Метрология, стандартизация и сертификация

     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).

5. Методики  выполнения измерений

     Методики  выполнения измерений  (МВИ) как метрологический объект появились в 1972 г. При разработке Государственной системы обеспечения качества измерений оказалось недостаточно иметь средства измерений, характеристики которых удовлетворяют традиционным требованиям, так как погрешность измерения часто зависит от методики измерения: погрешности метода; погрешности, возникающей при отборе и приготовлении пробы; условий измерений и многое др.

     МВИ — это документированная совокупность операций и правил, выполнение которых  обеспечивает получение результатов  измерений с гарантированной  точностью в соответствии с принятой методикой.

     В МВИ разработчиком  под персональную ответственность прописаны определенные численные значения погрешности измерений, которые гарантируются при выполнении всех требований документа.

     Из  этого следует, что априорно существуют разные характеристики погрешности  измерений, из которых разработчику придется выбирать наиболее подходящую. Совокупность операций и правил, обеспечивающая получение результатов измерений с известной погрешностью подчеркивает два важных признака: МВИ представляет собой описание операций и в МВИ назначается погрешность измерения.

     Разработку  МВИ выполняют на основе исходных данных, которые включают в себя следующее:

     • назначение, где указывается область применения, наименование измеряемой величины и ее характеристики, а также характеристики объекта измерений, если они могут влиять на погрешность измерений;

     • требования к погрешности измерений;

     • условия измерений, заданные в виде номинальных значений и (или) границ диапазонов возможных значений влияющих величин;

     • вид индикации и формы представления результатов измерений;

     • требования к автоматизации измерительных процессов;

     • требования к обеспечению безопасности выполняемых работ;

     • другие требования, если в них есть необходимость.

     Аттестация  МВИ представляет собой установление и подтверждение соответствия МВИ предъявляемым к ней метрологическим требованиям. Современная трактовка термина фиксирует не только определение метрологических характеристик, но и установление пригодности средств измерений к использованию по назначению.

     Аттестацию  осуществляют путем метрологической  экспертизы документации, теоретических или экспериментальных исследований МВИ. Аттестованные МВИ подлежат метрологическому надзору и контролю.

     Из  определения следует, что МВИ представляет собой технологический процесс измерения. В связи с этим не стоит смешивать МВИ и документ на МВИ. Так как не все методики описаны соответствующим документом. Для измерений, проводимых с помощью простых показывающих приборов, не требуется особых документированных МВИ. В этих случаях достаточно в нормативной документации указать тип и основные метрологические характеристики средств измерений.

     Аттестация, как обязательная процедура, применяется  для МВИ, используемых в сферах распространения государственного метрологического контроля и надзора, а также для контроля состояния сложных технологических систем. Другие МВИ подвергают аттестации в соответствии с порядком, принятым в ведомстве или на предприятии.   

Методы  измерений можно классифицировать по различным признакам. Для общеметрологического анализа важными являются традиционные классификации, основанные на следующих признаках:

• физический принцип, положенный в основу измерения;
• режим взаимодействия средства измерений с объектом;
• вид применяемых средств измерений;
• вид хранителя единицы физической величины и характер измерительных операций.

По первому  признаку все методы измерений делятся  на электрические, магнитные, акустические, оптические и т.д. По режиму взаимодействия их можно разделить на статические  и динамические, контактные и бесконтактные  методы. По виду применяемых средств измерений - на аналоговые и цифровые.

По последнему признаку выделяют следующие основные методы измерений :

• метод отклонений:
• простой метод отклонений;
• дифференциальный метод отклонений;
• нулевой метод:
• компенсационный метод;
• метод замещения.

Конкретному методу измерений соответствуют  определенные измерительные действия, структура построения измерительной  системы, а также алгоритм определения  результата измерения.

Рассмотрим  структуры измерительных систем, реализующие перечисленные методы измерения. Примеры систем изображены на рисунках

Этому методу соответствует измерительное  уравнение вида:

x = y[X],

где x - измеряемая величина; y - числовое значение величины; [X] - единица

физической  величины.

 

В компенсационном  методе сравнение x и xэт ведется непосредственно  и одновременно.

6. 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.

     Метрологические характеристики, установленные документами, считаются действительными. На практике наиболее распространены следующие метрологические характеристики средств измерений:

     • диапазон измерений — область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые пределы погрешности СИ;

     • предел измерения — наибольшее или наименьшее значение диапазона измерения. Для мер — это номинальное значение воспроизводимой величины.

Например, у шкалы (рис. 1.5) начальный участок (-20 %) сжат и производить отсчеты на нем  неудобно. Поэтому предел измерения  по шкале составляет 50 ед., а диапазон измерения— 10 — 50 ед.

     Шкала измерительного прибора  градуированная совокупность  ток и цифр на отсчетном устройстве  средства измерения, соответствующих ряду последовательных значений измеряемой величины. Различают равномерные и неравномерные шкалы.

     Цена  деления шкалы  — разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Приборы с равномерной шкалой имеют постоянную цену деления, а с неравномерной — переменную. В этом случае нормируется минимальная цена деления.

     Чувствительность  — отношение изменения сигнала Л на выход средства измерения к вызвавшему его изменению сигнала на входе:   

  

     Например, для стрелочных средств измерений  это отношение перемещения д1 конца стрелки к вызвавшему его изменению измеряемой величины.

     Параметры х и у, как правило, выражены в различных единицах, например, миллиметрах и амперах, градусах и вольтах. Поэтому величина S может иметь, например, размерность [мм/А], ['/В], [мм/В] и т. д.

     Чувствительность  нельзя отождествлять с порогом чувствительности — наименьшим значением измеряемой величины, способным вызвать заметное изменение показаний прибора.