Средства измерений, классификация. Принципы выбора си.
Средством измерений СИ называют техническое средство (или их комплекс), используемое при измерениях имеющее нормированные метрологические характеристики. В отличие от таких технических средств, как индикаторы, предназначенных для обнаружения физических свойств, СИ позволяют не только обнаружить физическую величину, но и измерить её, т.е. сопоставить неизвестный размер с известным.
СИ в простейшем случае производят две операции: обнаружение физической величины; сравнение неизвестного размера с известным.
СИ классифицируют по двум признакам:
Конструктивное исполнение:
Меры величины – СИ, предназначенные для воспроизведения и (или) хранение физической величины одного или нескольких заданных размеров.
Различают меры:
однозначные (гиря 1 кг, калибр, конденсатор постоянной емкости). К ним относятся стандартные образцы. Существуют стандартные образцы состава и стандартные образцы свойств;
многозначные (масштабная линейка, конденсатор переменной емкости);
набор мер (набор гирь, набор калибров). Набор мер, конструктивно объединённых в единое устройство, в котором имеется приспособления для их соединения в различных комбинациях, называется магазином мер.
Измерительные преобразователи – СИ, служащие для преобразования измеряемой величины в другую величину или сигнал измерительной информации, удобной для обработки, хранения, дальнейших преобразований. По характеру преобразования различают аналоговые, цифроаналоговые, аналого-цифровые преобразователи. По месту измерительной цепи различают первичные (на который непосредственно воздействует измеряемая физическая величина) и промежуточные (занимающий место в измерительной цепи после первичного);
Измерительный прибор – СИ, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Прибор, как правило, содержит устройство для преобразования измеряемой величины и её индикации в форме, наиболее доступной для восприятия.
Измерительная установка – совокупность функционально объединённых мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенных для измерений одной или нескольких физических величин и расположенных в одном месте. Примером являются установка для измерения удельного сопротивления электротехнических материалов, установка для испытаний магнитных материалов.
Измерительная система – совокупность функционально объединённых мер, измерительных приборов, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого пространства с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому пространству. Примером может служить радионавигационная система для определения местоположения судов, состоящая из ряда измерительных комплексов, разнесённых в пространстве на значительном расстоянии друг от друга.
Метрологическое назначение:
Рабочие СИ предназначены для проведения технических измерений. По условиям применения они могут быть:
Лабораторными, используемыми при научных исследованиях, проектировании технических устройств, медицинских измерениях;
Производственными, используемыми для контроля характеристик технологических процессов, контроля качества готовой продукции, контроля отпуска товаров;
Полевым, используемыми непосредственно при эксплуатации таких технических устройств, как самолеты, автомобили, речные и морские суда и др.
Эталоны являются высокоточными СИ, а поэтому используются для проведения метрологических измерений в качестве средств передачи информации о размере единицы.
Рис. Классификация средств измерений.
Принципы выбора средств измерения (СИ).
Выбор СИ определяет качество измерений. При выборе СИ необходимо учитывать ряд факторов: характеристику измеряемой величины и диапазон измерений; метод измерений, реализуемый в СИ; диапазоны погрешности СИ; условия проведения измерений, допускающий погрешность измерений; стоимость СИ; простоту их эксплуатации; ресурс СИ; потери из-за погрешности измерений. Существует три основных выбора СИ:
Экономический подход
Вероятностный подход
Директивный подход
Экономический подход – учитывает почти все показатели. При этом необходимо иметь в виду:
повышение точности измерений позволяет точнее регулировать производственный процесс;
более точные измерения позволяют сократить допуск на изделия;
повышение точности измерений приводит к уменьшению доли необнаруженного и ложного брака.
С ростом погрешности измерений потери растут, в то время как затраты на измерения снижаются.
Экономически оптимальная точность измерений технологического параметра соответствует минимуму суммы потерь из-за погрешности измерений и затрат на измерения, включая затраты на метрологическое обслуживание средств измерений. Оптимальная точность измерений соответствует среднеквадратической оценке (СКО) погрешности.
Зависимость потерь от погрешности измерений и зависимость затрат на измерения определяются на практике не точно, что вызывает неопределенность соответствующей характеристики оптимальной погрешности измерений.
Работы по оптимизации точности измерений завершаются разработкой мероприятий по приближению точности измерений к оптимальной и оценке экономического эффекта от их реализации. Мероприятия состоят в основном из совершенствования методик измерений и из совершенствования метрологического обслуживания и приборного парка. На завершающей стадии работ по оптимизации точности измерений основные вопросы должны решаться квалифицированным экспертом.
Вероятностный подход заключается в выборе точности средств измерений по заданному допуску на контролируемый параметр изделия и заданным значением брака контроля I и II рода (необнаруженный и ложный брак).
Если контроль осуществляется абсолютно точными средствами измерений, все изделия, находящиеся в поле допуска, были бы признаны годными, а изделия, у которых измеряемый параметр превышает допуск, были признаны непригодными. Из-за существования погрешности измерений при контроле часть негодных изделий будет признана годными (брак контроля II рода), а часть годных изделий – негодными (брак контроля I рода). На брак контроля влияет рассеивание действительных значений контролируемого параметра, установленный допуск на контролируемый параметр, закон распределения погрешностей измерений и рассечения действительного значения контролируемого параметра.
Директивный подход позволяет установить соотношение между допуском на контролируемый параметр и предельно допускаемой погрешностью измерений.