Средства измерений и их характеристики

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 действительными и номинальными 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 – 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 измерений 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 измерения, как правило, делятся  на показывающие (например, аналоговые и цифровые) и регистрирующие (бумажная или магнитная лента).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Эталоны  и стандартные образцы, шкалы  измерений, точность измерения,  качество измерений

Эталоны и стандартные образцы.

Эталон - это высокоточная мера, предназначенная для воспроизведения и хранения единицы физической величины для передачи ее размера другим средствам измерения. От эталона единица физической величины передается разрядным эталонам, а от них к рабочим средствам измерения.

Государственный (национальный) эталон единицы величины - эталон единицы величины, признанный решением уполномоченного на то федерального органа в качестве исходного на территории своего государства.

Эталоны классифицируют на первичные, вторичные и рабочие.

Первичный эталон - это эталон, воспроизводящий единицу физической величины с наивысшей точностью. Первичному эталону соподчинены вторичные и рабочие (разрядные) эталоны. Вторичные эталоны иногда называют «эталоны — копии». Рабочие эталоны воспринимают размер единицы от вторичных эталонов и служат для передачи размера менее точному рабочему эталону (если существует эталон более низкого разряда) или рабочим средствам измерений, инструменту.

Стандартные образцы  состава, свойств веществ и материалов внесены в российский государственный  Реестр средств измерений, который  содержит около 10 тыс. типов стандартных  образцов (СО), используемых для метрологического обеспечения контроля - градуировки средств измерений.

Стандартные справочные данные внесены в банк данных о  свойствах материалов и веществ, ведение, которого поручено Государственной  службе стандартных справочных данных (ГСССД) о физических константах и свойствах материалов и веществ. Для норм и правил, обеспечивающих применение этих данных, установлены следующие категории справочных данных:

• ССД - числовые значения физических констант или свойств материалов и веществ, полученные на основе анализа всей известной совокупности результатов измерений (испытаний, расчетов), аттестованные и утвержденные Госстандартом РФ. Официальным изданием ССД являются «Таблицы стандартных справочных данных»;

• РСД - числовые значения физических констант или свойств материалов и веществ, полученные на основе оценки погрешности результатов их определения (измерений, испытаний,расчетов), аттестованные и утвержденные Научно-исследовательским центром по материалам и веществам (ВНИ Ц MB) Госстандарта России.

Информационные  данные - это фактографические сведения о материалах и веществах, не прошедших или не подлежащих аттестации в ГСССД, к ним относятся:

• числовые значения физических констант или свойств, достоверность (погрешность) которых не установлена;

• данные о номенклатуре и технико-экономических показателях  материалов и веществ, содержащихся в информационных, регистрационных и нормативно-технических документах, в том числе числовые данные о свойствах веществ, если не указана их категория;

• сведения библиографического и адресно-тематического характера, полученные на основе оценки погрешности  результатов их определения (измерений, испытаний, расчетов).

 

Шкалы измерений.

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

В метрологической  практике известны несколько разновидностей шкал: шкала наименований, шкала  порядка, шкала интервалов, шкала  отношений, абсолютные шкалы, условные шкалы.

Шкалы наименований - это качественные шкалы, которые не содержат нуля и единиц измерений, здесь отсутствуют отношения типа «больше — меньше». Примером может служить шкала Цветов (атлас цветов). Измерение заключается в визуальном сравнении окрашенного предмета с образцами цветов (эталонными образцами атласа цветов). Так как каждый цвет имеет множество оттенков, такое сравнение под силу эксперту, который имеет не только опыт, но и обладает соответствующими особыми характеристиками возможностей визуального наблюдения.

Шкалы порядка. Свойства величин описывают как  отношением эквивалентности, так и  отношением порядка по возрастанию  или убыванию количественного проявления свойства. В этих шкалах может иметься  нулевая отметка, но отсутствуют  единицы измерения, поскольку невозможно установить, в какое число, раз больше или меньше проявляется свойство величины. Обычно шкалы порядка характеризуют значение измеряемой величины (сила землетрясения, сила ветра и т. п.) в баллах.

Шкала интервалов (разностей). Описывать свойства величин можно не только с помощью отношений эквивалентности и порядка, но и с применением суммирования и пропорциональности интервалов (разностей) между количественными проявлениями данного свойства. Шкалы интервалов имеют условные нулевые значения, а интервалы устанавливаются по согласованию. Такими шкалами являются шкалы времени и длины.

Шкала отношений  имеет естественное нулевое значение, а единица измерений устанавливается  по согласованию. Например, шкала весов, начинаясь с нулевой отметки, может быть градуирована по-разному в зависимости от требуемой точности взвешивания.

Абсолютные  шкалы всегда имеют определение  единицы измерения физической величины.

Условные шкалы - это шкалы физических величин, исходные значения которых выражены в условных единицах, иногда их называют неметрическими. К ним относятся шкалы твердости минералов и металлов.

 

Точность измерения

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.

Даже самые  точные приборы не могут показать действительного значения измеряемой величины. Обязательно существует погрешность  измерения, причинами которой могут быть различные факторы.

Погрешности могут  быть:

• систематические, например, если тензосопротивление плохо  наклеено на упругий элемент, то деформация его решетки не будет соответствовать  деформации упругого элемента, и датчик будет постоянно неправильно реагировать;

• случайные, вызванные, например, неправильным функционированием  механических или электрических  элементов измерительного устройства;

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

Полностью исключить  погрешности практически невозможно, а вот установить пределы возможных погрешностей измерения и, следовательно, точность их выполнения необходимо.

Погрешностью  измерения называют отклонение результата измерения от истинного или действительного значения измеряемой величины. Погрешность может быть абсолютной, относительной и приведенной.

Абсолютная  погрешность измерения представляет собой разность между измеренной величиной и истинным или действительным значением этой величины.

Относительная погрешность измерения представляет собой отношение абсолютной погрешности измерения к действительному значению измеряемой величины. Относительная погрешность может выражаться в долях или в процентах.

Приведенная погрешность  измерения представляет собой отношение  абсолютной погрешности к нормированному значению величины, например, ее максимальному значению.

 

Качество измерений

Под качеством  измерений понимают совокупность свойств, обусловливающих получение результатов  с требуемыми точностными характеристиками, в необходимом виде и установленные сроки.

Качество измерений  характеризуется такими показателями, как точность, правильность и достоверность. Эти показатели должны определяться по оценкам, к которым предъявляются требования состоятельности, несмещенности и эффективности.

Состоятельной называют оценку, которая сводится по вероятности к оцениваемой величине.

Несмещенной является оценка, математическое ожидание которой  равно оцениваемой величине.

Эффективной называют такую оценку, которая имеет наименьшую дисперсию.

Результат отдельного измерения является случайной величиной. Тогда точность измерений - это близость результатов измерений к истинному значению измеряемой величины.

Правильность  измерения определяется приближением значения систематической погрешности  к нулю.

Достоверность измерения зависит от степени  доверия к результату и характеризуется вероятностью того, что истинное значение измеряемой величины лежит в указанных границах действительного значения.

Эти вероятности  называют доверительными вероятностями, а границы (окрестности) - доверительными границами.

Список  использованной литературы:

1. Димов Ю.В. Метрология, стандартизация и сертификация. Учебник для вузов. 2-е изд. – СПб.: Питер, 2004. – 432 с.
2. Кузнецов В.А., Ялунина Г.В. Основы метрологии: Учебное пособие – М.: Изд-во стандартов, 1995, – 280 с.
3. Лифшиц И.М. Стандартизация, метрология и сертификация: Учебник. - М.: Юрай-Издат, 2002. – 296 с.
4. Сергеев А.Г., Латышев М.В., Терегеря В.В. Метрология, стандартизация и сертификация. Учеб. пособие. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Логос, 2005. – 560 с.
5. Тартаковский Д.Ф. Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений: Учебник  для  вузов -.М.:Высш.шк., 2001