бензина в бензобаке автомо –

билля.

4.2 Измерительные сигналы

В рамках единой измерительной системы информация о значении физических

величин передаётся от одного средства измерения к другому с помощью сигна-

лов.

Наиболее часто в качестве сигналов используются:

o сигналы постоянного уровня постоянные электрические токи и напряжения,

давление сжатого воздуха, световой поток);

o синусоидальные сигналы (переменный электрический ток или напряжение);

o последовательность прямоугольных импульсов(электрических или свето –

вых).

Сигнал характеризуются рядом параметров. В первом случае единственным па-

раметром сигнала является его уровень. Синусоидальный сигнал характеризу –

ется своей амплитудой, фазой и частотой, последовательностью прямоугольных

импульсов – амплитудой, фазой, частотой, шириной импульсов или комбинаци-

ей импульсов различного уровня в течение определённого промежутка времени.

Для того, чтобы исходный сигнал стал измерительным, необходимо один из его

параметров связать функциональной зависимостью с измеряемой физической

величиной. Параметр сигнала, выбранный в качестве такового, называется ин –

формативными. Процесс преобразования сигнала в измерительный, то есть пре-

образование одного из параметров исходного сигнала, генерируемого некото –

рым источником, в информативный параметр, называется модуляцией. В зави –

симости от вида модуляции измерительные сигналы можно классифицировать

следующим образом.

Сигналы постоянного уровня характеризуются лишь одним параметром и поэ –

тому могут быть модулированы только по уровню. Уровень сигнала является

при этом мерой измеряемой величины.

Синусоидальные сигналы могут быть модулированы по амплитуде, фазеили ча-

стоте. В зависимости от того, какой из этих параметров сигнала является мерой

измеряемой величины, говорят об амплитудно- модулированных, фазо-модули-

рованных или частично-модулированных сигналах.

Последовательность прямоугольных импульсов может быть модулирована по

амплитуде (амплитудно-импульсно модулированные сигналы), по частоте ( час-

тотно-импульсно модулированные сигналы), по фазе (фазо-импульсно модули –

рованные сигналы) или по ширине импульсов (широтно-импульсно модулиро –

ванные сигналы). Сигнал, в котором различным значениям измеряемой величи –

ны поставлена в соответствие определённая комбинация импульсов различного

уровня, называется кодоимпульсным, или цифровым.

В зависимости от характера измерения информативного параметра сигнала по

уровню и во времени измерительные сигналы подразделяются на:

o непрерывные по уровню, или аналоговые, если их информативный параметр

может принимать любые значения в заданном диапазоне;

o дискретные, или квантованные по уровню, если их информативный пара –

метр может принимать лишь некоторое ограниченное число значений в пре –

делах заданного интервала;

o непрерывные во времени, если они существуют в течении всего времени из –

на выходе и входе средства измерений.

4. Диапазон показаний – область значений шкалы, ограниченная конечным и

начальным значениями шкалы, то есть наибольшим и наименьшим значения –

ми измеряемой величины.

5. Диапазон измерений – область значений измеряемой величины, в пределах

которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измере –

ния.

6. Чувствительность прибора – отношение изменения сигнала на выходе из –

мерительного прибора к изменению измеряемой величины (сигнала) на входе.

Так, если изменение измеряемой величины составило ∆d = 0,01 мм, что вы –

звало перемещение стрелки показывающего устройства на ∆l = 10 мм, то аб-

солютная чувствительность прибора составляет S = ∆l /∆d = 10/ 0,01 =

= 1000.

Для шкальных измерительных приборов абсолютная чувствительность чис –

ленно равна передаточному отношению.

7. Вариация (нестабильность) показаний прибора – алгебраическая разность

между наибольшим и наименьшим результатами измерений при многократ –

ном измерении одной и той же величины в неизменённых условиях.

8. Стабильность средства измерений – свойство, выражающее неизменность

во времени его метрологических характеристик (показаний).

4.4 Метрологические характеристики средств измерений

Все средства измерений независимо от их исполнения имеют ряд общих свойств

необходимых для выполнения ими функционального назначения. Технические

характеристики, описывающие эти свойства и оказывающие влияние на резуль –

таты и погрешности измерений, называются метрологическими характерис –

измерений при воздействии на него меняющихся в времени величин – параме-

тров входного сигнала, внешних влияющих величин, нагрузки.

По степени полноты описания информационных свойств средств измерений

динамические характеристики делятся на полные и частные.

К полным динамическим характеристикам относятся:

o дифференциальное уравнение, описывающее работу средства измерений;

o передаточная функция;

o переходная характеристика;

o импульсная переходная характеристика;

o амплитудно-фазовая характеристика;

o амплитудно-частотная характеристика для минимально-фазовых средств

измерения;

o совокупность амплитудно-фазовых и фазово-частотных характеристик.

Частичными динамическими характеристиками могут быть отдельные парамет –

ры полных динамических характеристик или характеристики, не отражающие

полностью динамических свойств средств измерений, но необходимые для вы –

полнения измерений с требуемой точностью (например, время реакции, коэффи-

циент демпфирования, значение амплитудно-частотной характеристики на резо-

нансной частоте, значение резонансной собственной круговой частоты).

Комплекс их оговаривается в соответствующих стандартах.

Нормы на отдельные метрологические характеристики приводятся в эксплуата –

ционной документации (паспорте, техническом описании, инструкции по эксп –

луатации и т. д. ). в виде номинальных значений, коэффициентов функций, зада-

нных формулами, таблицами или графиками пределов допускаемых отклонений

от номинальных значений функций.

В ГОСТ 8.009 – 84 приведены способы нормирования рассмотренных выше мет-

рологических характеристик.

4.5 Метрологическая надёжность средств измерения

В процессе эксплуатации любого средства измерения может возникнуть неис –

правность или поломка, называемая отказом.

Метрологическая надёжность – это свойство средств измерений сохранять ус-

тановленные значения метрологических характеристик в течение определённого

времени при нормальных режимах и рабочих условий эксплуатации. Она харак-

теризуется интенсивностью отказов, вероятностью безотказной работы и нара –

боткой на отказ.

Интенсивность отказов определяется выражением

L

Л= --------,

N ∆t

где L – число отказов;

N – число однотипных элементов;

∆t – промежуток времени.

Для средства измерения, состоящего из n типов элементов, интенсивность отка-

зов

n

Лсум = ∑ Лi т I,

i = 1

где т i – количество элементов i-го типа.

t

Вероятность безотказной работы P(t) = eхр( - ∫ Лсум ( t )dt ).

Нестандартизированные средства измерений (НСИ). Установлен порядок ме-

трологического обеспечения эксплуатации нестандартизированных средств из –

мерений, который распространяется также на:

o ввозимые из-за границы единичными экземплярами;

o единичные экземпляры серийных средств измерений, отличающихся от усло

вий, для которых нормированы их метеорологические характеристики;

o серийно выпускаемые образцы, в схему и конструкцию которых внесены из –

менемия, влияющие на их метрологические характеристики.

Нестандартизированными могут быть как рабочие, так и образцовые средства

измерений.

Задачами метрологического обеспечения НСИ являются:

1. Исследование метрологических характеристик и установление соответствия

НСИ требованиям технических заданий, либо паспорту (проекту) завода из –

готовителя.

2. Установление рациональной номенклатуры НСИ.

3. Обеспечение НСИ средствами аттестации, поверки (НТД по поверке) при их

разработке, изготовлении и эксплуатации.

4. Обеспечение постоянной пригодности НСИ к применению по назначению с

нормированной для них точностью.

5. Сокращение сроков и снижение затрат на разработку, изготовление и эксплу-

атацию.

Научно-методическое руководство деятельностью предприятий по метрологиче-

скому обеспечению НСИ осуществляют головные и базовые организации метро-

логической службы министерств (ведомств), метрологические институты, цен –

тры стандартизации и метрологии Госстандарта России.

Вновь разработанные или закупленные по импорту НСИ допускаются к приме –

нению только после их метрологической аттестации. Если существует договор

о взаимном признании результатов аттестации средств измерений со страной, из

которой импортируется НСИ, то аттестация в России может не проводиться.

За разработкой, изготовление и эксплуатацией НСИ ведётся авторский и госуда-

рственный (в сферах распространения государственного метрологического кон-

троля и надзора) надзор, а также ведомственный контроль.

Авторский контроль осуществляется разработчиком НСИ совместно с метроло –

гической службой разработчика. Он предусматривает участие в подготовке и

проведении метрологической аттестации НСИ, оказание помощи при разработке

нормативо-технической документации и организации проверки НСИ.

Ведомственный метрологический контроль за разработкой, изготовлением, атте-

стацией и поверкой НСИ проводится метрологическими службами министерст –

ва (ведомства).

Погрешность измерений

Погрешность измерений – это отклонение значений величины, найденной путём

её измерения, от истинного (действительного) значения измеряемой величины.

Погрешность прибора – это разность между показанием прибора и истинным

(действительным) значением измеряемой величины.

Разница между погрешностью измерения и погрешностью прибора заключается

в том, что погрешность прибора связана с определёнными условиями его пове –

рки.

Абсолютной называют погрешность измерения, выраженную в тех же едини –

цах , что и измеряемая величина. Например, 0,4 В, 2,5 мкм и т. д. Абсолютная

погрешность

∆ = А – Хист ≈ А – Х д,

где А – результат измерения;

Хист - истинное значение измеряемой величины;

Хд - действительное значение измеряемой величины.

Относительная погрешность измерения представляет собой отношение абсо –

лютной погрешности измерения к истинному (действительному) значению из –

меряемой величины:

А –Хист ∆ ∆

δ = ----------- = ------ ≈ ----.

ХистХистХ д

В зависимости от условий измерения погрешности подразделяются на статите –

ские и динамические.

Статической называют погрешность, не зависящую от скорости изменения из-

меряемой величины во времени.

Динамической называют погрешность, зависящую от скорости изменения изме-

ряемой величины во времени. Возникновение динамической погрешности обу –

словлено инерционностью элементов измерительной цепи средства измерений.

Динамической погрешностью средства измерений является разность между по-

грешностью средства измерений в динамических условиях и его статической по-

грешностью, соответствующей значению величины в данный момент времени.

5.1 Систематические и случайные погрешности

Систематической погрешностью называется погрешность, остающаяся пос –

тоянной или закономерно изменяющейся во времени при повторных измерени-

ях одной и той же величины.

Примером систематической погрешности, закономерно изменяющейся во вре –

мени, может служить смещение настройки прибора во времени.

Случайной погрешностью измерения называется погрешность, которая при

многократном измерении одного и того же значения не остаётся постоянной.

Например, при измерении валика одним и тем же прибором в одном и том же

сечении получается различные значения измеряемой величины.

Систематические и случайные погрешности чаще всего появляются одновреме-

нно

Для выявления систематической погрешности производят многократные изме –

рения образцовой меры и по полученным результатам определяют среднее зна-

чение размера. Отклонение среднего значения от размера образцовой меры ха –

рактеризует систематическую погрешность, которую называют «средней арии –

фметической погрешностью», или «средним арифметическим отклонением».

Систематическая погрешность всегда имеет знак отклонения, то есть «+» или

« - «. Систематическая погрешность может быть исключена введением поправ –

ки.

При подготовке к точным измерениям необходимо убедиться в отсутствии по –

стоянной систематической погрешности в данном ряду измерений. Для этого су-

ществуют специальные методы.

Прогрессивные и периодические систематические погрешности в противополо –

жность постоянным можно обнаружить при многократных измерениях.

Обработка данных и оценка параметров случайных погрешностей производится

методами математической статистики.

При расчёте предельной погрешности измерения определяют числовое значе –

ние погрешности измерения от всех составляющих и производят суммирование:

n m

∆ = ∑ ∆i сист ± √∑ ∆сл ,

i=1 j=1

где знаки «+» или «-« ставятся из условия, чтобы систематические и случайные

погрешности суммировались по модулю.

Если в случайной погрешности известно среднее квадратическое отклонение, то

n m

∆ = ∑ ∆i сист ± √∑ σ² сл ,

i=1 j=1

где К- показатель, указывающий доверительные границы для предельной случа-

йной погрешности измерения (при К = 1 ρ = 0,65; при К = 2 ρ = 0,945; при К =

= 3 ρ = 0,9973).

Если результаты измерений зависят от большого числа разнообразных факторов

то

у = F(х1, х2,…., х n ),

где х i - переменные функциональные параметры.

Каждый параметр может иметь отклонение ∆ х i (погрешность) от предписанно-

го значения хi. Поскольку погрешность ∆ хi мала по сравнению с величиной х i ,

суммарная погрешность ∆у функции у можно вычислить по формуле:

N

∆ у = ∑ ∆х i ду /дх i ,

i=1