1.4 Средства измерений

Средство измерений– объект, имеющий нормированные метрологические характеристики и предназначенный для воспроизведения и

хранения какой-либо части шкалы измерений, выполнения процедуры измерения и получения результата измерения.

Основные метрологические показатели аналогового средства измерений:

.шкала средства измерений– совокупность отметок (штрихов) и проставленных у некоторых из них чисел отсчета, соответствующих значениям измеряемой величины;

.интервал (длина) деления шкалы– расстояние между серединами двух соседних отметок, выраженное в миллиметрах;

.цена деления шкалы– изменение измеряемой величины, соответствующее перемещению указателя на одно деление шкалы;

.указатель– часть отсчетного устройства, положение которого относительно отметок шкалы определяет показание средства измерений;

.чувствительность средства измерений– отношение изменения показаний средства измерений к изменению измеряемой величины;

.порог чувствительности (разрешающая способность)– наименьшее значение измеряемой величины, которое вызывает различимое изменение показаний средства измерений;

.пределы измерений– наименьшее и наибольшее значения величины, которые могут быть измерены данным средством измерений;

.измерительное усилие– сила, с которой измерительный наконечник средства измерений действует на поверхность объекта в направлении линии измерения.

- 7 -

Для цифрового средства измеренийнормируют также характеристики цифрового кода: цену единицы наименьшего разряда кода, число разрядов кода, вид выходного кода и др.

Средства измерений делят на следующие виды:

.меры, которые предназначены для воспроизведения и хранения одного или нескольких размеров величин, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью; различают мерыоднозначные(плоскопараллельная концевая мера длины, угловая мера, гиря, конденсатор постоянной емкости) имногозначные (измерительная линейка, шкала аналогового средства измерений),дискретные (мера твердости, катушка электрического сопротивления) инепрерывные(конденсатор переменной емкости),бесшкальныемеры для контроля правильности размеров изделия, формы и расположения его поверхностей (калибры, шаблоны);

.измерительные приборы, предназначенные для получения значения измеряемой величины, а также выработки сигнала измерительной информации и его индикации в форме, доступной восприятию оператором;

простейшие приборы по установившейся на производстве терминологии называют измерительными инструментами (линейка измерительная, штангенциркуль, микрометр, угломер);

.эталоны– устройства, предназначенные и утвержденные для воспроизведения, хранения и передачи участка шкалы измерений или

единицы измерения нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений; различают эталоны международные, национальные

(государственные) – первичные ГПЭ и специальные ГСЭ, вторичные и рабочие (прежнее название: образцовые средства измерений).

Для средств измерений характерны следующие виды погрешностей:

.аддитивная – абсолютная погрешность, которая не зависит от измеряемой величины;

.мультипликативная – абсолютная погрешность, которая пропорциональна измеряемой величине;

.нелинейная – абсолютная погрешность, имеющая сложный характер зависимости от измеряемой величины;

.приведенная– относительная погрешность, равная отношению абсолютной погрешностиΔXк условно принятому (нормирующему) значениюX_N измеряемой величины:γ =X / X_N ;

. статическая, возникающая при условии неизменности измеряемой величины;

.динамическая– дополнительная погрешность, обусловленная задержкой реакции средства измерений на изменение измеряемой величины;

- 8 -

.погрешность квантования, которая имеет место в цифровых средствах измерений и обусловлена тем, что при плавном изменении измеряемой величины цифровой прибор не может дать других показаний, кроме ряда дискретных значений; наибольшая разность показания цифрового прибора и

измеряемой величины равна погрешности квантования; это вид погрешности может быть определен как абсолютная случайная инструментальная аддитивная статическая погрешность.

Суммарное значение погрешности средства измерений нормируется установлением предела допустимой погрешности, которое указывается в нормативном документе для средств измерений данного типа. По отношению к средствам измерений длин и углов предел допустимой погрешности выражают в форме абсолютной погрешности. При измерении электрических величин пределы допустимых погрешностей обычно задают в форме относительных или приведенных погрешностей, выраженных в процентах. Эти погрешности служат базой для определениякласса точности прибора, который является обобщенной характеристикой точности средств измерений. Например, для приведенной погрешностиγ = ± 1,5 %принятое обозначение класса точности:1,5; для относительной погрешностиδ = ± 0,5 %:0,5(в кружочке).

При выборе средства измеренийопределяющее значение имеет его точность. Погрешность средства измерений неизбежно приводит к тому, что при определении годности параметров изделий возникают ошибки контрольной операции.Ошибкой первого роданазывают бракование некоторой части годных изделий (« фиктивный брак »). Приемка негодных изделий являетсяошибкой второго рода(« необнаруженный брак »). Относительное количество неправильно забракованных и неправильно принятых изделий может быть определено вероятностным расчетом.

Использование более точного измерительного средства уменьшает вероятность ошибок и первого, и второго рода. Однако при этом возрастает стоимость контрольной операции (более дорогое средство измерений, более высокая квалификация оператора, меньшая производительность контроля).

Экономически целесообразное соотношение между погрешностью измерения Δ _изми предельным значением измеряемой погрешности (допускомT) установлено стандартом (ГОСТ 8.051-81 Погрешность, допускаемая при измерении линейных размеров до 500 мм) в форме

Δ _изм<A _{мет ·} T,

где А _мет = 0,20 … 0,35 – коэффициент, величина которого зависит в основном от номера квалитета.

Погрешность измерения Δ _изм, которая не должна превосходить некоторого предельного значения Δ_пред, складывается из нескольких составляющих:

- методической погрешности Δ _мет;

- инструментальной погрешности Δ _СИ;

- 9 -

- субъективной погрешности Δ _л;

- дополнительной погрешности Δ _доп.

Таким образом, выбор средства измерений по критерию точности сводится к выполнению условия Δ _СИ< Δ_пред. Значения предельной погрешности измерения приведены в табл.1.

Таблица 1

Предельная погрешность измерения

Номинальный Номер квалитета

размер, 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

мм Предельная погрешность измерения, мкм

До 3 0,4 0,8 1,0 1,4 1,8 3,0 3,0 6 8 12 20 35 50

Свыше 3 до 6 0,6 1,0 1,4 1,6 2,0 3,0 4,0 8 10 16 30 40 60

Свыше 6 до 10 0,6 1,0 1,4 2,0 2,0 4,0 5,0 9 12 18 30 50 80

Свыше 10 до 18 0,8 1,2 1,6 2,8 3,0 5,0 7,0 10 14 30 40 60 90

Свыше 18 до 30 1,0 1,4 2,0 3,0 4,0 6,0 8,0 12 18 30 50 70 120

Свыше 30 до 50 1,0 1,4 2,4 4,0 5,0 7,0 10,0 16 20 40 50 80 140

Свыше 50 до 80 1,2 1,8 2,8 4,0 5,0 9,0 12,0 18 30 40 60 100 160

Свыше 80 до 120 1,6 2,0 3,0 5,0 6,0 10,0 12,0 20 30 50 70 120 180

Свыше 120 до 180 2,0 2,8 4,0 6,0 7,0 12,0 16,0 30 40 50 80 140 200

Свыше 180 дл 250 2,8 4,0 5,0 7,0 8,0 12,0 18,0 30 40 60 100 160 240

Свыше 250 до 315 3,0 4,0 5,0 8,0 10,0 14,0 20,0 30 50 70 120 180 260

Свыше 315 до 400 3,0 5,0 6,0 9,0 10,0 16,0 24,0 40 50 80 120 180 280

Свыше 400 до 500 4,0 5,0 6,0 9,0 12,0 18,0 26,0 40 50 80 140 200 320