Классификация средств измерения

Средство измерения – это техническое средство либо совокупность средств, использующееся для осуществления измерений и владеющее нормированными метрологическими чертями. При помощи средств измерения физическая величина возможно не только найдена, но и измерена.

Средства измерения классифицируются по следующим параметрам:

1) по методам конструктивной реализации;

2) по метрологическому назначению.

По методам конструктивной реализации средства измерения делятся на:

-меры величины;

-измерительные преобразователи;

-измерительные устройства;

-измерительные установки;

-измерительные совокупности.

Меры величины – это средства измерения определенного фиксированного размера, многократно применяемые для измерения. Выделяют:

— однозначные меры;

— многозначные меры;

— комплекты мер.

Некое количество мер, технически воображающее собой единое устройство, в рамках которого вероятно по-различному комбинировать имеющиеся меры, именуют магазином мер.

Объект измерения сравнивается с мерой при помощи компараторов (технических приспособлений). К примеру, компаратором являются рычажные весы.

К однозначным мерам принадлежат стандартные образцы (СО). Различают два вида стандартных образцов:

1) стандартные образцы состава;

2) стандартные образцы особенностей.

Обычный пример состава либо материала – это пример с фиксированными значениями размеров, количественно отражающих содержание в веществе либо материале всех его составных частей.

Обычный пример особенностей вещества либо материала – это пример с фиксированными значениями размеров, отражающих особенности вещества либо материала (физические, биологические и др.).

Любой обычный пример обязательно обязан пройти метрологическую аттестацию в органах метрологической работы, перед тем как начнет употребляться.

Стандартные образцы смогут использоваться на различных уровнях и в различных сферах. Выделяют:

— межправительственные СО;

— национальные СО;

— отраслевые СО;

— СО организации (предприятия).

Измерительные преобразователи (ИП) – это средства измерения, высказывающие измеряемую величину через другую величину либо преобразующие ее в сигнал измерительной информации, что в будущем возможно обрабатывать, преобразовывать и хранить. Измерительные преобразователи смогут преобразовывать измеряемую величину по-различному. Выделяют:

1) аналоговые преобразователи (АП);

2) цифроаналоговые преобразователи (ЦАП);

3) аналого-цифровые преобразователи (АЦП).

Измерительные преобразователи смогут занимать разные позиции в цепи измерения. Выделяют:

— первичные измерительные преобразователи, каковые конкретно контактируют с объектом измерения;

— промежуточные измерительные преобразователи, каковые находятся по окончании первичных преобразователей. Первичный измерительный преобразователь технически обособлен, от него поступают в измерительную цепь сигналы, которые содержат измерительную данные. Первичный измерительный преобразователь есть датчиком. Конструктивно датчик возможно расположен довольно далеко от следующего промежуточного средства измерения, которое должно принимать его сигналы.

Необходимыми особенностями измерительного преобразователя являются нормированные вхождение и метрологические свойства в цепь измерения.

Измерительный прибор – это средство измерения, при помощи которого получается значение физической величины, находящиеся в собствености фиксированному диапазону. В конструкции прибора в большинстве случаев присутствует устройство, преобразующее измеряемую величину с ее индикациями в оптимально удобную для понимания форму. Для вывода измерительной информации в конструкции прибора употребляется, к примеру, шкала со стрелкой либо цифроуказатель, при помощи которых и осуществляется регистрация значения измеряемой величины. В некоторых случаях измерительный прибор синхронизируют с компьютером, и тогда вывод измерительной информации производится на дисплей.

В соответствии с способом определения значения измеряемой размеры выделяют:

— измерительные устройства прямого действия;

— измерительные устройства сравнения.

Измерительные устройства прямого действия – это устройства, при помощи которых возможно взять значение измеряемой величины конкретно на отсчетном устройстве.

Измерительный прибор сравнения – это прибор, при помощи которого значение измеряемой величины получается при помощи сравнения с известной величиной, соответствующей ее мере.

Измерительные устройства смогут осуществлять индикацию измеряемой величины по-различному. Выделяют:

— показывающие измерительные устройства;

— регистрирующие измерительные устройства.

Отличие между ними в том, что посредством показывающего измерительного прибора возможно лишь считывать значения измеряемой величины, а конструкция регистрирующего измерительного прибора разрешает еще и фиксировать результаты измерения, к примеру при помощи диаграммы либо нанесения на какой-либо носитель информации.

Отсчетное устройство – конструктивно обособленная часть средства измерений, которая предназначена для отсчета показаний. Отсчетное устройство возможно представлено шкалой, указателем, дисплеем и др. Отсчетные устройства делятся на:

1) шкальные отсчетные устройства;

2) цифровые отсчетные устройства;

3) регистрирующие отсчетные устройства. Шкальные отсчетные устройства включают в себя указатель и шкалу.

Шкала – это совокупность отметок и соответствующих им последовательных числовых значений измеряемой величины. Главные чёрта шкалы:

— количество делений на шкале;

— протяженность деления;

— цена деления;

— диапазон показаний;

— диапазон измерений;

— пределы измерений.

Деление шкалы – это расстояние от одной отметки шкалы до соседней отметки.

Протяженность деления – это расстояние от одной осевой до следующей по мнимой линии, которая проходит через центры самых мелких отметок данной шкалы.

Цена деления шкалы – это разность между значениями двух соседних значений на данной шкале.

Диапазон показаний шкалы – это область значений шкалы, нижней границей которой есть начальное значение данной шкалы, а верхней – конечное значение данной шкалы.

Диапазон измерений – это область значений размеров в пределах которой установлена нормированная предельно допустимая погрешность.

Пределы измерений – это минимальное и большое значение диапазона измерений.

Фактически равномерная шкала – это шкала, у которой цены делений разнятся не больше чем на 13% и которая владеет фиксированной ценой деления.

Существенно-неравномерная шкала – это шкала, у которой деления сужаются и для делений которой значение выходного сигнала есть половиной суммы пределов диапазона измерений.

Выделяют следующие виды шкал измерительных устройств:

-односторонняя шкала;

— двусторонняя шкала;

— симметричная шкала;

— безнулевая шкала.

Односторонняя шкала – это шкала, у которой ноль находится в начале.

Двусторонняя шкала – это шкала, у которой ноль находится не в начале шкалы.

Симметричная шкала – это шкала, у которой ноль находится в центре.

Измерительная установка – это средство измерения, воображающее собой комплекс мер, ИП, измерительных устройств и другое, делающих схожие функции, применяемые для измерения фиксированного количества физических размеров и собранные в одном месте. , если измерительная установка употребляется для опробований изделий, она есть испытательным стендом.

Измерительная совокупность – это средство измерения, воображающее собой объединение мер, ИП, измерительных устройств и другое, делающих схожие функции, находящихся в различных частях определенного пространства и предназначенных для измерения определенного числа физических размеров в данном пространстве.

По метрологическому назначению средства измерения делятся на:

1) рабочие средства измерения;

2) эталоны.

Рабочие средства измерения (РСИ) – это средства измерения, применяемые для осуществления технических измерений. Рабочие средства измерения смогут употребляться в различных условиях. Выделяют:

— лабораторные средства измерения, каковые используются при проведении научных изучений;

— производственные средства измерения, каковые используются при осуществлении контроля над протеканием разных технологических процессов и качеством продукции;

— полевые средства измерения, каковые используются в ходе эксплуатации самолетов, машин и других технических устройств.

К каждому отдельному виду рабочих средств измерения предъявляются определенные требования. Требования к лабораторным рабочим средствам измерения: чувствительности и высокая степень точности, к производственным РСИ: высокая степень устойчивости к вибрациям, ударам, перепадам температуры, к полевым РСИ: исправная работа и устойчивость в разных температурных условиях, устойчивость к большому уровню влажности.

Эталоны – это средства измерения с высокой степенью точности, использующиеся в метрологических изучениях для передачи сведений о размере единицы. Более правильные средства измерения передают сведения о размере единицы и без того потом, так образуется необычная цепочка, в каждом следующем звене которой точность этих сведений чуть меньше, чем в прошлом.

Сведения о размере единицы предаются на протяжении проверки средств измерения. Проверка средств измерения осуществляется с целью утверждения их пригодности.

Погрешность измерений

В практике применения измерений крайне важным показателем делается их точность, которая представляет собой ту степень близости итогов измерения к некоему настоящему значению, которая употребляется для качественного сравнения измерительных операций. А в качестве количественной оценки, в большинстве случаев, употребляется погрешность измерений. Причем чем погрешность меньше, тем считается выше точность.

В соответствии с закону теории погрешностей, в случае если нужно повысить точность результата (при исключенной систематической погрешности) в 2 раза, то число измерений нужно расширить в 4 раза; в случае если требуется расширить точность в 3 раза, то число измерений увеличивают в 9 раз и т. д.

Процесс оценки погрешности измерений считается одним из наиболее значимых мероприятий в вопросе обеспечения единства измерений. Конечно, что факторов, оказывающих влияние на точность измерения, существует огромное множество. Следовательно, каждая классификация погрешностей измерения достаточно условна. Наряду с этим в соответствии с принципу зависимости от формы эти выражения погрешности измерения смогут быть: полными, относительными и приведенными.

Помимо этого, по показателю зависимости от характера проявления, возможностей устранения и причин возникновения, погрешности измерений смогут быть составляющими. Наряду с этим различают следующие составляющие погрешности: систематические и случайные.

Систематическая составляющая остается постоянной либо изменяется при следующих измерениях того же самого параметра. Рассматривается по составляющим в связи с источниками происхождения.

Случайная составляющая изменяется при повторных трансформациях того же самого параметра случайным образом.

Обе составляющие погрешности измерения (и случайная, и систематическая) проявляются в один момент. Причем значение случайной погрешности не известно заблаговременно, потому, что оно может появляться из-за многих не уточненных факторов Этот вид погрешности нельзя исключить всецело, но их влияние возможно пара уменьшить, обрабатывая результаты измерений.

Составляющие погрешности смогут кроме этого делиться на: методическую, инструментальную и субъективную.

Субъективные систематические погрешности связаны с личными изюминками оператора. Такая погрешность может появляться из-за неточностей в отсчете показаний либо неопытности оператора. По большей части же систематические погрешности появляются из-за методической и инструментальной составляющих.

Методическая составляющая погрешности определяется несовершенством способа измерения, приемами применения средств измерения (СИ), некорректностью расчетных округления и формул результатов.

Инструментальная составляющая появляется из-за собственной погрешности СИ, определяемой классом точности, влиянием СИ на результат и разрешающей способности СИ.

Имеется кроме этого такое понятие, как «неотёсанные погрешности либо промахи», каковые смогут оказаться из-за ошибочных действий оператора, неисправности СИ либо непредвиденных трансформаций обстановки измерений. Такие погрешности, в большинстве случаев, обнаруживаются в ходе рассмотрения результатов измерений посредством особых параметров.

Ответственным элементом есть профилактика погрешности, осознаваемая как самый рациональный метод понижения погрешности, и содержится в устранении влияния какого-либо фактора.

Выделяют следующие виды погрешностей:

1) безотносительная погрешность;

2) относительна погрешность;

3) приведенная погрешность;

4) главная погрешность;

5) дополнительная погрешность;

6) систематическая погрешность;

7) случайная погрешность;

8) инструментальная погрешность;

9) методическая погрешность;

10) личная погрешность;

11) статическая погрешность;

12) динамическая погрешность.

Погрешности измерений классифицируются по следующим показателям.

По методу математического выражения погрешности делятся на абсолютные и относительные погрешности .

По сотрудничеству трансформаций во времени и входной величины погрешности делятся на статические и динамические погрешности .

По характеру появления погрешности делятся на систематические и случайные погрешности .

По характеру зависимости погрешности от воздействующих размеров погрешности делятся на: главные и дополнительные.

По характеру зависимости погрешности от входной величины погрешности делятся на: аддитивные и мультипликативные.

Безотносительная погрешность – это значение, вычисляемое как разность между значением величины, взятым в ходе измерений, и настоящим (настоящим) значением данной величины.

Полная погрешность вычисляется по формуле:

?Х = Х — Хд.

Безотносительная погрешность не имеет возможности полностью являться показателем точности измерений, поскольку одно да и то же её значение, к примеру ?Х = 0,5 мм при Х = 100 мм соответствует высокой точности измерений, а при Х = 1 мм – низкой. Исходя из этого и вводится понятие относительной погрешности.

Относительная погрешность – это число, отражающее степень точности измерения.

Относительная погрешность вычисляется по формуле:

Относительная погрешность выражается в процентах.

Приведенная погрешность – это значение, вычисляемое как отношение значения полной погрешности к нормирующему значению.

Нормирующее значение определяется следующим образом:

1) для средств измерений, для которых утверждено номинальное значение, это номинальное значение принимается за нормирующее значение;

2) для средств измерений, у которых нулевое значение находится на краю шкалы измерения либо вне шкалы, нормирующее значение принимается равным конечному значению из диапазона измерений. Исключением являются средства измерений с значительно неравномерной шкалой измерения;

3) для средств измерений, у которых нулевая отметка находится в диапазона измерений, нормирующее значение принимается равным сумме конечных численных значений диапазона измерений;

4) для средств измерения (измерительных устройств), у которых шкала неравномерна, нормирующее значение принимается равным целой длине шкалы измерения либо длине той ее части, которая соответствует диапазону измерения. Полная погрешность тогда выражается в единицах длины.

Погрешность измерения включает в себя инструментальную погрешность, погрешность отсчитывания и методическую погрешность. Причем погрешность отсчитывания появляется по обстоятельству неточности определения долей деления шкалы измерения.

Инструментальная погрешность – это погрешность, появляющаяся из-за допущенных в ходе изготовления средств измерения неточностей.

Методическая погрешность – это погрешность, появляющаяся по следующим обстоятельствам:

1) неточность построения модели физического процесса, на котором базируется средство измерения;

2) неверное использование средств измерений.

Субъективная погрешность – это погрешность, появляющаяся из-за низкой степени квалификации оператора средства измерений, и из-за погрешности зрительных органов человека, т.е. обстоятельством происхождения субъективной погрешности есть антропогенный фактор.

Погрешности по сотрудничеству трансформаций во времени и входной величины делятся на статические и динамические погрешности.

Статическая погрешность – это погрешность, которая появляется в ходе измерения постоянной (не изменяющейся во времени) величины.

Динамическая погрешность – это погрешность, численное значение которой вычисляется как разность между погрешностью, появляющейся при измерении непостоянной (переменной во времени) величины, и статической погрешностью (погрешностью значения измеряемой величины в определенный момент времени).

По характеру зависимости погрешности от воздействующих размеров погрешности делятся на главные и дополнительные.

Главная погрешность – это погрешность, полученная в обычных условиях эксплуатации средства измерений (при обычных значениях воздействующих размеров).

Дополнительная погрешность – это погрешность, которая появляется в условиях несоответствия значений воздействующих размеров их обычным значениям, либо в случае если воздействующая величина переходит границы области обычных значений.

Обычные условия – это условия, в которых все значения воздействующих размеров являются обычными или не выходят за границы области обычных значений.

Рабочие условия – это условия, в которых изменение воздействующих размеров имеет более широкий диапазон (значения воздействующих не выходят за границы рабочей области значений).

Рабочая область значений воздействующей величины – это область значений, в которой проводится нормирование значений дополнительной погрешности.

Аддитивная погрешность – это погрешность, появляющаяся по обстоятельству суммирования численных значений и не зависящая от значения измеряемой величины, забранного по модулю (полного). Значение полной аддитивной погрешности определяет минимальное значение величины, которое возможно измерено средством измерений.

Мультипликативная погрешность – это погрешность, изменяющаяся вместе с трансформацией значений величины, подвергающейся измерениям. Появляется из-за действия воздействующих размеров на параметрические чертей элементов прибора. Значения мультипликативных погрешностей изменяются пропорционально трансформациям значений измеряемой величины. Значения мультипликативных погрешностей кроме этого пропорциональны чувствительности средства измерений

Погрешности, каковые смогут появиться в ходе измерений, классифицируют по характеру появления. Выделяют:

1) систематические погрешности;

2) случайные погрешности.

Систематическая погрешность – это составная часть всей погрешности результата измерения, не изменяющаяся либо изменяющаяся закономерно при многократных измерениях одной и той же величины. В большинстве случаев систематическую погрешность пробуют исключить вероятными методами (к примеру, применением способов измерения, снижающих возможность ее происхождения), в случае если же систематическую погрешность нереально исключить, то ее просчитывают до начала измерений и в итог измерения вносятся соответствующие поправки. В ходе нормирования систематической погрешности определяются границы ее допустимых значений. Систематическая погрешность определяет правильность измерений средств измерения (метрологическое свойство).

Систематические погрешности во многих случаях возможно выяснить экспериментальным методом. Итог измерений тогда возможно уточнить при помощи введения поправки.

Методы исключения систематических погрешностей делятся на четыре вида:

1) ликвидация источников и причин погрешностей до начала проведения измерений;

2) устранение погрешностей в ходе уже начатого измерения методами замещения, компенсации погрешностей по символу, противопоставлениям, симметричных наблюдений;

3) корректировка результатов измерения при помощи внесения поправки (устранение погрешности методом вычислений);

4) определение пределов систематической погрешности , если ее нельзя устранить.

Ликвидация источников и причин погрешностей до начала проведения измерений есть самым хорошим вариантом, поскольку его применение упрощает предстоящий движение измерений (нет необходимости исключать погрешности в ходе уже начатого измерения либо вносить поправки в полученный итог).

Для устранения систематических погрешностей в ходе уже начатого измерения используются разные методы.

Метод введения поправок базируется на знании систематической погрешности и действующих закономерностей ее трансформации. При применении данного метода в итог измерения, полученный с систематическими погрешностями, вносят поправки, по величине равные этим погрешностям, но обратные по символу.

Метод замещения пребывает в том, что измеряемая величина заменяется мерой, помещенной в те же самые условия, в которых был объект измерения. Метод замещения используется при измерении следующих электрических параметров: сопротивления, емкости и индуктивности.

Метод компенсации погрешности по символу пребывает в том, что измерения выполняются два раза так, дабы погрешность, малоизвестная по величине, включалась в результаты измерений с противоположным знаком.

Метод противопоставления похож на метод компенсации по символу. Этот метод пребывает в том, что измерения делают два раза так, дабы источник погрешности при первом измерении противоположным образом действовал на итог второго измерения.

Случайная погрешность – это составная часть погрешности результата измерения, изменяющаяся случайно, незакономерно при проведении повторных измерений одной и той же величины. Появление случайной погрешности нельзя предвидеть и предугадать. Случайную погрешность нереально всецело устранить, она неизменно в некоей степени искажает конечные результаты измерений. Но возможно сделать итог измерения более правильным за счет проведения повторных измерений. Обстоятельством случайной погрешности может стать, к примеру, случайное изменение внешних факторов, влияющих на процесс измерения. Случайная погрешность при проведении многократных измерений с большой степенью точности ведет к рассеянию результатов. Связь между размерами случайных погрешностей и их вероятностями самый совершенно верно описывается законами распределения. Конечное число значений описывается программой, полиномом либо функцией распределения (рисунок 3).

Рисунок 3 — Графики распределения случайных погрешностей измерения

Наряду с этим по оси абсцисс откладывают значения погрешности °D, а на оси ординат — возможности появления этих значений Р(°D) (рисунок 3, а). Возможность Р(°D) пропорциональна отношению числа погрешностей n к неспециализированному числу измерений N: Р(°Di) = n/N.

Для дискретного числа измерений N действует закон распределения. С повышением N функция распределения получает форму (рисунок 3, б). Данный вид закона распределения именуется обычным (либо гауссовым):

где s — параметр закона распределения, именуемый средним квадратическим отклонением случайной погрешности.

Среднее квадратическое отклонение ? определяет вид закона распределения: чем меньше s, тем более «острой» есть кривая распределения f(°D) и более правильным средство измерения, поскольку возможность появления громадных погрешностей в этом случае меньше (рисунок 3, в).

Пример. Подлинное значение температуры 800 °С (рисунок 3, г). Из графика распределения f(t) измеренных значений возможно выяснить среднее значение М[Т] — математическое ожидание, равное 820 °С. Следовательно, измерение сопровождается систематической неточностью Dс = 800 — 820 = — 20 °С. При показании прибора 860 °С (стрелка на шкале) случайная погрешность этого измерения составит °D = 860 — 820 = 40 °С, а суммарная погрешность °Da = 860- 800 = 60 °С в сторону завышения.

грубые погрешности и Промахи – это погрешности, намного превышающие предполагаемые в данных условиях проведения измерений систематические и случайные погрешности. грубые погрешности и Промахи смогут оказаться из-за неотёсанных неточностей в ходе проведения измерения, технической неисправности средства измерения, неожиданного трансформации внешних условий.

Последовательность измерений одной величины возможно охарактеризован размахом результатов измерений — алгебраической разностью громаднейшего Хmах и мельчайшего Хmin результатов последовательности из n измерений:

Rn = Хmах — Хmin .

Одной из обобщенных черт рассеяния помогает средняя арифметическая погрешность отдельного измерения в серии из n равноточных свободных измерений Xi при среднем арифметическом значении данного последовательности:

Чаще применяют другую чёрта рассеяния — среднюю квадратическую погрешность (среднее квадратическое отклонение) S(X) отдельного измерения в серии из n равноточных свободных измерений:

В силу ограниченности количества измерений S именуют оценкой стандартного отклонения s. Между этими размерами существует соотношение s = S(X).

При n 30 между средней арифметической r и средней квадратической погрешностями выполняется соотношение:

r = 0,8S(X).

Возможность Р{(Xi — )

При проведении серии измерений зависимость между средней квадратической погрешностью отдельного измерения S(X) и средней квадратической погрешностью арифметического среднего S выражается:

S = S(X)/ .

Следовательно, случайная погрешность измерения может быть уменьшена в раз, в случае если совершить n измерений величины, а результатом вычислять среднее арифметическое значение.

Более точна оценка погрешности измерения при определении конфиденциальных границ погрешности, каковые при обычном известной величине и законе распределения S(X) определяются с учетом коэффициента Стьюдента t, зависящего от задаваемой доверительной возможности Р и числа измерений n, как ±tS(X).

Способы научного познания. Базы метрологии


Также читать:

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: