А. А. Кузнецов, о. Б. Мешкова, т. А. Тигеева

Методы и средства измерений,

Испытаний и контроля

Омск 2009

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский государственный университет путей сообщения

____________________________________

А. А. Кузнецов, О. Б. Мешкова, Т. А. Тигеева

Методы и средства измерений,

испытаний и контроля

Учебное пособие

Часть первая

Омск 2009

УДК 681.2.08

ББК 30.10

К 89

Кузнецов А. А. Методы и средства измерений, испытаний и контроля: Учебное пособие. Часть 1 / А. А. Кузнецов, О. Б. Мешкова, Т. А. Тигеева; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2009. 89 с.

Целью издания учебного пособия является оказание помощи студентам при изучении различных методов и средств измерений, испытаний и контроля, принципов их действия, настройки, поверки и обслуживания, при анализе основных преимуществ и недостатков наиболее распространенных методов и средств измерений.

Приведены основные понятия метрологии, основы теории погрешностей измерений, рассмотрены методы и средства неразрушающего контроля, особенности измерения различных электрических и неэлектрических величин, основные метрологические характеристики параметрических и генераторных измерительных преобразователей.

Учебное пособие содержит материал для контроля знаний студентов и их самостоятельной работы.

Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения.

Библиогр.: 16 назв. Табл. 2. Рис. 57.

Рецензенты: доктор техн. наук, профессор В. Г. Хомченко;

доктор техн. наук, профессор С. М. Овчаренко.

________________________

© Омский гос. университет

путей сообщения, 2009

Оглавление

Введение…………………………………………………………………………....	5
1.Основы метрологии – науки об измерениях…………………………….…..	7
1.1.Термины и определения……………………………………………………	7
1.2. Основы теории передачи единиц физических величин..………..............	14
1.2.1. Виды поверок……………………………………………………………..	15
1.2.2. Поверочные схемы……………………………………………………….	15
1.3. Методы поверки……………………………………………………………	16
1.3.1. Метод непосредственного сравнения…………………………………...	16
1.3.2. Метод сравнения с помощью компаратора…………………………….	16
1.3.3. Метод косвенных измерений……………………………………………	17
1.4. Межповерочные интервалы……………………………………………….	17
1.5. Процедура утверждения типа……………………………………………..	17
2. Общие сведения об измерениях ……………………………………………	18
2.1. Термины в области измерений……………………………………………	19
2.2. Классификация средств измерений…………………………………….…	26
3. Основы теории погрешностей измерения………………………………….	26
3.1. Систематические погрешности, их обнаружение и исключение……….	26
3.2. Компенсация систематической погрешности в процессе измерения…..	29
3.3. Случайная погрешность…………………………………………………...	30
3.4. Прямые измерения с многократными наблюдениями…………………... 3.5. Погрешность прямых однократных измерений…………………………. 3.5.1. Однократное измерение с точным оцениванием погрешности………. 3.5.2. Однократное измерение с приближенным оцениванием погрешности……………………………………………………………………….. 3.6. Погрешность косвенных измерений……………………………………... 3.7. Погрешности шкальных приборов……………………………………….. 4. Измерительные преобразователи…………………………………………... 4.1. Метрологические характеристики измерительных преобразователей………………………………………………………………….. 5. Приборы и методы измерения электрических величин…………………... 6. Измерения неэлектрических величин……………………………………… 6.1. Методы измерения параметров движения………………………………. 6.1.1. Методы измерения перемещения и скорости………………………….. 6.1.2. Тахометры………………………………………………………………... 6.1.3. Методы измерения ускорений………………………………………….. 6.2. Методы измерения вибрации……………………………………………... 6.2.1. Индукционный датчик виброметра…………………………………….. 6.2.2. Вихретоковый датчик вибраций и перемещений……………………… 6.2.3. Пьезоэлектрические акселерометры…………………………………… 6.3. Методы измерения расхода жидкостей и газов…………………………. 6.3.1. Измерение расхода по перепаду давления на сужающем устройстве… 6.3.2. Объемные методы измерения расхода…………………………………. 6.4. Методы измерения давления……………………………………................ 6.4.1. Методы и средства измерения давления………………..........................	30 32 32 33 33 34 35 37 39 43 43 44 44 46 47 47 48 49 49 50 51 55 57
6.4.2. Виды конструкций чувствительного элемента основных типов манометров……………………………………………………………………….… 6.5. Измерение вакуума………………………………………………............... 6.6. Измерение температуры………………………………………………....... 6.7. Методы измерения уровня заполнения резервуаров………………..…...	58 61 64 71
7. Методы измерения концентрации вещества………………………………. 7.1. Кондуктометрический метод измерения концентрации газов……...….. 7.2. Кондуктометрический метод измерения влажности……………............. 7.3. Магнитный метод измерения концентрации газов ……………………... 7.4. Анализаторы газовой смеси по ее теплопроводности ………………….. 7.5. Спектроскопия…………………………………………….……………….	75 78 78 79 79 80
Библиографический список………………………………………………….……	88

Введение

Измерения – это способ познания окружающего мира. Средства и методы измерений постоянно развивались и продолжают развиваться.

Измерения и измерительные приборы позволяют человеку воспринимать и использовать в практических целях явления, не воспринимаемые его органами чувств, например: электрические и магнитные поля, ультрафиолетовое и инфракрасное излучение и др.

По мере развития цивилизации измерения совершенствовались как в качественном, так и в количественном отношении. Такие виды измерения, как измерение длины, массы, площади, времени, известны с древнейших времен. В то же время такой вид измерения, как измерение длины, в настоящее время получил качественно новые возможности, и сейчас можно точно измерять как предельно малые величины (размеры атома), так и бесконечно большие (расстояние до звезд, галактик).

Глобальные компьютерные спутниковые навигационные системы в реальном масштабе времени обеспечивают определение координат места с точ- ностью до десятка сантиметров в любой точке земного шара.

За последнее столетие существенно изменилось количество и качество выполняемых измерений. Повсеместное внедрение компьютерной и микропроцессорной техники и всесторонняя автоматизация производственного процесса увеличили поток ежедневно выполняемых измерений до нескольких миллиардов. В таких современных отраслях промышленности, как приборостроение, транспорт, химическая и других, на измерения затрачивается значительная часть общественного труда и материальных ресурсов (до 40 % от общих трудозатрат).

Измерения в настоящее время оказывают существенное влияние на ка- чество производимой продукции и товаров, на технологические возможности производства того или иного продукта. С другой стороны, развитие измерительной техники, ее состояние в той или иной стране или на каком-либо предприятии свидетельствуют об уровне их технического и экономического состояния. Страна с низким техническим уровнем и слабой экономикой не может развивать (выпускать) современные, хорошего качества средства измерения и, как следствие, она не может производить товары высокого качества.

Значительный объем производимых измерений, который определяется требованиями современного производства, оказывает интенсивное влияние на развитие средств измерений как в количественном, так и в качественном отношении. Наряду с возрастанием количества средств измерений происходит и их качественное изменение в части повышения точности, производительности, обработки результатов, расширения диапазона измерений и др. В последние годы очень широкое применение в измерительной технике нашли процессоры (микроЭВМ), которыми оснащены как отдельные приборы, так и информационно-измерительные системы, позволяющие автоматически измерять большое количество величин и по определенным программам (иногда с привлечением внешних, более мощных вычислительных комплексов и суперЭВМ) обрабатывать полученные результаты. Например, в настоящее время без применения таких систем практически невозможны диагностика и контроль современных микросхем, многослойных печатных плат и других компонентов, используемых в электронной промышленности при производстве компьютеров и прочих сложных систем.

В ГОСТ Р ИСО 9001-2001 «Системы менеджмента качества. Требования» вопросам измерения уделяется серьезное внимание. Процессный подход и непрерывное улучшение на производстве означают, что все процессы должны быть измеряемыми. Там, где необходимо обеспечить имеющие законную силу результаты, измерительное оборудование должно быть откалибровано или поверено в установленные периоды или перед его применением по образцовым эталонам.

В названии курса фигурируют три ключевые слова: измерение, контроль и испытание.

При измерении какую-то величину сравнивают с единицей измерения. Контроль по существу – это проверка. При контроле необходимо сделать заключение о том, соответствуют ли количественные или качественные показатели изделия установленным требованиям. При испытаниях определяют, обеспечивается ли нормальное функционирование изделия в условиях эксплуатации в течение установленного времени.

В предлагаемом учебном пособии будут рассмотрены вопросы, касающиеся инструментальных методов и технических средств для выполнения измерений, испытаний и контроля качества продукции, услуг.