Метрология приборы. "Метрология — наука о измерениях". Приборы калибровки измерительных приборов

Множество заводов, фабрик и других промышленных объектов привело к тому, что появилась необходимость ужесточить надзор за контрольно-измерительными приборами, которые установлены на таких объектах. Следить за работоспособностью данных устройств важно, однако необходимо наблюдение и за метрологическими характеристиками средств контроля, так как именно эти цифры и будут выдавать наиболее полную информацию о работоспособности промышленного комплекса.

Общие сведения

Так как тема довольно трудная для освоения, то лучше всего начать с объяснения того, что это такое.

Метрологические характеристики - это выражение показателей метрологических свойств этих приборов посредством цифр, выводимых на экран. Кроме того, влияние будет распространяться и на погрешность устройств. Есть небольшая классификация данных метрологических свойств устройств проведения измерений:

1. Параметры, которые влияют на месторасположение установки и дальнейшего применения того или иного прибора.
2. Параметры, которые определяют прецизионность, и указывающие на верность полученных результатов.

Метрологические свойства - это те факторы, которые могут оказать самое непосредственное влияние на итог тех измерений, которые осуществляются этими устройствами. Кроме того, влияние будет распространяться и на погрешность приборов.

Первую группу можно подразделить на два фактора, которые и являются определяющими. Первый - это диапазон измерений прибора, а второй - Однако большинство устройств имеет еще один фактор, который не слишком приятен, но избавиться от него практически невозможно - это погрешности средств измерений.

Нормирование устройств и погрешность измерений

Разбираться в таких терминах, как нормирование и погрешность, лучше всего вместе, так как без одного из них не было бы и другого. Если говорить простыми словами, то нормирование - это регламентированные пределы отклонений значений реальных метрологических характеристик от их номинального значения.

Процесс нормирования приборов создан для того, чтобы была возможность объединить множество устройств в классы, а также создать между ними взаимозаменяемость. В процессе эксплуатации может случиться так, что после нормирования метрологических характеристик, одна или несколько могут выйти за те пределы, которые установлены. Это говорит о том, что прибор вышел из строя, и он должен быть немедленно отрегулирован или же заменен на рабочий.

Погрешности метрологических характеристик - это то значение разницы, которое возникло после измерения любой рабочей среды, между тем значением, что показывает прибор, и тем значением, которое в действительности наблюдается в рабочей среде. Если говорить проще, то это разница между номинальным значением и тем, что показал прибор.

Погрешности по ГОСТ

Так как государственный орган довольно пристально следит за качеством измерительных приборов, был введен ГОСТ, который четко прописывает, какие характеристики погрешностей измерительного прибора:

• Наиболее важным фактором является цифра погрешности устройства для проведения измерений.
• Также очень важным показателем является случайная часть, которая составляет общую погрешность для любого устройства.
• Еще один важный фактор - это учет среднего квадратического отклонения той случайной части, которая входит в общую погрешность любого СИ при измерении.
• Необходимо учитывать не только различные случайные составляющие и общие погрешности средств измерений, а еще и такие функции, как автокорреляция.

Характеристики средств измерений (СИ)

Так как эксплуатация измерительных приборов осуществляется и на объектах с повышенной опасностью, то все контрольные параметры и прочие характеристики регулируются определенными органами государства, которые, в свою очередь, разделили все характеристики на несколько групп.

Основные метрологические характеристики:

• Первая группа - это параметры, которые предназначаются для определения результатов измерений. К ним относятся цена деления шкалы, длина деления шкалы, диапазон измерений, пределы измерений, чувствительность и т.д.
• Вторая группа - это параметры чувствительности средств измерений к влияющим факторам. Под ними понимают те, изменения которых могут повлечь за собой неверные показатели на приборе.
• К метрологическим характеристикам средств измерения относятся и динамические параметры, которые отражают инерционные свойства СИ. Они проявляются при влиянии на прибор различных параметров, изменяющих свои показатели во времени.

ГОСТ метрологических характеристик

Государственной службой контроля был издан ГОСТ 8.009-84, который установил номенклатуру метрологических характеристик (МХ). Также данный документ регламентирует четкие правила, которыми должны руководствоваться при выборе различных нормируемых для НМХ. Данные правила распространяются на некоторые устройства измерений.

Кроме того, были установлены порядки, по которым необходимо отбирать способы для проведения нормирования параметров МХ, а после этого заносить их в НТД. В дополнение к этому данный документ ввел четкие правила, которым должен соответствовать каждый прибор для измерения с технической точки зрения.

Кроме того, в данном ГОСТе есть положение, которое гласит о том, что допускается нормировать метрологические характеристики, которые не регламентированы в указе. Однако делать это разрешается только при согласовании с Госстандартом, а также только в том случае, если из-за свойств средства измерения его МХ не могут быть определены по тем стандартам, которые были приведены в ГОСТе.

Также есть исключения, на которые данный указ не распространяется - это эталонные приборы, поверочные установки и средства измерения, которые были разработаны, как образцовые экземпляры.

Общие положения ГОСТа

1. Метрологические характеристики средств измерений, которые были установлены, как стандартные, являются исходной информацией о приборе.
2. Данная исходная информация будет использоваться для определения результатов измерений, а также для расчетной оценки характеристик.
3. Также она будет использоваться для расчета метрологических характеристик и каналов измерительных систем, которые будут состоять из приборов, чья величина будет поддаваться нормированию.
4. Естественно, что исходная информация будет использоваться для того, чтобы наиболее оптимально подобрать место использования для каждого отдельного средства измерения.
5. Еще одно положение, которое касается нормативно-технического документа: в НТД необходимо нормировать метрологические характеристики, которые установлены этим же стандартом и, при необходимости, дополнительно нормировать те характеристики, которые нужны для работы прибора и являются специфическими.

Номенклатура МХ

Помимо общих положений, Госстандарт также установил общую номенклатуру метрологических характеристик:

1. Параметры, которые предназначены для определения результатов измерения (без каких-либо поправок).
2. Также была установлена номенклатура для функции преобразования измерительного преобразователя или же измерительного прибора в том случае, если шкала не имеет наименования или же ее градуировка проведена в отличных единицах от тех, которые имеются у входной величины - f(x).
3. Была установлена номенклатура для однозначной или же многозначной меры Y.
4. Номенклатура для вида выходного кода, для числа разрядов кода, для цены единицы наименьшего разряда кода средств измерений, которые предназначаются для выдачи результатов в цифровом виде.
5. Также была установлена номенклатура для цены деления шкалы измерительного прибора или же его многозначной меры.

Государственная метрологическая служба

Для того чтобы осуществлять деятельность по контролю за всеми эксплуатирующимися на данный момент устройствами измерения, существует госслужба РФ. Стоит сказать о том, что эта организация является не единым органом, а состоит из нескольких более мелких организаций. В метрологическую организацию входят государственные метрологические службы, целью которых является контроль и управление измерительной деятельностью, а также обеспечение единой таблицы измерений для каждого параметра.

Главное управление этой госорганизацией находится у такого органа власти, как Федеральное Агентство. Однако эта служба следит за общей работой всей структуры, в то время, как есть и метрологическое отделение, которое считается главным, но и оно входит в часть федеральной организации.

Функции органа управления

В соответствии с законом, который предписывает установить единство измерений на всей территории, на государственную метрологическую службу были возложены такие функции, как:

• Координировать деятельность с целью обеспечения единства измерения между различными регионами и отраслями.
• Устанавливать правила разработки, а также хранения и эксплуатации единиц измерения.
• Определять общие метрологические требования к измерительным приборам, методикам, а также полученным результатам после измерений.
• Осуществлять государственный метрологических контроль над приборами.
• Контролировать соблюдение международных договоров о признании результатов испытания, а также
• Участвовать в различных международных организациях, которые обеспечивают единство в единицах измерения.
• Утверждать нормативные документы, которые созданы для обеспечения единства измерения.

Состав ГМС

Стоит сказать о том, что в состав ГМС входит множество других различных организаций. К примеру:

1. 7 научных метрологических государственных центров.
2. ВНИИМС, а также около 100 других различных центров по стандартизации и метрологии.

Самые большие научные центры, которые обладают необходимым количеством специалистов и оборудованием, являются держателями государственных эталонов. То есть тех приборов, на которые равняются все остальные. Кроме того, данные институты и научные центры занимаются проведением исследований по теории измерений, по разработке научно-методических основ измерений и т.д. Деятельность этих и других организаций регулируется Федеральным агентством по и метрологии.

Принципы управления в отрасли

Для того чтобы осуществлять управление за метрологической деятельностью в различных госотраслях, государство создало отдельные организации, которые назвали метрологическими службами.

Главным человеком в таких аппаратах являлся главный метролог. А в самих отраслях были введены более мелкие по значимости конторы, которые вели свою метрологическую деятельность. Если говорить о более мелких масштабах, то на каждом промышленном объекте были введены отдельные службы, отвечающие за калибровку и настройку измерительного оборудования, а также за его поверку.

Государство обязало создавать такие небольшие организации на своих предприятиях всех, чья деятельность той или иной стороной затрагивает использование устройств измерения, для осуществления надзора и контроля.

Структура метрологической службы

Стоит сказать о том, что структура такой службы определяется типовым положением и имеет следующий вид:

• Первая и главная служба метролога, которая располагается в центральном аппарате отрасли.
• Далее идут метрологические службы, относящиеся к базовым.
• Последними идут наиболее мелкие службы, которые привязываются непосредственно к предприятию или организации в составе этой отрасли.

Основные задачи, которые ставятся перед метрологическими службами, довольно просты и понятны. Данные государственные органы должны обеспечивать единство измерения, повышать уровень метрологического обеспечения промышленности и осуществлять метрологический контроль и надзор за каждым средством измерения.

Средство измерений (СрИзм) - это техническое средство (или комплекс средств), используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики.

СрИзм позволяют не только обнаружить физическую величину, но и измерить ее, т.е. сопоставить неизвестный размер с известным. Если физическая величина известного размера есть в наличии, то она непосредственно используется для сравнения (измерение плоского угла транспортиром, массы – с помощью весов с гирями). Если же физической величины известного размера в наличии нет, то сравнивается реакция (отклик) прибора на воздействие измеряемой величины с проявившейся ранее реакцией на воздействие той же величины, но известного размера (измерений силы тока амперметром).

1. конструктивное исполнение;
2. метрологическое назначение.

По конструктивному исполнению СрИзм подразделяют на меры, измерительные преобразователи; измерительные приборы, измерительные установки, и системы, измерительные принадлежности.

Это средство измерения, предназначенное для воспроизведения физических величин заданного размера. К данному виду средств измерений относятся гири, концевые меры длины и т.п. На практике используют однозначные и многозначные меры, а также наборы и магазины мер.

Однозначные меры воспроизводят величины только одного размера (гиря).

К однозначным мерам можно отнести стандартные образцы (СО). СО состава вещества (материала) – стандартный образец с установленными значениями величин, характеризующих содержание определенных компонентов в веществе (материале).

СО свойств веществ (материалов) – стандартный образец с установленными значениями величин, характеризующих физические, химические, биологические и другие свойства.

Многозначные меры воспроизводят несколько размеров физической величины. Например, миллиметровая линейка дает возможность выразить длину предмета в сантиметрах и в миллиметрах.

СрИзм, предназначенные для преобразования измеряемой величины в другую однородную или неоднородную величину с целью представления измеряемой величины в форме, удобной при обработке, хранении, передаче в показывающее устройство. Измерительные преобразователи не имеют устройств отображения измерительной информации, поэтому они входят в измерительные приборы или применяются вместе с ними.

Различают:

• Первичные преобразователи - предназначены для непосредственного восприятия измеряемой величины, как правило, неэлектронной и преобразовывая ее в электрическую (например, датчики).
• Промежуточные преобразователи – преобразователи, расположенные в измерительной цепи первичного преобразователя и обычно по измеряемой физической величине, однородные с ним.

Пример: овременные измерительные преобразователи нередко оснащаются и цифровыми, и аналоговыми выходными цепями. Примерами таких преобразователей являются Е854ЭЛ, Е856ЭЛ и Е849ЭЛ

Совокупность конструктивно объединенных первичных и промежуточных преобразователей носит название «измерительные приборы».

Измерительные приборы

Это средства измерений, которые позволяют получать измерительную информацию в форме, удобной для восприятия пользователем. Различают измерительные приборы прямого действия и приборы сравнения.

• Приборы прямого действия отображают измеряемую величину на показывающем устройстве, имеющем соответствующую градуировку в единицах этой величины. Изменения рода физической величины при этом не происходит. К приборам прямого действия относят, например, амперметры, вольтметры, термометры и т.п.
• Приборы сравнения предназначаются для сравнения измеряемых величин с величинами, значения которых известны, например, аналитические весы. Такие приборы широко используются в научных целях.

Измерительные установки и системы

Это совокупность средств измерений, объединённых по функциональному признаку со вспомогательными устройствами, для измерения одной или нескольких физических величин объекта измерений. Обычно такие системы автоматизированы и обеспечивают ввод информации в систему, автоматизацию самого процесса измерения, обработку и отображение результатов измерений для восприятия их пользователем.

Это вспомогательные средства измерений величин. Они необходимы для вычисления поправок к результатам измерений, если требуется высокая степень точности.

По метрологическому назначению СрИзм делят на два вида – рабочие средства измерений и эталоны.

Рабочие средства измерений

Применяют для определения параметров (характеристик) технических устройств, технологических процессов, окружающей среды и др.

Производственные средства обладают устойчивостью к воздействиям различных факторов производственного процесса: температуры, влажности, вибрации и т.п., что может сказаться на достоверности и точности показаний приборов.

Полевые средства работают в условиях, постоянно изменяющихся в широких пределах внешних воздействий.

Это высокоточная мера, предназначенная для воспроизведения и хранения единицы величины с целью передачи её размера другим средствам измерений. От эталона единица величины передаётся разрядным эталонам, а от них – рабочим средствам измерений. Эталоны классифицируют на:

• Первичный эталон – это эталон, воспроизводящий единицу физической величины с наивысшей точностью, возможной в данной области измерений на современном уровне научно-технических достижений. Первичный эталон может быть национальным (государственным) и международным.
• Вторичные эталоны могут утверждаться либо Госстандартом РФ, либо государственными научными метрологическими центрами, что связано с особенностями их использования.
• Рабочие эталоны воспринимают размер единицы от вторичных эталонов и в свою очередь служат для передачи размера менее точному рабочему эталону (или эталону более низкого разряда и рабочим средствам измерений.

Презентация на тему Классификация видов средств измерений

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

3. Метрология и технические измерения

3.5. Средства измерений

3.5.5. Метрологические характеристики измерительных приборов

Метрологическими характеристиками измерительных приборов и установок являются: диапазон показаний, диапазон измерений, цена деления шкалы, длина деления шкалы, чувствительность и вариация и др.

Метрологическими характеристиками называются технические характеристики , определяющие свойства измерительных приборов и оказывающие влияние на результаты и на погрешности измерений. Они предназначены для оценки технического уровня и качества средства измерений.

Технические характеристики относятся к показателям точности, оказывающим влияние на результаты измерений

Диапазон показаний - область значений шкалы, ограниченная начальным и конечным значениями шкалы. Наибольшее и наименьшее значения измеряемой величины, отмеченные на шкале, называют начальным и конечным значениями шкалы прибора. Например, для оптиметра типа ИКВ - 3 диапазон показаний по шкале составляет ±0,1 мм, для длиномера типа ИЗВ диапазон показаний по шкале составляет 0 - 100 мм.

Диапазон измерений - область значений измеряемой величины с нормированными допускаемыми погрешностями средства измерений. Для оптиметра типа ИКВ - 3 диапазон измерений размеров составляет 0 - 200 мм, для длиномера - 0 - 250 мм.

Цена деления шкалы - разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Например, для оптиметра и длиномера это - 0,001 мм, а для микрометра - 0,01 мм.

Длина деления шкалы - расстояние между осями (центрами) двух соседних отметок шкалы, изме-ренное вдоль воображаемой линии, проходящей через середины малых отметок шкалы. Очевидно, чем больше длина деления шкалы, тем выше усиление и тем комфортнее воспринимается наблюдателем измерительная информация.

Чувствительность измерительного прибора - отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины. Так, если при измерении диаметра вала с номинальным размером х = 100 мм изменение измеряемой величины равное 0,01 мм вызвало перемещение стрелки показывающего устройства на 10 мм, абсолютная чувствительность прибора составляет 10/0,01 = 1000, относительная чувствительность равна 10 (0, 01/100) = 10.000. Для шкальных измерительных приборов абсолютная чувствительность численно равна передаточному отношению и с изменением цены деления шкалы чувствительность прибора остаётся неизменной. Однако на разных участках шкалы чувствительность может быть разной. Понятие чувствительности может определяться передаточной функцией, как функцией отношения сигналов на входе и на выходе преобразователя, В зависимости от вида функции чувствительность может быть либо постоянной величиной, либо величиной, зависящей от этой функции. Если функция линейная, то прибор имеет линейную шкалу, в противном случае - нелинейную. Линейность шкалы зависит не только от характеристик преобразователя, но и от выбора единиц физических величин.

Наряду с чувствительностью существует понятие порог чувствительности , представляющее собой минимальное значение изменения измеряемой величины, которое может показать прибор. Порог чувствительности тем ниже, чем больше чувствительность. Кроме того, на него влияют конкретные условия наблюдения, например возможность, различать малые отклонения, стабильность показаний, величина трения покоя и др.

Вариация показаний измерительного прибора - разность показаний прибора в одной и той же точке диапазона измерений при плавном подходе "справа" и подходе "слева" к этой точке. Вариация по-казаний представляет собой алгебраическую разность наибольшего и наименьшего результатов при многократном измерении одной и той же величины в неизменных условиях. Вариация характеризует нестабильность показаний измерительного прибора.

Градуировочная характеристика прибора - это зависимость между значениями величин на выходе и входе средства измерений, представленная в виде формулы, таблицы или графика. В большинстве случаев приборы градуируют так, чтобы цена деления шкалы превышала максимальную погрешность градуировки, но этот принцип действует не всегда. Таким образом, хотя между точностью и чувствительностью существует определенное соответствие, путать эти понятия не следует. Градуировочная характеристика прибора может быть использована для уточнения результатов измерения.

Значимую роль в экономике любого государства играют метрологические стандарты, посредством которых осуществляется измерение физических параметров различных объектов. Для этого задействуются средства измерений, применение которых регламентируется отдельными положениями законодательства. В чем заключается специфика регулирования метрологии в России? Какие нормы права характеризуют утверждение и применение средств метрологических измерений?

Что такое метрология?

Для начала изучим некоторые теоретические моменты, отражащие особенности метрологии. метрологические характеристики — термины, имеющие отношение к данной научной отрасли.

Основные направления метрологии:

Теория измерений;

Применение физических величин;

Проблематика определения точности тех или иных измерений, а также нахождения единообразия в подходах к ним;

Выбор эталонов и образцов, а также практическое их внедрение в различных сферах хозяйства.

Основной предмет изучения рассматриваемой дисциплины — методы и инструменты, которые применяются в целях учета тех или иных объектов, исходя из их массы, длины, объема, мощности и т. д.

Основные понятия, которые применяются в метрологии:

Физический параметр (представляющий собой свойство объекта, которое отличает его по определенным критериям от других, даже если они в достаточной мере схожи с ним);

Измерение (процедура, предполагающая нахождение определенного значения по физическому параметру посредством применения различных инструментов и при сопоставлении со стандартными величинами);

И контроля — инструменты, которые задействуются в целях измерения той или иной единицы физического параметра.

Если говорить конкретно о средствах измерений, то можно отметить, что таковые могут быть представлены в нескольких разновидностях. Рассмотрим их подробнее.

Классификация

В общем случае под средством измерений принято понимать технический инструмент, задействуемый в целях измерения тех или иных объектов, которое обладает нормированными метрологическими параметрами, приспособлено к воспроизведению либо хранению определенных физических параметров, величина которых принимается как постоянная в рамках установленного интервала времени.

Можно отметить, что утверждение типа средств измерений в России осуществляется на уровне федеральных органов власти, таких как Федеральное агентство по и метрологии. В чем же заключаются особенности ее классификации? Средства измерений также тесно связаны с данным термином) могут быть представлены, в частности:

Мерой (как средством, которое задействуется в целях воспроизведения физических параметров конкретного размера);

Прибором (как средством, которое задействуется в целях выработки определенного сигнала по измерительным данным в удобной для пользователя форме);

Преобразователем (как средством, которое применяется в целях выработки сигнала по измерительным данным, который подлежит передаче в дальнейшую обработку в рамках задействуемой инфраструктуры);

Измерительной системой (как совокупностью средств, которые используются в целях выработки измерительных сигналов в требуемом формате, включая пользовательский).

Еще один критерий классификации средств измерений — уровень их автоматизации. Так, они бывают:

Автоматическими;

Частично автоматизированными;

Ручными.

Метрологические средства измерения также могут быть классифицированы исходя из их стандартизации. Так, они могут быть:

Стандартизованными;

Нерегулируемыми.

Еще один критерий классификации средств измерений — функциональность в рамках поверочной схемы. Так, они могут быть:

Эталонами;

Рабочими инструментами.

Другой важный критерий средств измерений — значимость измеряемого параметра. Исходя из указанного критерия, они могут быть:

Основными;

Вспомогательными.

В первом случае осуществляется измерение физического параметра, который важен с точки зрения успешного решения измерительной задачи. В свою очередь, есть средства измерений, метрологические характеристики которых предполагают измерение только тех параметров, которые имеют ограниченное влияние, но тем не менее важных и требующих учета.

Рассмотрим теперь собственно сущность метрологических характеристик рассматриваемых инструментов. Одним из источников данных для нас будут ГОСТы, регулирующие применение соответствующей инфраструктуры.

Метрологические характеристики инструментов измерения

В соответствии с государственными стандартами, регламентирующими то, каким образом должны задействоваться средства измерений, метрологические характеристики — это технические параметры, которые описывают свойства соответствующих инструментов, а также влияющие на результаты тех или иных измерений, проводимых в целях осуществления оценки их качества, а также в целях корректного определения их результатов.

Характеристики, о которых идет речь, могут быть нормируемыми или экспериментальными. Первые фиксируются в нормативной документации. Например, той, что включена в формируемый ВНИИМС госреестр средств измерений. Вторые задействуются в конкретной ситуации с учетом особенностей производственного процесса или среды, в которой осуществляются измерения.

Особенности реестра средств измерений

Полезно будет более подробно рассмотреть то, что представляет собой государственный реестр инструментов измерений. Данный ресурс входит в Федеральный информационный фонд и задействуется в целях регистрации тех решений, которые утверждены Росстандартом. Реестр средств измерений состоит из разделов, в которых отражены сведения:

Об инструментах, утвержденных Росстандартом, свидетельствах о введении средств измерений;

Конкретных экземплярах инструментов, утвержденных Росстандартом;

Аккредитованных государственных центрах, в которых проводятся испытания средств измерений.

Цели ведения реестра

Рассматриваемый реестр ведется в целях:

Учета инструментов измерений;

Формирования централизованных фондов сведений о соответствующих решениях, которые допущены к выпуску российскими предприятиями, а также к применению в тех или иных сферах хозяйства;

Регистрации аккредитованных учреждений, занимающихся испытаниями инструментов измерений;

Учета оформленных свидетельств о внедрении средств измерений, а также аттестатов аккредитованных учреждений, занимающихся испытаниями,

Учета программ испытаний инструментов измерений;

Информационного сопровождения граждан, организаций, а также национальных метрологических учреждений государств, которые участвуют в сотрудничестве по вопросам признания испытаний и внедрения средств измерений.

В отношении каждого типа инструментов, сведения о котором отражаются в Реестре, фиксируются:

Наименование;

Регистрационный номер;

Предназначение;

Страна-изготовитель;

Производитель;

Название центра испытаний;

Период действия сертификата;

Сведения об интервале между поверками;

Сведения о методике поверки.

Утверждение конкретного типа средств измерений осуществляется Росстандартом на основе итогов испытаний соответствующих инструментов, проведенных специализированными государственными центрами.

Если говорить о роли государства в регламентации применения инструментов, о которой идет речь, и о том, чтобы дополнять создаваемый ВНИИМС госреестр средств измерений с точки зрения нормирования работы специалистов, проводящих исследование физических параметров в тех или иных сферах, то можно обратить внимание на такие направления деятельности госструктур, как поверка и сертификация инфраструктуры измерений. Изучим данный аспект подробнее.

Поверка инструментов измерений

Итак, наряду с такими направлениями деятельности, как, например, утверждение типа средств измерений, государство ведет активную работу по регламентации их применения. В частности, в таком направлении, как поверка. Регламентируется ее проведение отдельным федеральным законом.

В соответствии с его положениями поверка инструментов измерений в ряде случаев является обязательной. Так, например, государственные средства измерений перед непосредственной эксплуатацией, а также при осуществлении их ремонта должны быть проверены — в рамках первичного или периодического мероприятия соответствующего типа.

Задача пользователей данных инструментов — своевременно осуществлять проверку. В принципе, хозяйствующие субъекты вправе провести ее самостоятельно, но только при одном условии — наличии аккредитации на предмет деятельности в сфере по обеспечению единства технических измерений. В некоторых случаях поверку должна проводить специализированная метрологическая служба, имеющая аккредитацию. Как правило, это касается тех случаев, когда правительством РФ определен конкретный перечень инструментов измерений, в отношении которых поверка должна проводиться по соответствующей схеме.

После того как рассматриваемая процедура проведена, выписывается свидетельство о ее осуществлении. Компетентные государственные ведомства могут разрабатывать специальные поверочные знаки, а также структуру соответствующего документа. Кроме того, некоторые госструктуры могут быть уполномочены на сбор результатов осуществления поверок по различным средствам измерений.

В некоторых случаях, даже если тот или иной инструмент не входит в перечень средств измерений, в отношении которых проведение поверок обязательно, пользователь подобной инфраструктуры может провести соответствующую процедуру добровольно.

Сертификация инструментов измерений

В рамках государственного регулирования пользования различными средствами измерений также осуществляется сертификация данной инфраструктуры. Ее сущность — в подтверждении прежде всего безопасности пользования тем или иным устройством. Кроме того, сертифицированный инструмент включается в государственный реестр средств измерений. Как правило, рассматриваемая процедура предполагает оформление:

Сертификата по ГОСТ Р либо декларации соответствия инструмента ГОСТ Р;

Сертификата о типе инструментов измерения.

Сертификация может быть осуществлена в Росстандарте либо в одном из аккредитованных центров. Сертификация — процедура, которая, как и поверка, может быть обязательной для определенных инструментов измерений. Как правило, подобные требования устанавливаются для средств измерения, которые используются в таких сферах:

Деятельность вооруженных сил государства;

Медицина;

Деятельность силовых структур;

Картография;

Геодезия;

Сфера регулирования реализации единства измерений.

Утверждение инструментов измерений

Полезно будет рассмотреть такой аспект применения инструментов, о которых идет речь, как утверждение средств измерения. Данная процедура также осуществляется при участии государства как часть метрологического контроля. Утверждение того или иного типа средства измерения осуществляет компетентная метрологическая служба. При этом устанавливаются:

Методики осуществления поверки характеристик средства измерения;

Конкретные показатели точности по измерению величин;

Оптимальные интервалы осуществления поверки инструмента.

По итогам утверждения средства измерения компетентное ведомство выдает специальный документ. Речь идет о таком источнике, как свидетельство об утверждении средств измерений. Оно может быть оформлено и на отдельно взятое устройство, и на серийный выпуск соответствующих решений.

Условием получения второго типа документа может быть соблюдение производителем определенных технических условий. Для того чтобы оформить свидетельство средств измерения, необходимо также разработать специальную документацию по эксплуатации инструмента. Если говорить о документе для серийного производства решений, то он выдается компетентными органами на 5 лет. После этого возможно его продление на основании запроса от фирмы-производителя. В свою очередь, если сертификат выдан на единичный продукт, то срок его действия соответствует периоду службы устройства.

Калибровка инструментов измерений

Еще один важный аспект государственного регулирования сферы метрологии — правовые акты, регламентирующие, каким образом должна осуществляться калибровка средств измерений. Что обозначает данный термин?

Калибровка инструментов измерений — это процедура, осуществляемая в целях определения, а также подтверждения фактических значений по метрологическим характеристикам, а также пригодности инструмента измерений к применению. Главное отличие калибровки от поверки — это то, что рассматриваемая процедура реализуется прежде всего в отношении тех средств измерений, что не подлежат контролю и надзору государственными органами.

В соответствии с законодательством РФ те инструменты, которые не применяются в области государственного регулирования при обеспечении единства измерений, в добровольном порядке могут быть откалиброваны. Данная процедура осуществляется с применением различных эталонов, которые сопоставляются с государственными первичными эталонами или же при их отсутствии с национальными, которые приняты в иностранных государств.

Калибровку могут проводить частные лица — хозяйственные общества и индивидуальные предприниматели при условии прохождения добровольной аккредитации. Результаты данной процедуры могут быть впоследствии использованы в рамках поверки тех или иных средств измерения в порядке, определяемом правительством России. Таким образом, несмотря на то, что калибровка средств измерений осуществляется добровольно, государство тем не менее может прописывать регламенты, определяющие проведение данной процедуры, а также применение ее результатов.

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

Кафедра электротехники, метрологии и электроэнергетики

Г.Г. Рябцев, И.В. Семенов

УТВЕРЖДЕНО редакционно-издательским советом университета

МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ

Методические указания к лабораторной работе по метрологии для студентов электротехнических специальностей

Москва - 2004

УДК 621.317.39(075.8)

Рябцев Г.Г. Семенов И.В. Метрологические характеристики электромеханических измерительных приборов непосредственной оценки: Методические указания к лабораторной работе. – М.: МИИТ, 2004. – 24 с..

Даны краткие теоретические сведения о метрологических характеристиках электромеханических измерительных приборов непосредственной оценки, приведены примеры расчета характеристик приборов и выбора приборов для измерений с учетом особенностей измеряемых им электрических величин.

© Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ), 2004

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Исследование метрологических характеристик электромеханических приборов непосредственной оценки.

2. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ Электромеханический прибор непосредственной оценки – это

прибор, в котором отсчет результата измерения проводят непосредственно по шкале, отградуированной в единицах измеряемой прибором величины.

Метрологические характеристики – это характеристики прибора,

определяющие его пригодность для измерения определенной физической величины в заданном диапазоне ее значений и с заданной точностью.

Метрологические характеристики средств измерений разделяют на статические и динамические.

Статические характеристики определяют свойства прибора при измерении имустановившихся значений искомой величины. К статическим характеристикам прибора относятся: функция преобразования, диапазоны показаний и измерений, чувствительность, цена деления шкалы, входное сопротивление, потребляемая мощность и класс точности.

Динамические характеристики определяют свойства прибора при измерении имизменяющихся во времени величин . К динамическим характеристикам относятся: амплитудно-частотная характеристика, переходная характеристика и динамическая погрешность прибора.

2.1. Функция преобразования прибора

Функция преобразования (или уравнение) прибора – это зависимость выходного сигнала прибораот величины измеряемого им

входного сигнала

Для электромеханических измерительных приборов непосредственной оценки – это зависимость угла α отклонения (в делениях шкалы прибора) стрелки отсчетного устройства прибора от уровня X измеряемой им величины.

Функции преобразования приборов представляют в виде аналитических зависимостей, графиков, таблиц. Функция преобразования прибора служит для построения градуировочной характеристики его шкалы. Идеальная функция преобразования представляет собой линейную зависимость (при этом шкала прибора равномерная, что обеспечивает более точный отсчет результата измерения).

2.2. Диапазон показаний и диапазон измерений прибора

Диапазон показаний – это область значений шкалы прибора, ограниченнаяначальной иконечной отметками шкалы.

Диапазон измерений – это область значений измеряемой величины, в

пределах которой нормированыдопускаемые пределы погрешности

В приборах с линейной функцией преобразования и равномерной шкалой диапазон показаний и диапазон измерений совпадают.

В приборах с нелинейной функцией преобразования и неравномерной шкалой диапазон измерений отмечают на шкале точками или сплошной линией, проведенной под отметками шкалы (рис. 1).

Наименьшее значение измеряемой величины в диапазоне измерения называют нижним пределом измерения, а наибольшее значение – верхним пределом измерения.

X max

α max

2.3. Чувствительность прибора

Чувствительность измерительного прибора характеризует способность прибора реагировать на изменения входного сигнала. Чувствительность определяется из уравнения преобразования и представляет собой отношение изменения сигнала Δα навыходе прибора к изменениюX сигнала навходе прибора

Чувствительность приборов с неравномерной шкалой имеет различные значения в различных точках шкалы и для каждой ее точки определяется отношением (2).

2.4. Цена деления шкалы прибора

Цена деления шкалы стрелочного измерительного прибора – это разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы, онаопределяет масштаб отсчетного устройства прибора.

Цена деления равномерной шкалы определяется как отношение

Например, для миллиамперметра из п. 2.3. цена деления составит С = 1 mA .

Цена деления неравномерной шкалы прибора определяется в каждой ее точке как разность значений измеряемой величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы.

2.5. Входное сопротивление и потребляемая мощность прибора

Входное сопротивление и потребляемаямощность определяют

степень влияния измерительного прибора на режим работы

электрической цепи , в которой производится измерение. Например, чем меньше входное сопротивление вольтметра, тем сильнее уменьшается

падение напряжения на участке цепи, параллельно которому подключен этот вольтметр, так как уменьшается эквивалентное сопротивление цепи, определяемое параллельно соединенным сопротивлением участка цепи и вольтметра. Следовательно, вольтметры должны иметь как можнобольшее сопротивление. В отличие от вольтметров,амперметры должны иметь как можноменьшее входное сопротивление, так как они включаются в электрическую цепь последовательно и увеличивают сопротивление этой цепи, в результате чего ток в ней уменьшается.

Входное сопротивление прибора указывают в его паспорте, а если оно не указано, то его определяют расчетным путем.

Для расчета входного сопротивления вольтметра используют верхний предел U max измеряемого им напряжения и соответствующее ему значениеI max протекающего по вольтметру тока (ток полного отклонения).

Для расчета входного сопротивления амперметра используют верхний предел I max измеряемого им тока и соответствующее ему падение напряженияU max на амперметре. Значения тока полного отклонения для вольтметров и падения напряжения для амперметров указывают в их паспортах, а в некоторых типах приборов (в том числе М2038 и АВО-5М1) они указаны на шкале. По указанным значениям входное сопротивление

Входные сопротивления электромеханических вольтметров лежат в пределах от нескольких единиц до десятков тысяч Ом, а амперметров – от сотых до десятых долей Ом.

Максимальное значение потребляемой прибором мощности находят по указанным выше значениям его тока и напряжения

или по пределу измеряемой прибором величины и его входному сопротивлению. Например, для вольтметра

Для омметров входное сопротивление и потребляемую мощность не устанавливают, так как омметрами измеряют сопротивление обесточенной цепи. Следовательно, омметры не потребляют мощность из цепи, в которой проводятся измерения, и указанные характеристики для них не имеют смысла.

2.6. Класс точности прибора

Класс точности определяет гарантированные границы , за пределы которых не выходит погрешность прибора в установленном для него диапазоне измерений.

Класс точности К Т электромеханических стрелочных измерительных приборов нормируют в виде процентного отношения пределаD X max

(гарантированных границ ) абсолютной погрешности прибора к

нормирующему значению X НОРМ его шкалы

Нормирующим значением X НОРМ для приборов с равномерной шкалой служитверхний предел измеряемой прибором величины, а для приборов с

неравномерной шкалой – длина еерабочей части , т.е. длина участка между отметками шкалы, соответствующими диапазону измерений прибора.

Для электромеханических стрелочных измерительных приборов установлены следующие цифры классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 (для лабораторных приборов) и 1; 1,5; 2,5; 4 (для технических приборов).

Цифра класса точности прибора указывается на его шкале. Для приборов с равномерной шкалой эта цифра указывается без каких либо знаков (кружков, квадратов, звездочек), например, 2,5. Для приборов с неравномерной шкалой цифра класса точности подчеркивается ломаной

линией, например, 2,5 .

По формуле (9) класса точности прибора проводят оценку предельно допустимого значения егоабсолютной погрешности. Такая оценка необходима для определения погрешности результата измерения, выполняемого прибором, а также для выбора прибора, обеспечивающего требуемую точность измерений.

Расчет предела абсолютной погрешности прибора с равномерной шкалой проводитсянепосредственно по формуле (9) класса точности, а для приборов снеравномерной шкалой по формуле (9) сначала определяетсяпогрешность приборав единицах (мм)длины шкалы , а затем по ней ицене деления шкалы рассчитывается абсолютная погрешность в единицах измеряемой величины.

Пример 1. Определить предел I max абсолютной погрешности амперметра, который имеет равномерную шкалу, верхний предел измеряемого токаI max = 5 A и класс точностиК Т = 1 .

Решение 1. Прибор имеет равномерную шкалу, следовательно, нормирующим значением в формуле (9) его класса точности является верхний предел измеряемого тока I max = 5 A .

Предел абсолютной погрешности амперметра находится непосредственно из формулы (9)

DI max = ±К Т × I max = ±1 × 5 = ±0,05 A .

Пример 2. Определить предел D R max абсолютной погрешности омметра с неравномерной шкалой в трех ее точках (начале, середине и конце шкалы), если диапазон измерений прибора лежит в пределах от 3 до 300 кОм, длина рабочего участка шкалы (т.е. между отметками 3 и 300)

составляет L Р = 60 мм , класс точностиК Т = 2,5 , цена деления (в мм) шкалы в

начале, середине и конце рабочего участка шкалы соответственно равна,