лекции. Курс лекций по дисциплине Метрология, стандартизация и сертификация по профессиям и специальностям автомобильного профиля
 Скачать 99.04 Kb.
|
|
Лекция 7 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, СВЯЗАННЫЕ СО СРЕДСТВАМИ ИЗМЕРЕНИЙ. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ К основным понятиям, связанным со средствами измерений, относятся следующие понятия и их определения: – единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин и погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью; – средства измерений – техническое устройство, предназначенное для измерений; – эталон единицы величины – средство измерений, предназначенное для воспроизведения и хранения единицы величины с целью передачи ее размера другим средствам измерений данной величины; – государственный эталон единицы величины – эталон единицы величины, признанный решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории Российской Федерации; – нормативные документы по обеспечению единства измерений – государственные стандарты, применяемые в установленном порядке международные (региональные) стандарты, правила, положения, инструкции и рекомендации; – метрологическая служба – совокупность субъектов деятельности и видов работ, направленных на обеспечение единства измерений; – метрологический контроль и надзор – деятельность, осуществляемая органом государственной метрологической службы или метрологической службой юридического лица в целях проверки соблюдения установленных метрологических правил и норм; – проверка средства измерений – совокупность операций, выполняемых органами государственной метрологической службы (другими уполномоченными на то органами, организациями) с целью определения и подтверждения соответствия средства измерений установленным техническим требованиям; – калибровка средств измерений – совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и (или)пригодности к применению средства измерений, не подлежащего государственному метрологическому контролю и надзору. Вся общественная практика деятельности людей и особенно их познавательный процесс требуют одинаковости, единства сходных по сути измерений. Поэтому возникали различные единицы измерений – меры. Правовой основой для реализации единства измерений является законодательная метрология, создающая государственные акты и нормативные документы различного уровня, регламентирующие метрологические правила, требования и нормы. Юридической гарантией обеспечения единства измерений выступает административная и уголовная ответственность за нарушение требований законодательной метрологии."Шпаргалка по метрологии, стандартизации, сертификации" Организационное обеспечение единства измерений осуществляют Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии и его подразделения в регионах страны, а также ведомственные метрологические службы. Технической базой для единства измерений является система хранения эталонов, а также система воспроизведения и распространения прототипов или эквивалентов с передачей информации о них всем заинтересованным в этом лицам. Экономический фактор обеспечения единства измерений состоит в объективных требованиях этого для создания необходимой продукции и ее рыночного товарообмена. Лекция 8 МЕРЫ, ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ, УСТАНОВКИ, СИСТЕМЫ. Мерой называют средство измерения, предназначенное для воспроизведения физических величин заданного размера. К данному виду средств измерений относятся гири, концевые меры длины и т. п. На практике используют однозначные и многозначные меры, а также наборы и магазины мер. Однозначные меры воспроизводят величины только одного размера (гиря). Многозначные меры воспроизводят несколько размеров физической величины. Измерительный преобразователь – это средство измерений, которое служит для преобразования сигнала измерительной информации в форму, удобную для обработки или хранения, а также передачи в показывающее устройство. Измерительные преобразователи либо входят в конструктивную схему измерительного прибора, либо применяются совместно с ним, но сигнал преобразователя не поддается непосредственному восприятию наблюдателем. Преобразуемую величину называют входной, а результат преобразования – выходной величиной. Основной метрологической характеристикой измерительного преобразователя считается соотношение между входной и выходной величинами, называемое функцией преобразования. Преобразователи подразделяются на первичные (непосредственно воспринимающие измеряемую величину), передающие, на выходе которых величина приобретает форму, удобную для регистрации или передачи на расстояние; промежуточные, работающие в сочетании с первичными и не влияющие на изменение рода физической величины. Измерительные приборы – это средства измерений, которые позволяют получать измерительную информацию в форме, удобной для восприятия пользователем. Различаются измерительные приборы прямого действия и приборы сравнения. Приборы прямого действия отображают измеряемую величину на показывающем устройстве, имеющем соответствующую градуировку в единицах этой величины. Изменения рода физической величины при этом не происходит. К приборам прямого действия относят, например, амперметры, вольтметры, термометры и т. п. Приборы сравнения предназначаются для сравнения измеряемых величин с величинами, значения которых известны. Такие приборы широко используются в научных целях, а также и на практике для измерения таких величин, как яркость источников излучения, давление сжатого воздуха и др. Измерительные установки и системы – это совокупность средств измерений, объединенных по функциональному признаку со вспомогательными устройствами, для измерения одной или нескольких физических величин объекта измерений. Обычно такие системы автоматизированы и обеспечивают ввод информации в систему, автоматизацию самого процесса измерения, обработку и отображение результатов измерений для восприятия их пользователем. Измерительные принадлежности – это вспомогательные средства измерений величин. Они необходимы для вычисления поправок к результатам измерений, если требуется высокая степень точности. Например, термометр может быть вспомогательным средством, если показания прибора достоверны при строго регламентированной температуре; психрометр – если строго оговаривается влажность окружающей среды. Лекция 9 МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ Метрологическое средство измерения – это средство измерения, предназначенное для метрологических целей: воспроизведения единицы и ее хранения или передачи размера единицы рабочим средствам измерения. К метрологическим средствам измерения относятся эталоны, образцовые средства измерения, поверочные установки, стандартные образцы. По уровню стандартизации различают стандартизованные и нестандартизованнные средства измерения. Стандартизованными считаются средства измерения, изготовленные в соответствии с требованиями государственного стандарта и соответствующие техническим характеристикам установленного типа средств измерения, полученным на основании государственных испытаний, внесенные в Государственный реестр средств измерений. Нестандартизованные – уникальные средства измерения, предназначенные для специальной измерительной задачи, в стандартизации требований к которым нет необходимости. Они не подвергаются государственным испытаниям, а подлежат метрологической аттестации. Высшим звеном в метрологической передаче размеров единиц являются эталоны. Эталон единицы – средство измерений (или комплекс средств), обеспечивающее воспроизведение и (или) хранение единицы с целью передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений, выполненное по особой спецификации и официально утвержденное в установленном порядке в качестве эталона. Эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью, называется первичным. Специальный эталон воспроизводит единицу в особых условиях и заменяет при этих условиях первичный эталон. Первичный, или специальный, эталон, официально утвержденный в качестве исходного для страны, называется государственным. В метрологической практике широко используют вторичные эталоны, значения которых устанавливается по первичным эталонам. Вторичные эталоны являются частью подчиненных средств хранения единиц и передачи их размера. Они создаются и утверждаются в тех случаях, когда это необходимо для обеспечения наименьшего износа государственного эталона. Вторичные эталоны по своему назначению делятся на эталоны-копии, эталоны сравнения, эталоны-свидетели и рабочие эталоны. Эталон-копия предназначен для передачи размеров единиц рабочим эталонам. Он не всегда является физической копией государственного эталона. Эталон-свидетель предназначен для проверки сохранности государственного эталона и для замены его в случае порчи или утраты. Эталон сравнения применяют для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемы друг с другом. Рабочий эталон применяют для передачи размера единицы образцовым средствам измерений высшей точности, а в отдельных случаях – наиболее точным средствам измерений. Образцовое средство измерения – мера, измерительный прибор или измерительный преобразователь, служащий для поверки по ним других средств измерений и утвержденный в качестве образцовых. Лекция 10 НОРМИРУЕМЫЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ Под нормированием метрологических характеристик понимается количественное задание определенных номинальных значений и допустимых отклонений от этих значений. Нормирование метрологических характеристик позволяет оценить погрешность измерения, достичь взаимозаменяемости средств измерений, обеспечить возможность сравнения средств измерений между собой и оценку погрешностей измерительных систем и установок на основе метрологических характеристик входящих в их состав средств измерений. Именно нормирование метрологических характеристик отличает средство измерений от других подобных технических средств. Для каждого вида средств измерений исходя из их специфики и назначения нормируется определенный комплекс метрологических характеристик, указываемый в нормативно-технической документации на средство измерения. В этот комплекс должны включаться такие характеристики, которые позволяют определить погрешность данного средства измерения в известных рабочих условиях его применения. Общий перечень основных нормируемых метрологических характеристик средства измерения, формы их представления и способы нормирования установлены в ГОСТ 8.009-72. В него входят: – пределы измерений, пределы шкалы; – цена деления равномерной шкалы аналогового прибора или многозначной меры, при неравномерной шкале – минимальная цена деления; – выходной код, число разрядов кода, номинальная цена единицы наименьшего разряда цифровых средств измерений; – номинальное значение однозначной меры, номинальная статическая характеристика преобразования измерительного преобразователя; – погрешность средств измерений; – вариация показаний прибора или выходного сигнала преобразователя; – полное входное сопротивление измерительного устройства; – полное выходное сопротивление измерительного преобразователя или меры; – неинформативные параметры выходного сигнала измерительного преобразователя или меры; – динамические характеристики средств измерений; – функции влияния; – наибольшие допустимые изменения метрологических характеристик средств измерений в рабочих условиях применения. Одной из основных метрологических характеристик измерительных преобразователей является статическая характеристика преобразования. Она устанавливает зависимость информативного параметра у выходного сигнала измерительного преобразователя от информативного параметра входного сигнала. Нормирование метрологических характеристик необходимо для решения следующих задач: – придания всей совокупности однотипных средств измерений требуемых одинаковых свойств и уменьшения их номенклатуры; – обеспечения возможности оценки инструментальных погрешностей и сравнения средств измерений по точности; – обеспечения возможности оценки погрешности измерительных систем по погрешностям отдельных средств измерений. Лекция 11 ПОГРЕШНОСТЬ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ Погрешность прибора характеризует отличие его показаний от истинного или действительного значения измеряемой величины. Погрешность преобразователя определяется отличием номинальной (т. е. приписываемой преобразователю) характеристики преобразования или коэффициента преобразования от их истинного значения. По способу выражения различают погрешности: – абсолютная погрешность прибора – разность между показаниями прибора и истинным значением измеряемой величины; – относительная погрешность прибора – отношение абсолютной погрешности прибора к истинному(действительному) значению измеряемой величины; – приведенная погрешность прибора – отношение в процентах абсолютной погрешности прибора к нормирующему значению. В зависимости от поведения измеряемой величины во времени различают статическую и динамическую погрешности, а также погрешность в динамическом режиме. Статическая погрешность – погрешность средства измерения, используемого для измерения постоянной величины (например, амплитуды периодического сигнала). Погрешность в динамическом режиме – погрешность средства измерения, используемого для измерения переменной во времени величины. В зависимости от характера проявления погрешности делятся на систематические, случайные и грубые. Систематическая погрешность – составляющая погрешности измерения, которая остается постоянной или закономерно изменяется при повторных измерениях одной и той же величины. Случайная погрешность – составляющая погрешности измерения, которая изменяется случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Грубая погрешность – это погрешность измерения, существенно превышающая ожидаемую при данных условиях. Грубая погрешность может носить как случайный, так и систематический характер. В зависимости от характера влияния на результат измерения погрешности делят на аддитивные и мультипликативные. Аддитивной называют погрешность, значение которой не зависит от значения измеряемой величины. Мультипликативной называют погрешность, значение которой изменяется с изменением измеряемой величины. В зависимости от источника возникновения различают четыре основные составляющие погрешности измерения. Методическая погрешность (погрешность метода измерения) возникает из-за несовершенства метода измерений и обработки их результатов. Как правило, эта составляющая погрешности является систематической. Инструментальная погрешность определяется погрешностями применяемых для измерения средств измерений. Необходимо четко отличать погрешности измерений от погрешностей средств измерений, применяемых для их проведения. Погрешность средств измерений – это только одна из составляющих погрешности измерений, а именно инструментальная погрешность. Субъективная погрешность обусловлена индивидуальными особенностями экспериментатора. Эта составляющая может быть как систематической, так и случайной. Точность средств измерений – это качество, отражающее близость к нулю его погрешности. Класс точности – это обобщенная характеристика средств измерений, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также рядом других свойств, влияющих на точность осуществляемых с их помощью измерений. Лекция 12 РЕГУЛИРОВКА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ Используя методы теории точности, всегда можно найти такие допуски на параметры элементов измерительного прибора, соблюдение которых гарантировало бы и без регулировки получение их с погрешностями, меньшими допустимых пределов. Однако во многих случаях эти допуски оказываются настолько малы, что изготовление прибора с заданными пределами допускаемых погрешностей становится технологически неосуществимым. Выйти из положения можно двумя путями: во-первых, расширить допуски на параметры некоторых элементов приборов и ввести в его конструкцию дополнительные регулировочные узлы, способные компенсировать влияние отклонений этих параметров от их номинальных значений, а во-вторых, осуществить специальную градуировку измерительного прибора. В большинстве случаев в измерительном приборе можно найти или предусмотреть такие элементы, вариация параметров которых наиболее заметно сказывается на его систематической погрешности, главным образом погрешности схемы, аддитивной и мультипликативной погрешностях. В общем случае в конструкции измерительного прибора должны быть предусмотрены два регулировочных узла: регулировка нуля и регулировка чувствительности. Регулировкой нуля уменьшают влияние аддитивной погрешности, постоянной для каждой точки шкалы, а регулировкой чувствительности уменьшают мультипликативные погрешности, меняющиеся линейно с изменением измеряемой величины. При правильной регулировке нуля и чувствительности уменьшается влияние погрешности схемы прибора. Кроме того, некоторые приборы снабжаются устройствами для регулировки погрешности схемы. Более высокими метрологическими характеристиками обладают измерительные приборы, имеющие узел регулировки чувствительности. Наличие такой регулировки позволяет поворачивать статическую характеристику, что открывает большие возможности для снижения погрешности схемы и главным образом мультипликативной погрешности. Так, одновременной регулировкой нуля и чувствительности можно свести систематическую погрешность к нулю сразу в нескольких точках шкалы прибора. От правильности выбора таких точек зависят значения оставшихся после регулировки систематических погрешностей в других точках шкалы. Теория регулировки должна дать ответ на вопрос, какие точки шкалы следует выбрать в качестве точек регулировки. Однако общего решения этой задачи еще не найдено. Трудность решения усугубляется тем, что положение этих точек на шкале определяется не только схемой и конструкцией прибора, но и технологией изготовления его элементов и узлов. На практике в качестве точек регулировки принимают начальное и конечное, среднее и конечное или начальное, среднее и конечное значения измеряемой величины в диапазоне измерения. При этом значения систематической погрешности близки к минимально возможным, поскольку в действительности точки регулировки часто располагаются близко к началу, середине или концу шкалы. Таким образом, под регулировкой средств измерения понимается совокупность операций, имеющих целью уменьшить основную погрешность до значений, соответствующих пределам ее допускаемых значений путем компенсации систематической составляющей погрешности средств измерений, т. е. погрешности схемы, мультипликативной и аддитивной погрешностей. |