МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра металлорежущих станков и инструментов

МЕТРОЛОГИЯ

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Методические указания к лабораторной работе по курсу «Метрология, стандартизация и сертификация» для студентов специальности 120200 «Металлорежущие станки и инструменты» специализации 120219 «Менеджмент качества, сертификации и лицензирование оборудования»

Составитель Н.Г. Розенко

Утверждены на заседании кафедры Протокол № 5 от 30.10.02

Электронная копия хранится в библиотеке главного корпуса ГУ КузГТУ

Кемерово 2003

ских величин, методы, методики, а также средства измерений для метрологического обеспечения производства.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Физическая величина является одним из свойств физического объ-

екта, физической системы, явления или процесса. В качественном отношении это свойство является одним для многих физических объектов, однако в количественном отношении оно индивидуально для каждого из них. Количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению, процессу называется размером физической величины. Значение физической величины формируется путем выражения физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

Значение физической величины, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую физической величину, называется истинным значением величины. Оно может быть соотнесено с понятием абсолютной истины и может быть получено только в результате бесконечного процесса измерений с бесконечным совершенствованием методов и средств измерений.

Действительное значение физической величины – это значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него.

Совокупность физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, называется системой физических величин.

В системе физических величин одни величины принимаются как независимые, а другие определяются как функции независимых величин.

Физическая величина, входящая в систему величин и условно принятая в качестве независимой от других величин этой системы называется основной физической величиной.

Физическая величина, входящая в систему величин и определяемая через основные величины этой системы, называется производной физической величиной.

Измерение физической величины – это совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения в явном или не-

явном виде измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины. Если ряд измерений какой-либо величины выполнен одинаковыми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях с одинаковой тщательностью, то такие измерения называются равноточными. Если ряд измерений какой-либо величины выполнен различающимися по точности средствами измерений и (или) в разных условиях, то такие измерения называются неравноточными.

Если измерение выполнено один раз, то оно называется однократным. Измерение называется многократным, если при измерении физической величины одного и того же размера результат получен из нескольких следующих друг за другом измерений, т.е. состоящее из ряда однократных измерений.

Статическое измерение – это измерение физической величины, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения.

Динамическое измерение – это измерение изменяющейся по размеру физической величины.

Измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант, называется абсолютным измерением. Например, измерение силы F = m g основано на применении основной величины массы – m

и использовании физической постоянной g в точке измерения массы. Относительное измерение – это измерение отношения величины к

одноименной величине, играющей роль единицы, или измерение изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.

Измерение, при котором исходное значение физической величины получают непосредственно называется прямым измерением. Например, измерение длины детали микрометром, силы тока – амперметром, массы на весах.

Если искомое значение физической величины определяется на основании прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной, то такие измерения называются косвенными. Например, плотность D тела цилиндрической формы можно определить на основании результатов прямых измерений массы m , высоты h и диаметра цилиндра d , связанных с плотностью уравнением

	0,25π d 2 h

Проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерении этих величин в разных сочетаниях, называются совокупными измерениями. Например, значение массы отдельных гирь набора определяют по известному значению массы одной из гирь и по результатам измерений (сравнений) масс различного сочетания гирь.

Если проводятся одновременно измерения двух или нескольких одноименных величин для определения зависимости между ними, то такие измерения называются совместными.

Видом измерений называется часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин. Например, в области электрических и магнитных измерений могут быть выделены такие виды измерений: измерения электрического сопротивления, электродвижущей силы, электрического напряжения, магнитной индукции и др.

Подвидом измерений называется часть вида измерений, выделяющая особенностями измерений однородной величины (по диапазону, по размеру величины и др.) Например, при измерении длины выделяют измерения больших длин (в десятках, сотнях, тысячах километров) или измерения сверх малых длин – толщин пленок.

Средства измерительной техники – это технические средства, специально предназначенные для измерений. К средствам измерительной техники относятся средства измерений и их совокупности (измерительные системы, измерительные установки), измерительные принадлежности, измерительные установки.

Под средством измерений понимается техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормируемые метрологические характеристики, воспроизводящие и (или) хранящие единицу физической величины, размер которой принимается неизменным в пределах установленной погрешности в течение известного интервала времени.

Рабочее средство измерений – это средство измерений, предназначенное для измерений, не связанных с передачей размера единицы другим средствам измерений.

Основное средство измерений – это средство измерений той физической величины, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей.

Вспомогательное средство измерений – это средство измерений той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерений необходимо учитывать для получения результатов измерений требуемой точности. Например, термометр для измерения температуры газа при измерении объемного расхода этого газа.

Средство измерений называется автоматическим, если оно без непосредственного участия человека производит измерения и все операции, связанные с обработкой результатов измерений, их регистрацией, передачей данных или выработкой управляющего сигнала. Автоматическое средство измерений, встроенное в автоматическую технологическую линию, называется измерительным автоматом или контрольным автоматом. Разновидность контрольно-измерительных машин, отличающихся хорошими манипуляционными свойствами, высокими скоростями перемещений и измерений, называется измерительными роботами.

Средство измерений называется автоматизированным, если оно производит в автоматическом режиме одну или часть измерительных операций. Например, барограф измеряет и регистрирует давление; счетчик электрической энергии производит измерение и регистрацию данных нарастающим итогом.

Мерой физической величины называется средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных параметров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.

Существуют следующие разновидности мер.

1. Однозначная мера – это мера, воспроизводящая физическую величину одного размера (например гиря 1 кг).

2. Многозначная мера – это мера, воспроизводящая физическую величину разных размеров (например штриховая мера длины).

3. Набор мер – это комплект мер разного размера одной и той же физической величины, предназначенных для применения на практике как в отдельности, так и в различных сочетаниях (например набор концевых мер длины).

4. Магазин мер – это набор мер конструктивно объединенных в единое устройство, в котором имеются приспособления для их соединения в различных комбинациях (например магазин электрических сопротивлений).

Измерительный набор – это средство измерений, предназначенное для получения значений измерений физической величины в установленном диапазоне. По способу индикации значений измеряемой величины измерительные приборы разделяются на показывающие и регистрирующие. По действию измерительные приборы разделяются на интегрирующие и суммирующие. Различаются также приборы прямого действия и приборы сравнения, аналоговые и цифровые приборы, самопишущие и печатающие приборы.

Совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенных для измерений одной или нескольких физических величин и расположенных в одном месте, называется измерительной установкой. Измерительная установка, применяемая при поверке, называется поверочной установкой. Измерительная установка, входящая в состав эталона, называется эталонной установкой. Некоторые большие измерительные устройства называются измерительными машинами. Измерительные машины предназначены для точных измерений физических величин. Например, силоизмерительная машина, машина для измерения больших длин в промышленном производстве, делительная машина, координатно-измерительная машина.

Измерительная система – это совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технологических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в различных целях. В зависимости от назначения измерительные системы разделяются на измерительные информирующие, измерительные управляющие системы и др. Измерительная система, перестраиваемая в зависимости от изменения измерительной задачи, называется гибкой измерительной системой.

Стандартный образец – это образец веществ или материала с установленными в результате метрологической аттестации значениями одной или более величин, характеризующими свойство или состав этого вещества или материала. Различаются стандартные образцы свойства и стандартные образцы состава. Примером стандартного образца свойства является стандартный образец относительной диэлектрической проницаемости. Стандартные образцы свойств веществ и материалов по метрологическому назначению выполняют роль однозначных мер. Они могут применяться в качестве рабочих эталонов с присвоением размера

по государственной поверочной схеме. Примером стандартного образца состава является стандартный образец состава углеродистой стали.

Измерительный преобразователь – это техническое средство с нормированными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи. Измерительный преобразователь может входить в состав измерительного прибора, измерительной установки, измерительной системы и др. или применяться вместе с какимлибо средством измерений. По характеру преобразования различаются аналоговые, цифро-аналоговые, аналогово-цифровые преобразователи. По месту в измерительной цепи различаются первичные и промежуточные преобразователи. Преобразователи также бывают масштабные и передающие.

Примеры преобразователей.

1. Термопара в термоэлектрическом термометре;

2. Электропневматический преобразователь.

Первичный измерительный преобразователь – это измерительный преобразователь, на который непосредственно воздействует измеряемая физическая величина. Например, термопара в цепи термоэлектрического термометра.

Датчик – это конструктивно обособленный первичный преобразователь, от которого поступают измерительные сигналы.

Средство сравнения – это техническое средство или специально создаваемая среда, посредством которых можно выполнить сравнение друг с другом мер однородных величин или показаний измерительных приборов.

Примеры средств сравнения.

1. Рычажные весы, на одну чашку которых устанавливается эталонная гиря, а на другую поверяемая.

2. Градуировочная жидкость для сравнения эталонного и рабочего ареометров.

3. Температурное поле, создаваемое термостатом для сравнения показаний термометров.

4. Давление среды, создаваемое компрессором, может быть измерено поверяемым и эталонным манометром одновременно; на основании показаний эталонного прибора градуируется поверяемый прибор.

Компаратор – это средство сравнения, предназначенное для сличения мер однородных величин. Например, рычажные весы.

Средство измерений, признанное годным и допущенное для применения уполномоченным на то органом, называется узаконенным средством измерений.

Государственные эталоны страны становятся таковыми в результате утверждения первичных эталонов национальным органом по стандартизации и метрологии. Рабочие средства измерений, предназначенные для серийного выпуска, узакониваются путем утверждения типа средства измерений.

Измерительные принадлежности – это вспомогательные средства, служащие для обеспечения необходимых условий для выполнения измерений с требуемой точностью. Примерами измерительных принадлежностей могут служить термостаты, барометры, противовибрационные фундаменты, устройства для экранирования электромагнитных полей, треноги для установки приборов и т.п.

Индикатор – это техническое средство или вещество, предназначенное для установления наличия какой-либо физической величины или превышения уровня ее порогового значения. Индикатор близости к нулю сигнала называется нуль-индикатором.

Примеры индикаторов.

1. Осциллограф служит индикатором наличия или отсутствия измерительных сигналов.

2. Лакмусовая бумага или другие вещества в химических реакциях.

3. Световой или звуковой сигнал индикатора ионизирующих излучений в случае превышения уровня радиации порогового значения.

Метрологической характеристикой средств измерений называется характеристика одного из свойств средств измерений, влияющая на результат измерений и на его погрешность. Для каждого типа средств измерений устанавливаются свои метрологические характеристики. Метрологические характеристики, устанавливаемые в нормативных и технических документах, называются нормированными метрологическими характеристиками, а определяемые экспериментально – действительными метрологическими характеристиками.

Вариация показаний измерительного прибора – это разность показаний прибора в одной и той же точке диапазона измерений при плавном подходе к этой точке со стороны меньших и больших значений измеряемой величины.

Диапазон показаний средств измерений – это область значений шкалы прибора, ограниченная начальным и конечным значениями шкалы.

Диапазон измерений средств измерений – это область значений величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности средств измерений.

Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу и сверху (слева и справа), называются соответственно нижним пределом измерений и верхним пределом измерений.

Номинальное значение меры – это значение величины, приписанное мере или партии мер при изготовлении, например гиря с номинальным значением 1 кг.

Действительное значение меры – это значение величины, приписанное мере на основании ее калибровки или поверки. Например, в состав государственного эталона единицы массы входит платиноиридиевая гиря с номинальным значением массы 1 кг, тогда как действительное значение ее массы составляет 1,000000087 кг получено в результате международных сличений с международным эталоном килограмма, хранящимся в Международном бюро мер и весов (МБМВ).

Чувствительность средства измерений – это свойство средства измерений, определяемое отношением измерения выходного сигнала этого средства к вызывающему его изменению измеряемой величины. Различаются абсолютная и относительная чувствительность. Абсолютная чувствительность определяется по формуле

где X – измеряемая величина.

Порог чувствительности – это характеристика средства измерений в виде наименьшего значения изменения физической величины, начиная с которого может осуществляться ее измерение данным средством.

Смещение нуля – это показание средства измерений, отличное от нуля, при входном сигнале, равном нулю.

Дрейф показаний средства измерений – это изменение показаний средства измерений во времени, обусловленное изменением влияющих величин или других факторов.

Тип средства измерений – это совокупность средств измерений одного и того же назначения, основанных на одном и том же принципе

действия, имеющих одинаковую конструкцию и изготовляемых по одной и той же технической документации. Средства измерений одного типа могут иметь различные модификации (например отличаться по диапазону измерений).

Вид средства измерений – это совокупность средств измерений, предназначенных для измерений данной физический величины. Например, амперметры и вольтметры являются видами средств измерений соответственно силы электрического тока и напряжения. Вид средств измерений может включать несколько их типов.

Метрологической исправностью средств измерений называется такое их состояние, при котором все нормируемые метрологические характеристики соответствуют установленным требованиям.

Выход метрологической характеристики средства измерений за установленные пределы называется метрологическим отказом средства измерений.

Физическое явление или эффект, положенные в основу измерений, называется принципом измерений (например использование силы тяжести при измерении массы взвешиванием).

Метод измерений – это прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Метод измерений взаимосвязан с устройством средств измерений.

Метод непосредственной оценки – это метод измерений, при котором значение величины определяется непосредственно по показывающему средству измерений.

Метод сравнения с мерой – это метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Например, измерения массы на рычажных весах с уравновешением гирями (мерами массы с известным значением).

Нулевой метод измерений – это метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля. Например, измерение электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием.

Метод измерения замещением – это метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины. Например, взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов.

Метод измерения дополнением – это метод сравнения с мерой, в котором значение измеряемой величины дополняется мерой этой же

Федеральный закон «Об обеспечении единства измерений» от 27.04.1993 осуществляет регулирование отношений, связанных с обеспечением единства измерений в Российской Федерации, в соответствии с Конституцией РФ.

Основные статьи Закона устанавливают:

• основные понятия, применяемые в Законе;
• организационную структуру государственного управления обеспечением единства измерений;
• нормативные документы по обеспечению единства измерений;
• единицы величин и государственные эталоны единиц величин;
• средства и методики измерений.

Закон определяет Государственную метрологическую службу и другие службы обеспечения единства измерений, метрологические службы государственных органов управления и юридических лиц, а также виды и сферы распределения государственного метрологического контроля и надзора.

Отдельные статьи Закона содержат положения по калибровке и сертификации средств измерений и устанавливают виды ответственности за нарушение Закона.

Становление рыночных отношений наложило отпечаток на статью Закона, которая определяет основы деятельности метрологических служб государственных органов управления и юридических лиц. Вопросы деятельности структурных подразделений метрологических служб на предприятиях стимулируются чисто экономическими методами.

В тех сферах, которые не контролируются государственными органами, создается Российская система калибровки , также направленная на обеспечение единства измерений. Госстандарт РФ назначил центральным органом Российской системы калибровки Управление технической политики в области метрологии.

Положение о лицензировании метрологической деятельности направлено на защиту прав потребителей и охватывает сферы, подлежащие государственному метрологическому контролю и надзору. Право выдачи лицензии предоставлено исключительно органам Государственной метрологической службы.

Закон создает условия для взаимодействия с международной и национальными системами измерений зарубежных стран. Это прежде всего необходимо для взаимного признания результатов испытаний, калибровки и сертификации, а также для использования мирового опыта и тенденций в современной метрологии.

Вопросами теории и практики обеспечения единства измерений занимается метрология. Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Метрология имеет большое значение для прогресса естественных и технических наук, так как повышение точности измерений - одно из средств совершенствования путей познания природы человеком, открытий и практического применения точных знаний.

Для обеспечения научно-технического прогресса метрология должна опережать в своем развитии другие области науки и техники, ибо для каждой из них точные измерения являются одним из основных путей их совершенствования.

Основными задачами метрологии являются:

• установление единиц физических величин, государственных эталонов и образцовых средств измерений;
• разработка теории, методов и средств измерений и контроля; обеспечение единства измерений;
• разработка методов оценки погрешностей, состояния средств измерения и контроля;
• разработка методик передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.

Измерением называется совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения измеряемой величины с ее единицей (сравнение) и получение значения этой величины. Измерения должны выполняться в общепринятых единицах.

Метрологическое обеспечение (МО) - установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений.

В перечень основных задач метрологического обеспечения в технике входят:

• определение путей наиболее эффективного использования научных и технических достижений в области метрологии;
• стандартизация основных правил, положений, требований и норм метрологического обеспечения;
• согласование приборов и методов измерения, проведение совместных измерений с помощью отечественной и зарубежной аппаратуры (интеркалибрация);
• определение рациональной номенклатуры измеряемых параметров, установление оптимальных норм точности измерений, порядка выбора и назначений средств измерений;
• организация и проведение метрологической экспертизы на стадиях разработки, производства и испытаний изделий;
• разработка и применение прогрессивных методов измерений, методик и средств измерений;
• автоматизация сбора, хранения и обработки измерительной информации;
• осуществление ведомственного контроля за состоянием и применением на предприятиях отрасли образцовых, рабочих и нестандартизованных средств измерений;
• проведение обязательных государственной или ведомственной поверок средств измерений, их ремонта;
• обеспечение постоянной готовности к проведению измерений;
• развитие метрологической службы отрасли и др.

Физическая величина - одно из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

Единица измерения должна быть установлена для каждой из физических величин, при этом необходимо учитывать, что многие физические величины связаны между собой определенными зависимостями. Поэтому лишь часть физических величин и их единиц может определяться независимо от других. Такие величины называют основными. Производная физическая величина - физическая величина, входящая в систему физических величин и определяемая через основные физические величины этой системы.

Совокупность физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимают за независимые, а другие определяют как функции независимых величин, называется системой единиц физических величин. Единица основной физической величины является основной единицей системы. Международная система единиц (система СИ; SI - от франц. Systeme International - The International System of Units) была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г.

В основу системы СИ положены семь основных и две дополнительные физические единицы. Основные единицы: метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела (табл. 1.1).

Метр - длина пути, проходимого светом в вакууме за интервал времени 1/299 792 458 секунды.

Килограмм - единица массы, определяемая как масса международного прототипа килограмма, представляющего собой цилиндр из сплава платины и иридия.

Секунда равна 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего энергетическому переходу между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133.

Ампер - сила неизменяющегося тока, который, проходя по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызывал бы силу взаимодействия, равную 2 10“ 7 Н (ньютон) на каждом участке проводника длиной 1 м.

Таблица 1.1. Единицы Международной системы СИ

Величина
Наименование	Размерность	Наименование	Обозначение
			международное
Основные единицы
		килограмм
Сила электрического тока
Температура
Количество вещества
Сила света
Дополнительные единицы
Плоский угол
Телесный угол		стерадиан

Кельвин - единица термодинамической температуры, равная 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды, т. е. температуры, при которой три фазы воды - парообразная, жидкая и твердая - находятся в динамическом равновесии.

Моль - количество вещества, содержащее столько же структурных элементов, сколько содержится в образце углерода-12 массой 0,012 кг.

Кандела - сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540 10 12 Гц, чья энергетическая сила излучения в этом направлении составляет "/ 683 Вт/ср (ср - стерадиан).

Дополнительные единицы системы СИ предназначены и используются для образования единиц угловой скорости, углового ускорения. К дополнительным физическим величинам системы СИ относят плоский и телесный углы.

Радиан {рад) - угол между двумя радиусами окружности, длина дуги которой равна этому радиусу. В практических случаях часто используют такие единицы измерения угловых величин:

градус - 1° = 2л/360 рад = 0,017453 рад;

минута - 1" = 1°/60 = 2,9088 10 4 рад;

секунда - 1" = Г/60 = 1°/3600 = 4,8481 10“ 6 рад;

радиан - 1 рад = 57°17"45" = 57,2961° = (3,4378 10 3)" = (2,0627 10 5)".

Стерадиан {ср) - телесный угол с вершиной в центре сферы, вырезающий на ее поверхности площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.

Производные единицы системы СИ образуют из основных и дополнительных единиц. Производные единицы бывают когерентными и некогерентными. Когерентной называют производную единицу величины, связанную с другими единицами системы уравнением, в котором числовой множитель - единица (например, скорость и равномерного прямолинейного движения связана с длиной пути / и временем t соотношением и = //г). Остальные производные единицы - некогерентные. В табл. 1.2 приведены основные производные единицы.

Размерность физической величины - одна из важнейших ее характеристик, которую можно определить как буквенное выражение, отражающее связь данной величины с величинами, принятыми за основные в рассматриваемой системе величин. В табл. 1.2 для величин приняты следующие размерности: для длины - Ь, массы - М, времени - Т, силы электрического тока - I. Размерности записывают прописными буквами и печатают прямым шрифтом.

Среди получивших широкое распространение внесистемных единиц отметим киловатт-час, ампер-час, градус Цельсия и т. д.

Сокращенные обозначения единиц, как международных, так и русских, названных в честь великих ученых, пишутся с заглавных букв; например ампер - А; ом - Ом; вольт - В; фарад - Ф. Для сравнения: метр - м, секунда - с, килограмм - кг.

Применение целых единиц не всегда удобно, так как в результате измерений получаются слишком большие или малые их значения. Поэтому в системе СИ установлены десятичные кратные и дольные единицы, которые образуются с помощью множителей. Десятичным множителям соответствуют приставки

Таблица 1.2. Производные единицы СИ

Величина
Наименование	Размерность	Наименование	Обозначение
			международное
Энергия, работа, количество теплоты
Сила, вес
Мощность, поток энергии
Количество электричества
Электрическое напряжение, электродвижущая сила (ЭДС), потенциал
Электрическая емкость	Ь- 2 М >Т 4 1 2
Электрическое сопротивление	Ь 2 МТ- 3 1-2
Электрическая проводимость	Ь- 2 м-1Т 3 1 2
Магнитная индукция
Поток магнитной индукции	Ц 2 МТ- 2 1-1
Индуктивность, взаимная индуктивность	Ь 2 МТ- 2 1-2

(табл. 1.3), которые пишутся слитно с наименованием основной или производной единицы, например: километр (км), милливольт (мВ), мегагерц (МГц), наносекунда (нс).

Если физическая единица в целое число раз больше системной, она называется кратной единицей, например килогерц (10 3 Гц). Дольная единица физической величины - единица, меньшая системной в целое число раз, например, микрогенри (КГ 6 Гн).

Мерой физической величины или просто мерой называют средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных

Таблица 1.3. Множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц СИ

Множитель	Приставка	Обозначение приставки
		международное

единицах и известны с необходимой точностью. Различают следующие разновидности мер:

• однозначная мера - мера, воспроизводящая физическую величину одного размера (например, гиря 1 кг);
• многозначная мера - мера, воспроизводящая физическую величину разных размеров (например, штриховая мера длины);
• набор мер - комплект мер одной и той же физической величины, но разного размера, предназначенных для применения на практике, как в отдельности, так и в различных сочетаниях (например, набор концевых мер длины);
• магазин мер - набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство, в котором имеются приспособления для их соединения в различных комбинациях (например, магазин электрических сопротивлений).

Электроизмерительными приборами называют средства электрических измерений, предназначенные для выработки информации о значениях измеряемой величины, в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, например амперметр, вольтметр, ваттметр, фазометр.

Измерительными преобразователями называют средства электрических измерений, предназначенные для выработки измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки или хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Измерительные преобразователи можно разделить на два вида:

• преобразователи электрических величин в электрические, например шунты, делители или усилители напряжения, трансформаторы;
• преобразователи неэлектрических величин в электрические, например термоэлектрические термометры, терморезисторы, тензорезисторы, индуктивные и емкостные преобразователи.

Электроизмерительная установка состоит из ряда средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, расположенных в одном месте. При помощи таких установок можно в ряде случаев производить более сложные и более точные измерения, чем при помощи отдельных измерительных приборов. Электроизмерительные установки широко используются, например, для поверки и градуировки электроизмерительных приборов и испытаний различных материалов, используемых в электротехнических конструкциях.

Измерительные информационные системы представляют собой совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи. Они предназначены для автоматического получения, передачи и обработки измерительной информации от многих источников.

В зависимости от способа получения результата измерения делятся на прямые и косвенные.

Прямыми называются измерения, результат которых получается непосредственно из опытных данных. Примеры прямых измерений: измерение тока амперметром, длины детали микрометром, массы на весах.

Косвенными называются измерения, при которых искомая величина непосредственно не измеряется, а ее значение находится на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной. Например, мощность Р в цепях постоянного тока вычисляют по формуле Р= Ш, напряжение и в этом случае измеряют вольтметром, а ток / - амперметром.

В зависимости от совокупности приемов измерений все методы делятся на методы непосредственной оценки и методы сравнения.

Под методом непосредственной оценки понимают метод, по которому измеряемая величина определяется непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия, т. е. прибора, осуществляющего преобразование измерительного сигнала в одном направлении (без применения обратной связи), например измерение тока амперметром. Метод непосредственной оценки прост, но отличается относительно низкой точностью.

Методом сравнения называют метод, по которому измеряемая величина сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой. Отличительной чертой метода сравнения является непосредственное участие меры в процессе измерения, например измерение сопротивления путем сравнения его с мерой сопротивления - образцовой катушкой сопротивления, измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями. Методы сравнения обеспечивают большую точность измерения, чем методы непосредственной оценки, но это достигается за счет усложнения процесса измерения.

По назначению СИ делят на следующие группы:

• меры;
• измерительные преобразователи;
• измерительные приборы;
• измерительные установки;
• измерительные системы.

Мерой называетсяСИ, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величиныодного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленныхединицах и известны с необходимой точностью.

Меры бывают:

Однозначные - воспроизводящие физическую величину одного размера(гиря).

Многозначные - воспроизводящие ряд одноименных величин различногоразмера (измерительная линейка).

Наборы мер - комплект мер, применяемых не только по отдельности,но и в различных сочетаниях с целью воспроизведения ряда одноименных величинразличного размера (набор гирь, набор концевых мер).

Магазины мер - набор мер, объединенных в одно конструктивноецелое, со специальными переключателями, связанными с отсчетным устройством.

Штриховые меры – это меры, размер которыхопределяется расстоянием между осями двух измерительных штрихов.

Концевые меры – это меры, размер которыхопределяется расстоянием между двумя плоскими взаимно параллельными гранямиметаллического параллелепипеда.

Стандартные образцы представляют собой меру для воспроизведения единицывеличины, характеризующей свойства или состав веществ и материалов(например,образцы твердости, шероховатости, образцы стали с аттестованным содержанием химическихэлементов).

Образцовые вещества - это меры, представляющие собой вещества сизвестными свойствами, воспроизводимыми при соблюдении условий приготовления,указанных в утвержденной спецификации («чистая» вода, «чистые» газы, «чистые»металлы).

Измерительный преобразователь - это СИ, служащее для выработки измерительной информациив форме, удобной для передачи на расстояние, хранения, обработки, но неподдающейся непосредственному восприятию наблюдателя.

Измерительные преобразователи классифицируются по ряду признаков.

По местонахождению в измерительной цепи преобразователи делятся на первичные и промежуточные. Если входной величиной преобразователя является измеряемая физическая величина, то измерительный преобразователь называется первичным. Конструктивно обособленный первичный преобразователь, от которого поступают измерительные сигналы, называется датчиком. Датчик может быть вынесен на значительное расстояние от средства измерений, принимающего его сигналы. Промежуточные преобразователи располагаются в измерительной цепи после первичного.

По виду входных и выходных величин измерительные преобразователи делятся:

• аналоговые, преобразующие одну аналоговую величину в другую аналоговую величину;
• на аналого-цифровые (АЦП), предназначенные для преобразования аналогового измерительного сигнала в цифровой код;
• цифроаналоговые (ЦАП), предназначенные для преобразования цифрового кода в аналоговую величину.

Измерительный преобразователь называется передающим, если он предназначен для дистанционной передачи сигнала измерительной информации. Примерами могут служить индуктивный или пневматический передающие преобразователи. Измерительный преобразователь, предназначенный для изменения величины в заданное число раз, называется масштабным(например, измерительный трансформатор тока, делитель напряжения, измерительный усилитель).

Измерительный прибор - это СИ, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для восприятия наблюдателя.

Измерительные приборы представляют собой самую многочисленную группу СИ и классифицируются по различным признакам. Наиболее общими являются классификации по типу структурной схемы и способу выдачи измерительной информации.

По типу структурной схемы приборы подразделяются на приборы прямого действия и приборы сравнения.

В приборах прямого действия предусмотрено одно или несколько преобразований сигналов измерительной информации X в выходную величину Y в одном направлении от входа к выходу, т.е. без применения обратной связи. Примерами приборов прямого действия могут служить манометры, ртутно-стеклянные термометры, амперметры и др.

Приборы сравнения - это измерительные приборы, предназначенные для непосредственного сравнения измеряемой величины X с величиной X 0, и разностная величина DX = X - X 0 используется для получения результата измерения. Примерами приборов сравнения являются равноплечие весы, электроизмерительный потенциометр (компенсатор), компаратор для линейных мер и др. В приборах сравнения мера присутствует в процессе каждого измерения.

По способу выдачи измерительной информации измерительные приборы подразделяются на показывающие и регистрирующие.

Показывающие приборы позволяют осуществить отсчитывание показаний; регистрирующие - отсчитывание, а также регистрацию измеряемой величины либо в функции времени, либо в функции другой величины.

К показывающим приборам относятся аналоговые и цифровые приборы.

Отсчетные устройства аналоговых приборов состоят из шкалы и указателя - стрелки, показания этих приборов являются непрерывной функцией измеряемой величины.

Шкала средств измерений - часть показывающего устройства СИ, представляющая собой упорядоченный ряд отметок вместе со связанной с ними нумерацией. Отметка шкалы - это знак на шкале СИ (черточка, зубец, точка и т.д.), соответствующий некоторому значению физической величины. Для цифровых шкал сами числа являются эквивалентами отметок шкалы.

Цена деления шкалы -это разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы СИ. Отметки наносятся на шкалу при градуировке прибора, т.е. при подаче на его вход сигнала с выхода образцовой многозначной меры. У части отметок шкалы проставляются числовые значения величины, подаваемой с выхода меры. Эти отметки становятся числовыми.

Шкала СИ имеет начальное и конечное значения. Они соответствуют наименьшему и наибольшему значениям измеряемой величины, которые могут быть отсчитаны по шкале СИ. При измерении с показывающего устройства считывается показание. Каждое СИ характеризуется диапазоном показаний и диапазоном измерений. Диапазоном показаний называется область значений шкалы СИ, ограниченная ее начальным и конечным делениями. Диапазоном измерений называется область значений физической величины (ФВ), в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности СИ. Значения величины, ограничивающие диапазон снизу и сверху (слева и справа), называются соответственно нижним и верхним пределами измерений. Диапазон измерений всегда меньше или равен диапазону показаний.

Измерительная установка - это совокупность функционально-объединенных средств измерений (мер, измерительных преобразователей, измерительных приборов), предназначенных для выработки сигналов измерительной информации и расположенных компактно.

Измерительные установки применяются в лабораториях для научных исследований, для контроля качества материалов.

Измерительная установка - совокупность измерительных преобразователей, измерительных приборов и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная для выработки информации, удобной для автоматической обработки, передачи и использования в системах управления.

Все СИ по выполняемым метрологическим функциям делят на эталоны, рабочие эталоны и рабочие СИ.

Эталон единицы физической величины - это СИ (или комплекс СИ), обеспечивающее воспроизведение и хранение единицы с целью передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений, официально утвержденное в установленном порядке. Рабочий эталон - это СИ, служащее для поверки или калибровки по ним других средств измерения и утвержденное в качестве рабочего эталона.

Поверка - это определение метрологическим органом погрешности средств измерения и установление его пригодности к применению.

Рабочие средства измерения - это СИ, применяемые в технических измерениях.

Поверочная схема - это утвержденный в установленном порядке документ, устанавливающий средства, методы и точность передачи размера единиц от эталона к рабочим СИ. Главной частью поверочной схемы является метрологическая цепь передачи размеров единицы от первичного эталона рабочим средством измерения.

Методы измерения.

Методы измерения (МИ) – способ получения результата измерений путем использования принципов и средств измерений.

МИ подразделяются на:

· Метод непосредственной оценки – значение измеряемой величины снимается непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия.

Преимущество – быстрота измерений, обусловливающая незаменимость для практического применения. Недостаток – ограниченная точность.

· Метод сравнения с мерой – измеряемая величина сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой. Пример: измерение длины линейкой.

Преимущество – большая точность измерения, чем при методе непосредственной оценки. Недостаток – большие затраты времени на подбор мер.

· Метод противоставления – измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, единовременно действует на прибор сравнения, с помощью которого устанавливают соотношение между этими величинами.

Например, взвешивание на равноплечных весах, при котором измеряется масса, определяется как сумма массы гирь, ее уравновешивающих, и показаний по шкале весов.

Преимущество – уменьшение воздействия на результаты измерения факторов, влияющих на искажение сигналов измерительной информации. Недостаток – увеличение времени взвешивания.

· Дифференциальный (разностный) метод – характеризуется разностью измеряемой и известной (воспроизводимой мерой) величинами. Например, измерение путем сравнения с рабочим эталоном на компаторе, выполняемые при поверке мер длины.

Преимущество - получение результатов с высокой точностью, даже при применении относительно грубых средств для измерения разности.

· Нулевой метод – метод сравнения с мерой, в которой результирующий эффект воздействия на прибор сравнения доводят до нуля.

· Метод совпадения – метод сравнения с мерой, в которой разность между значениями искомой и воспроизводимой мерой величин измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов.

Преимущество – метод позволяет существенно увеличить точность сравнения с мерой. Недостаток – затраты на приобретение более сложных СрИзм, необходимость наличия профессиональных навыков у оператора.

· Метод замещения – основан на сравнении с мерой, при котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой, сохраняя все условия неизменными. Например, взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов.

Преимущества – погрешность измерений мала, так как определяется в основном погрешностью меры и зоной нечувствительности прибора (ноль – индикатор). Недостаток – необходимость применения многозначных мер.

· Косвенный метод измерения – измерение физической величины одного наименования, связанной с другой искомой величиной, определенной функциональной зависимостью, с последующим расчетом путем решения управления. Косвенные методы широко применяются при химических методах испытания.

Преимущества – возможность измерения величин, для которых отсутствуют методы непосредственной оценки или они не дают достоверных результатов или связаны со значительными затратами. Недостатки – повышенные затраты времени и средств на измерение.

Измерение физической величины - совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины .

В простейшем случае, прикладывая линейку с делениями к какой-либо детали, по сути сравнивают ее размер с единицей, хранимой линейкой, и, произведя отсчет, получают значение величины (длины, высоты, толщины и других параметров детали). С помощью измерительного прибора сравнивают размер величины, преобразованной в перемещение указателя, с единицей, хранимой шкалой этого прибора, и проводят отсчет.

Определение понятия "измерение" удовлетворяет общему уравнению измерений, что имеет существенное значение в деле упорядочения системы понятий в метрологии. В нем учтена техническая сторона (совокупность операций), раскрыта метрологическая суть измерений (сравнение с единицей) и показан гносеологический аспект (получение значения величины).

Виды измерений

Область измерений - совокупность измерений физических величин, свойственных какой-либо области науки или техники и выделяющихся своей спецификой. Примечание - Выделяют ряд областей измерений: механические, магнитные, акустические, измерения ионизирующих излучений и др.

Вид измерений - часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин. Пример - В области электрических и магнитных измерений могут быть выделены как виды измерений: измерения электрического сопротивления, электродвижущей силы, электрического напряжения, магнитной индукции и др.

Существует несколько видов измерений.

По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения разделяются на:

статические измерения;

динамические измерения.

По способу получения результатов измерений их разделяют на:

косвенные;

совокупные;

совместные.

По условиям, определяющим точность результата, измерения делятся на:

метрологические измерения;

контрольно-поверочные измерения;

технические измерения.

По способу выражения результатов различают:

абсолютные измерения;

относительные измерения.

По характеристике средства измерения различают:

равноточные измерения;

неравноточные измерения.

По числу измерений в ряду измерений:

однократные измерения;

многократные измерения.

Измерения различают по способу получения информации, по характеру изменений измеряемой величины в процессе измерений, по количеству измерительной информации, по отношению к основным единицам.

По способу получения информации измерения разделяют на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямые измерения - это непосредственное сравнение физической величины с ее мерой. Например, при определении длины предмета линейкой происходит сравнение искомой величины (количественного выражения значения длины) с мерой, т. е. линейкой.

Косвенные измерения - отличаются от прямых тем, что искомое значение величины устанавливают по результатам прямых измерений таких величин, которые связаны с искомой определенной зависимостью. Так, если измерить силу тока амперметром, а напряжение вольтметром, то по известной функциональной взаимосвязи всех трех величин можно рассчитать мощность электрической цепи.

Совокупные измерения - сопряжены с решением системы уравнений, составляемых по результатам одновременных измерений нескольких однородных величин. Решение системы уравнений дает возможность вычислить искомую величину.

Совместные измерения - это измерения двух или более неоднородных физических величин для определения зависимости между ними.

Совокупные и совместные измерения часто применяют в измерениях различных параметров и характеристик в области электротехники.

По характеру изменения измеряемой величины в процессе измерений бывают статистические, динамические и статические измерения.

Статистические измерения связаны с определением характеристик случайных процессов, звуковых сигналов, уровня шумов и т. д. Статические измерения имеют место тогда, когда измеряемая величина практически постоянна.

Динамические измерения связаны с такими величинами, которые в процессе измерений претерпевают те или иные изменения. Статические и динамические измерения в идеальном виде на практике редки.

По количеству измерительной информации различают однократные и многократные измерения.

Однократные измерения - это одно измерение одной величины, т. е. число измерений равно числу измеряемых величин. Практическое применение такого вида измерений всегда сопряжено с большими погрешностями, поэтому следует проводить не менее трех однократных измерений и находить конечный результат как среднее арифметическое значение.

Многократные измерения характеризуются превышением числа измерений количества измеряемых величин. Преимущество многократных измерений - в значительном снижении влияний случайных факторов на погрешность измерения. измерение метрологический шкала

Измерением называется опытное определение численного значения физической величины в принятых единицах с помощью специальных тех­нических средств измерений.

Результат измерения - это численное значение физической величи­ны в принятых единицах, полученное путем измерения.

Средствами измерения называют технические средства, используе­мые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характе­ристики. Основными видами средств измерений являются:

Измерительные приборы;

Измерительные преобразователи;

Измерительные устройства;

Информационные измерительные системы.

Нормированные метрологические характеристики у технических средств необходимы для того, чтобы определить погрешность измерения.

Мера - это средство измерения, предназначенное для воспроизведе­ния физической величины определенного размера, выраженного в приня­тых единицах. Например, гиря - мера массы, измерительный резистор - ме­ра электрического сопротивления, линейка - мера длины и т.д.

Измерительный прибор - средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия. По характеру показаний различают:

Показывающие измерительные приборы;

Регистрирующие измерительные приборы.

Показывающие измерительные приборы - приборы, допускающие только отсчитывание показаний.

Регистрирующие измерительные приборы - приборы, в которых предусмотрена возможность регистрации показаний. Регистрирующий прибор, в котором запись показаний осуществляется в форме диаграммы, называют самопишущим, а прибор, в котором предусмотрено печатание показаний в цифровой форме, называют печатающим.

По форме представления показаний различают:

Аналоговые измерительные приборы;

Цифровые измерительные приборы.

Аналоговые измерительные приборы - приборы, представляющие информацию в виде непрерывной функции измеряемой величины.

Цифровые измерительные приборы - приборы, представляющие информацию в виде отдельных дискретных сигналов в цифровой форме.

Измерительный преобразователь - это средство измерения, пред­назначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для обработки, хранения, дальнейшего преобразования или пере­дачи, но недоступной для непосредственного восприятия. В зависимости от назначения и выполняемых функций измерительные преобразователи под­разделяют на первичные, промежуточные, передающие, масштабные и т.д.

Измерительное устройство - это средство измерения, включающее измерительные приборы и измерительные преобразователи.

Информационная измерительная система - это средство измере­ния с многоканальными измерениями и контролем, а иногда и с обработкой информации по заданному алгоритму.

Средства измерения в зависимости от их назначения делят на три категории:

Рабочие;

Образцовые;

Эталоны.

Рабочими называют средства измерения, применяемые для повсе­дневных измерений. Их подразделяют на лабораторные и технические. Ла­бораторные средства измерения обладают повышенной точностью.

Образцовые средства измерений предназначены для поверки и гра­дуировки рабочих мер, измерительных приборов и преобразователей.

Эталоны предназначены для воспроизводства и хранения единиц измерения с наивысшей точностью, достижимой на данном уровне разви­тия науки и техники.

Измерения в зависимости от предъявляемых требований к точно­сти результатов подразделяют на:

Лабораторные;

Технические.

Лабораторные измерения отличаются повышенной точностью и производятся при выполнении НИР, а также при поверках измерительных приборов.

Технические измерения обладают относительно невысокой точно­стью и выполняются для контроля работы различных устройств.

По способу получения численного значения искомой величины измерения подразделяются на три вида:

Прямые измерения;

Косвенные измерения;

Совместные или совокупные измерения.

При прямых измерениях результат получают непосредственно по показаниям средств измерения. Примеры прямых измерений: измерение длины штангенциркулем, температуры - термометром, давления - мано­метром, силы - динамометром, времени - секундомером и т.д.

При косвенных измерениях результат находят на основании из­вестной зависимости между определяемой величиной и некоторыми други­ми величинами, которые, в свою очередь, находят с помощью прямых из­мерений.

При совместных и совокупных измерениях искомые величины оп­ределяют в результате решения системы уравнений. При этом числовые коэффициенты и некоторые члены уравнений, входящие в эту систему, на­ходят в результате прямых или косвенных измерений.

Отличие между совместными и совокупными измерениями заключа­ется в том, что в первом случае при определении искомой величины изме­ряют несколько других разноименных величин, а во втором - несколько других одноименных величин.

Любое измерение базируется на каких-либо физических явлениях.

Принципом измерения называется совокупность физических явле­ний, на которых основаны измерения.

Методом измерений называют совокупность приемов использования средств измерения и принципов измерений. Различают два основных мето­да измерений:

Метод непосредственной оценки;

Метод сравнения с мерой.

Метод непосредственной оценки заключается в определении иско­мой величины по отсчетному устройству измерительного прибора.

Метод сравнения с мерой состоит в том, что измеряемую величину сопоставляют со значением, воспроизводимым соответствующей мерой. Сопоставление может быть непосредственным или через другие величины, однозначно связанные с измеряемой величиной и величиной, воспроизво­димой мерой. При непосредственном сопоставлении метод сравнения еще называют методом противопоставления, а при сопоставлении через другие величины - методом опосредственного сравнения или методом замещения.

По способу проведения измерения метод сравнения подразделяют

Нулевой метод;

Разностный или дифференциальный метод;

Метод совпадения.

Нулевой метод заключается в том, что эффект воздействия измеряе­мой величины полностью уравновешивается эффектом воздействия извест­ной величины. Примером нулевого метода измерения является измерение массы с помощью рычажных весов.

В разностном или дифференциальном методе полного уравнове­шивания не происходит, и разность между сравниваемыми величинами оценивается измерительным прибором. Значение измеряемой величины определяется в этом случае не только значением, воспроизводимым мерой, но и показаниями прибора.

Метод совпадения заключается в том, что уровень какого-либо сиг­нала, однозначно связанного со значением искомой величины, сопоставля­ется с уровнем такого же сигнала, но определяемого соответствующей ме­рой. По совпадению уровней этих сигналов судят о значении измеряемой величины (стробоскопический тахометр).

5.2. Метрологические характеристики средств измерений.

Метрологическими характеристиками средств измерений назы­вают характеристики, которые дают возможность судить об их пригодно­сти для измерения в определенном диапазоне с определенной точностью.

Важнейшими метрологическими характеристиками являются:

1) диапазон измерений;

2) погрешности средств измерения;

3) порог чувствительности измерительного прибора или преобразова­теля;

4) вариация измерительного прибора или преобразователя.

Внутри диапазона измерения связь между сигналами на входе X и выходе У средств измерения определяется зависимостью Y=f(X), которая называется статической характеристикой средств измерения. У показы­вающих приборов статическая характеристика зафиксирована шкалой, по­этому эту зависимость называют еще уравнением шкалы прибора.

Для измерительных преобразователей такую же роль, как и диапазон измерений, играет диапазон преобразования, а для некоторых разновидно­стей мер - номинальное значение воспроизводимых ими величин.

Для всех средств измерения устанавливаются пределы допускаемых основной и дополнительной погрешностей.

Пределом допускаемой основной погрешности называют наи­большую (без учета знака) основную погрешность средства измерений, при которой оно еще будет признано годным и допущено к эксплуатации.

Пределом допускаемой дополнительной погрешности называют наибольшую дополнительную погрешность средства измерения, при кото­рой оно еще будет признано годным и допущено к эксплуатации.

Средствам измерений присваиваются классы точности, условное обозначение которых совпадает с выраженным в процентах значением приведенной допускаемой основной погрешности. Класс точности к обозначается чис­лом из следующего ряда к = (1; 1,5; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0>10 п, где п=1; 0; -1; -2...

Следует отметить, что средства измерений, имеющие несколько диа­пазонов измерения, могут иметь несколько классов точности.

Порогом чувствительности называют наименьшее изменение значения измеряемой величины, способное вызвать малейшее доступное для регистрации изменение показания измерительного прибора или выход­ного сигнала преобразователя.

Вариацией измерительного прибора или преобразователя на­зывают наибольшую разность в показаниях прибора или наибольшую раз­ность между выходными сигналами преобразователя, соответствующими одному и тому же значению входного сигнала, но полученными в одном случае при плавном увеличении, а в другом - при плавном уменьшении значения измеряемой величины.

В исследовательской практике очень часто возникает необходимость в измерении величин, меняющихся во времени, т.е. в динамических усло­виях. Результаты таких измерений искажаются дополнительной погрешно­стью, обусловленной динамичностью условий. Эта составляющая погреш­ности называется динамической погрешностью и представляет собой разность между погрешностью средств измерений в динамических услови­ях и соответствующей погрешностью в статических условиях. Причиной появления динамической погрешности является инертность средств изме­рения. Вследствие этой инертности происходит запаздывание в показаниях при регистрации мгновенных значений измеряемой величины.