Контроль качества в строительстве. Институт сферы обслуживания и предпринимательства (филиал) федеральное государственное бюджетное

• Название: Институт сферы обслуживания и предпринимательства (филиал) федеральное государственное бюджетное
• Анкор: Контроль качества в строительстве
• Дата: 30.05.2022
• Размер: 150.92 Kb.
• Имя файла: Kontroly_kachestva_v_stroitelystve(1).docx
• Тип: Методические указания; #557849
• страница: 2 из 10

Средства измерения и их метрологические характеристики

Теоретическое обоснование

Средство измерения (СИ) – это техническое средство, предназначен- ное для измерений, имеющее нормированные метрологические характери- стики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным (в пределах установленной по- грешности) в течение известного интервала времени.

В зависимости от функционального назначения и конструктивного ис- полнения различают следующие средства измерений:

• 
  меры;
  
• 
  измерительныепреобразователи;
  
• 
  измерительныеприборы;
  
• 
  индикаторы.
  

Кроме того, основные и вспомогательные средства измерений и допол- нительные устройства могут быть объединены в измерительные установкиили измерительные системы, рассматриваемые как более сложные средства измерений.

Меры – это СИ, воспроизводящие или хранящие физическую величину заданного размера. Меры могут быть однозначными, воспроизводящими од- но значение физической величины (гиря, калибр на заданный размер, образ- цы твердости, шероховатости, катушка сопротивления, нормальный элемент, воспроизводящий значение ЭДС), и многозначными – для воспроизведения плавно или дискретно ряда значений одной и той же физической величины (измерительный конденсатор переменной емкости, набор конечных мер, ма- газин емкостей, индуктивности и сопротивления, измерительные линейки).

Измерительные преобразователи – СИ, предназначенные для выработ- ки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не доступной для непосредственного восприятия наблюдателем (термопары, измерительные трансформаторы и усилители, преобразователи давления). Различают пер- вичные и промежуточные измерительные преобразователи. Первичные изме- рительные преобразователи – первые в измерительной цепи – воспринимают саму измеряемую физическую величину и преобразуют ее в сигнал измери- тельной информации (терморезистор термометра сопротивления, фотоэле- мент экспонометра), а промежуточные измерительные преобразователи за- нимают в измерительной цепи любое место после первичного.

Измерительный прибор – СИ, предназначенное для переработки сигна- ла измерительной информации в другие, доступные для непосредственного восприятия наблюдателем формы. Различают приборы прямого действия

(амперметры, вольтметры, манометры) и приборы сравнения (компараторы). По виду выходного сигнала приборы принято делить на аналоговые, у кото- рых выходной сигнал является непрерывной функцией измеряемой величи- ны, и "цифровые" (числовые), имеющие дискретный выходной сигнал, обыч- но выдаваемый в числовой форме.

Измерительная установка – совокупность функционально объединен- ных СИ и вспомогательных устройств, расположенных в одном месте. На- пример, поверочные установки, установки для испытания электротехниче- ских, магнитных и других материалов.

Измерительная система – это комплекс СИ и вспомогательных уст- ройств с компонентами связи (проводные, телевизионные и др.), предназна- ченный для выработки сигналов измерительной информации в форме, удоб- ной для автоматической обработки, передачи и (или) использования в авто- матических системах управления.

Средства измерений принято различать по принципам действия, то есть по физическим принципам, используемым для преобразования измеряемой величины или сигнала измерительной информации. Например, измеритель- ный микроскоп относится к оптико-механическим приборам, индуктивный или резистивный преобразователь – к электрическим средствам измерений и т.д. Сложные приборы с длинной измерительной цепью обычно характери- зуют одним (или двумя) наиболее важными принципами преобразования (ла- зерный интерферометр, фотоэлектрический угломер).

Измерительная цепь средства измерений – совокупность преобразова- тельных элементов, осуществляющих все преобразования измерительной информации в данном устройстве. Измерительная цепь средства измерений начинается с чувствительного элемента, который представляет собой часть первого в измерительной цепи преобразовательного элемента (первичного измерительного преобразователя), непосредственно воспринимающую сиг- нал измерительной информации от измеряемого объекта, т.е. находящуюся под непосредственным воздействием измеряемой физической величины (ре- зервуар жидкостного термометра, крюк динамометра, губки штангенциркуля).

Измерительный прибор обязательно имеет устройство отображения (выдачи) измерительной информации. У приборов с визуальными устройст- вами это чаще всего отсчетные устройства типа шкала-указатель или цифро- вое табло. В приборах и индикаторах применяют и другие устройства визу- альной индикации (нуль-указатели, табло светофорного типа), а также аку- стические устройства (звонок, зуммер таймера) и тактильные устройства (вибратор наручного будильника для слабо слышащих). В качестве устройств выдачи информации могут использоваться также любые регистрирующие самопишущие или печатающие устройства.

Прибор может быть снабжен несколькими шкалами (индикатор часово- го типа, измерительные головки ИГМ) или одной шкалой с несколькими ука- зателями (часы с циферблатом и центральными стрелками).

Для оценки пригодности СИ к измерениям в известном диапазоне с из- вестной точностью вводят метрологические характеристики.

Метрологическими характеристиками (МХ) называются технические характеристики, описывающие свойства и оказывающие влияние на резуль- таты и на погрешности измерений, предназначенные для оценки техническо- го уровня и качества средства измерений, для определения результатов изме- рений и расчетной оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности измерений.

Характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими доку- ментами, называются нормируемыми, а определяемые экспериментально – действительными.

По ГОСТ 8.009-84 устанавливают перечень MX, способы их нормиро- вания и формы представления. Каждая из видов MX по назначению может быть представлена более детально с учетом видов самих измерений и СИ в зависимости от изменений влияющих величин или неинформативных пара- метров входного сигнала. Ниже приведена номенклатура метрологических характеристик:

1. 
   характеристики, предназначенные для определения результатов из- мерений (без введения поправок):
   

• 
  функция преобразования измерительного преобразователя, а также измерительного прибора с неименованной шкалой или со шкалой, градуиро- ванной в единицах, отличных от единиц входной величины;
  
• 
  значение однозначной или многозначной меры;
  
• 
  цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры;
  
• 
  вид выходного кода, число разрядов кода, цена единицы наименьше- го разряда кода средств измерений, предназначенных для выдачи результатов в цифровом коде;
  

2. 
   характеристики погрешностей средств измерений:
   

• 
  характеристики систематической составляющей погрешности средств измерений: значение систематической составляющей, значение наряду с ма- тематическим ожиданием и средним квадратическим отклонением. При этом систематическая погрешность рассматривается как случайная величина на множестве СИ данного типа;
  
• 
  характеристики случайной составляющей погрешности СИ (среднее квадратическое отклонение, нормализованная автокорреляционная функция или функция спектральной плотности, случайная составляющая погрешности от гистерезиса (вариация выходного сигнала СИ). Вариацией выходного сиг- нала называется погрешность СИ, представляющая собой разность показаний,
  

получаемых при измерениях одного значения, сначала – приближением к нему со стороны меньших значений, затем – со стороны больших значений шкалы);

– характеристика погрешности СИ в случае, когда систематическая и случайная составляющие не разделяются;

3. 
   характеристика чувствительности средств измерений к влияющим величинам;
   
4. 
   динамические характеристики средств измерений (переходная характе- ристика, амплитудно-частотная и амплитудно-фазовая характеристики и т.д.).
   

На практике наиболее распространены следующие MX СИ.

• 
  для мер: номинальные МХ однозначной и многозначной мер вклю- чают значения мер, представляемые именованными числами (одно – Y, или множество значений многозначной меры Y_i). Для штриховых мер обязатель- ны также и характеристики, связанные со шкалой. Эти и некоторые другие метрологические характеристики многозначных штриховых мер могут выби- раться из общей номенклатуры МХ аналоговых средств измерений, которая приведена далее. Кроме номинальных обязательно нормируются характери- стики погрешностей любой меры, а остальные (динамические и другие МХ) нормируются только по необходимости.
  
• 
  дляизмерительногопреобразователяинтегральной МХ является функция преобразования СИ. Она может быть задана в виде формулы, таб- лицы или графика, причем следует различать номинальную функцию преоб- разования (приписанная СИ идеальная функция) и градуировочную характе- ристику СИ (реализованная зависимость между величинами на входе и на выходе средства измерений).
  

Градуировочная характеристика одного СИ может быть представлена единичной конкретной реализацией или пучком реализаций, полученным в ходе многократного повторения исследований.

Частные МХ измерительного преобразователя (ИП) могут включать следующие номинальные характеристики:

• 
  диапазон измерений – область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности СИ (для преобразо- вателей – это диапазон преобразования);
  
• 
  пределы измерений (нижний и верхний), соответствующие наимень- шему и наибольшему значениям диапазона измерений;
  
• 
  цена единицы наименьшего разряда кода или номинальная ступень квантования, если она больше цены единицы наименьшего разряда ко- да (для преобразователей с дискретным устройством выдачи измери- тельной информации);
  
• 
  чувствительность СИ – отношение сигнала на выходе ИП, отобра- жающего измеряемую величину, к вызывающему его сигналу на входе ИП (чувствительность нельзя отождествлять с порогомчувствитель-
  

ности– наименьшим значением измеряемой величины, вызывающим заметное изменение показаний прибора);

• 
  вид выходного кода и число разрядов кода для СИ с дискретным (цифровым, числовым) устройством выдачи измерительной информации. При недостаточности данных характеристик, остальные МХ преобразо-
  

вателей выбирают из той же номенклатуры, что и для измерительных приборов.

• 
  для измерительных приборов, как и для преобразователей также мо- жет быть задана функция преобразования СИ (интегральная МХ) в виде формулы, таблицы или графика. Для конкретного прибора может также ис- пользоваться и градуировочная характеристика. Для измерительных прибо- ров с неименованными устройствами отображения информации или выход- ными устройствами, градуированными не в единицах измеряемой физиче- ской величины, эти МХ входят в перечень нормируемых характеристик и мо- гут использоваться в паспортах и другой документации.
  

Частные номинальные метрологические характеристики измерительно- го прибора включают:

• 
  диапазон измерений;
  
• 
  пределы измерений (нижний и верхний);
  
• 
  диапазон показаний – область значений шкалы, ограниченная конеч- ным и начальным значениями шкалы (иногда для аналоговых СИ используют также термины "диапазон шкалы" и "пределы шкалы"). Для приборов с дис- кретным (цифровым, числовым) устройством отображения измерительной информации диапазон показаний определяется видом выходного кода и чис- лом разрядов выходного кода;
  
• 
  цена деления шкалы (для приборов с дискретным устройством ото- бражения измерительной информации – цена единицы наименьшего разряда кода или номинальная ступень квантования, если она больше цены единицы наименьшего разряда кода).
  

Основная MX СИ – погрешность СИ – есть разность между показа- ниями СИ и истинными (действительными) значениями физической величины.

Все погрешности СИ в зависимости от внешних условий делятся на ос- новные и дополнительные.

Основная погрешность – это погрешность СИ при нормальных услови- ях эксплуатации. Как правило, нормальными условиями эксплуатации явля- ются: температура 293±5 К или 20±5°С, относительная влажность воздуха 65±15% при 20°С, напряжение в сети питания 220 В±10% с частотой 50 Гц±1%, атмосферное давление от 97,4 до 104 кПа, отсутствие электрических и магнитных полей (наводок).

В рабочих условиях, зачастую отличающихся от нормальных более широким диапазоном влияющих величин, при необходимости нормируется дополнительнаяпогрешностьСИ. Вследствие сложности разделения допол-

нительных и основных погрешностей поверку СИ выполняют только при нормальных условиях (т.е. дополнительные погрешности исключены).

Характеристики погрешности измерительного прибора (преобразователя):

• 
  значение погрешности СИ;
  
• 
  значение случайной составляющей погрешности СИ;
  
• 
  значение среднего квадратического отклонения случайной состав- ляющей погрешности СИ;
  
• 
  значение случайной составляющей погрешности СИ от гистерезиса
  

ΔH(вариация Нвыходного сигнала);

• 
  значение систематической составляющей погрешности СИ;
  

-комплекс в составе: значение систематической составляющей погреш- ности СИ, или значение среднего квадратического отклонения систематиче- ской составляющей погрешности СИ и математическое ожидание системати- ческой составляющей погрешности СИ;

• 
  некоторые другие характеристики погрешностей.
  

При определении оценок систематической составляющей погрешности СИ необходимо учитывать, что эти систематические составляющие рассмат- риваются как случайные величины на множестве СИ данного типоразмера.

Динамические характеристики СИ (полная и частные динамические характеристики) здесь не рассматриваются как не определяемые в лабора- торной работе. По той же причине не рассматриваются неинформативные параметры выходного сигнала СИ.
Цель работы – ознакомиться с видами, структурными элементами средств измерений (СИ), и их метрологическими характеристиками, изучить методы получения (оценки значений) МХ СИ.

Основная задача – научиться классифицировать средства измерений, ознакомиться с характеристиками СИ разных видов и составом их структур- ных элементов, определить основные метрологические характеристики вы- бранных СИ разных видов, включая аналоговые и цифровые приборы, нау- читься строить номинальные функции преобразования и градуировочные ха- рактеристики различных СИ.

Приборы и оборудование: меры длины, угла, объема и массы (линей- ка измерительная металлическая, транспортир, сосуды измерительные, набор разновесов); накладные и станковые приборы для измерений длины (штан- генциркуль, микрометр гладкий, нутрометр микрометрический); весы для измерения массы взвешиванием (технические коромысловые двухчашечные весы, лабораторные аналитические весы); жидкостный стеклянный техниче- ский термометр; пресс гидравлический с гидростатическим силоизмерите- лем; мультиметр (авометр) для измерений электрических величин.