Радиоизмерения. Метрология и радиоизмерения
 Скачать 3.68 Mb.
|
|
Поверка средств измерений – совокупность операций, выполняемых органами ГМС (другими уполномоченными на то органами, организациями) с целью определения и подтверждения соответствия средств измерений ус- тановленным техническим требованиям. Цель поверки – ОЕИ в той части, которая связана с требованием о невыходе погрешностей мер и измеритель- ных приборов за установленные границы с заданной вероятностью. Поверку в России осуществляют 11 метрологических научно- исследовательских институтов (НИИ), 100 ЦСМ или 570 метрологических служб юридических лиц, аккредитованных на право поверки. Поверка является одной из форм Государственного метрологиче- ского надзора (ГМН) и включает в себя необходимый набор требований и процедур, обеспечивающих метрологическую пригодность средств из- мерений. Существуют три группы требований, регламентируемых для средств измерений: нормативные, технические, метрологические (последние явля- ются частью технических требований). Нормативные требования включают в себя критерии идентификации отдельных типов средств измерений, характеристики их внешнего вида, условия применения, критерии установления соответствия или несоответ- ствия средств измерений предъявляемым к ним требованиям, методики поверки. Раздел 1. Теоретические основы метрологии 42 Технические требования устанавливают основные характеристики средств измерений, необходимые для определения пригодности данного средства для решения той или иной измерительной задачи. Метрологические требования устанавливают такие свойства средств измерений, как пределы допускаемой погрешности (или показатели не- определенности) и условия, при которых обеспечиваются эти характери- стики. С целью создания условий для обеспечения пригодности средств из- мерений, не подлежащих ГМКН, в стране организована и функционирует с 1995 г. Российская система калибровки (РСК). РСК строится на следующих принципах: добровольность вступления; обязательная передача размеров еди- ниц от государственных эталонов или установок высшей точности рабо- чим средствам измерений; профессионализм и техническая компетентность субъектов РСК; самоокупаемость. Вступление метрологической службы юридического лица в РСК по- средством проведения аккредитации осуществляется на добровольной ос- нове. Основным стимулом вступления в РСК, как это имеет место в меж- дународной практике, является усиление степени доверия потребителя к показателям качества продукции, контролируемым путем измерений, что повышает конкурентоспособность продукции. Кроме того, процесс серти- фикации продукции в соответствии с требованиями международных стан- дартов ИСО/МЭК серии 9000 и общеевропейскими стандартами EN 45000 выдвигает обязательное требование аккредитации испытательных и калиб- ровочных лабораторий, являющейся условием признания достигаемого ка- чества. Последнее является стимулом для вступления метрологических служб предприятий в РСК. Членство в РСК позволяет метрологическим службам получать так- же методическое и информационное обеспечение по всем аспектам калиб- ровочной деятельности. Обязательная передача размеров единиц от госу- дарственных эталонов или установок высшей точности при помощи рабо- чих эталонов, находящихся в органах ГМС, эталонам предприятий и далее рабочим средствам измерений является главным условием для обеспече- ния единства и достоверности результатов измерений. Профессионализм и техническая компетентность субъектов РСК – непременное условие гарантии высокого качества калибровочных работ и обеспечения престижности членства в РСК. Самоокупаемость РСК диктуется требованиями рыночной экономи- ки, так как потребность в обеспечении точных и достоверных результатов измерений в ходе развития экономики не уменьшается, а возрастает. Глава 1. Основы обеспечения единства измерений 43 Рис. 1.7. Структура РСК Субъектами РСК являются (рис. 1.7): метрологические службы юридических лиц, аккредитованные на право калибровки средств измерений с использованием эталонов, подчи- ненных государственным эталонам или установкам высшей точности; ГНМЦ и органы ГМС, зарегистрированные в РСК как аккреди- тующие органы, имеющие право аккредитовывать метрологические служ- бы юридических лиц на право калибровки средств измерений; ФАТРиМ России, являющийся Центральным органом РСК, коор- динирующим деятельность субъектов РСК; ВНИИМС, осуществляющий функции по организационному, методическому и информационному обес- печению деятельности РСК; совещательный орган РСК – Совет РСК, образованный ФАТРиМ России для формирования и обсуждения проектов решений Центрального органа РСК по вопросам технической политики деятельности РСК. Члена- ми Совета РСК могут быть руководители аккредитующих органов, руко- ФАТРиМ России Центральный орган РСК Аккредитация Совет РСК Аккредитующие органы (государственные научные метрологические центры, органы Государственной метрологической службы) Научно-методический центр РСК Регистрация органов аккредитации Метрологические службы юридических лиц, аккредитованные на право проведения калибровочных работ Аккредитация СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ Раздел 1. Теоретические основы метрологии 44 водители аккредитованных метрологических служб, представители отрас- лей народного хозяйства и предприятий, научно-исследовательских инсти- тутов и объединений, а также других заинтересованных в РСК обществ и объединений. 1.11. Средства измерений. Классификация средств измерений Средство измерений (СИ) – это техническое средство (или их ком- плекс), предназначенное для измерений, имеющее нормированные метро- логические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным (в преде- лах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. Данное определение раскрывает метрологическую сущность средств, из- мерения, заключающуюся в умении хранить (или воспроизводить) едини- цу физической величины и в поддержании неизменности размера храни- мой единицы во времени. Первое позволяет выполнить собственно изме- рение, суть которого, как известно, состоит в сравнении измеряемой величины с ее установленной единицей. Второе принципиально необходи- мо, поскольку при изменении размера хранимой единицы физической ве- личины с помощью данного средства измерения нельзя получить результат измерения с требуемой точностью. Используемые в различных областях науки и техники средства изме- рений чрезвычайно многообразны. Однако для этого множества можно выделить некоторые общие признаки, присущие всем средствам измере- ний независимо от области применения. По роли, выполняемой в системе обеспечения единства измерений, средства измерений делятся на следующие виды: метрологические, предназначенные для метрологических целей – воспроизведения единицы и (или) ее хранения или передачи размера еди- ницы рабочим средствам измерений; рабочие, применяемые для измерений, не связанных с передачей размера единиц. Метрологические средства измерений весьма немногочисленны. Они разрабатываются, производятся и эксплуатируются в специализированных научно-исследовательских центрах. Поэтому подавляющее большинство ис- пользуемых на практике средств измерений принадлежат ко второй группе. По уровню автоматизации все средства измерений делятся на три основные группы: неавтоматические; автоматизированные, производящие в автоматическом режиме одну или часть измерительной операции; Глава 1. Основы обеспечения единства измерений 45 автоматические, производящие в автоматическом режиме изме- рения и все операции, связанные с обработкой их результатов, регистраци- ей, передачей данных или выработкой управляющих сигналов. По уровню стандартизации средства измерений делятся на: стандартизованные, изготовленные в соответствии с требова- ниями соответствующего государственного или отраслевого стандарта; нестандартизированные (уникальные), применяемые для решения специфических измерительных задач в специальных направлениях науки и техники, в стандартизации требований к которым нет необходимости. Подавляющее большинство средств измерений является стандар- тизованным. Они выпускаются серийно и обязательно подвергаются го- сударственным испытаниям. Нестандартизованные средства измерений разрабатывают специализированные научно-исследовательские организа- ции и выпускают единичными экземплярами. Они не проходят государст- венных испытаний, их характеристики определяют при метрологической аттестации. По отношению к измеряемой физической величине средства измере- ний подразделяются на: основные – это средства измерений той физической величины, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей; вспомогательные – это средства измерений той физической вели- чины, влияние которой на основное средство измерений или объект изме- рения необходимо учесть для получения результатов измерения требуемой точности. Классификация по назначению, роли в процессе измерения и выпол- няемым функциям является основной и представлена на рис. 1.8. По реализации процедуры измерения средства измерений бывают элементарными и комплексными. Средства измерений разделяют на меры, устройства сравнения (ком- параторы), измерительные преобразователи, измерительные приборы, из- мерительные установки и измерительные системы (ИС). Измерительные системы условно делят на информационно-измерительные (ИИС), измери- тельно-вычислительные комплексы (ИВК) и компьютерно-измерительные (КИС). Элементарные средства измерений пред- назначены для реализации отдельных опе- раций прямого измерения. К ним относятся меры, устройства сравнения и измерительные пре- образователи. Каждое из них, взятое по отдельности, не может осущест- вить операцию измерения. Элементарные средства измерений Раздел 1. Теоретические основы метрологии 46 Рис. 1.8. Классификация средств измерений Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера (значения). В качестве меры в ра- диоизмерениях, в частности, используются: кварцевый автогенератор (точнее частота колебаний кварцевого генератора) – мера частоты элек- трических колебаний; измерительный резистор – мера электрического со- противления; измерительный конденсатор – мера электрической емкости. Меры бывают однозначными и многозначными. Однозначная мера воспроизводит физическую величину одного размера. Например, измерительный резистор, измерительный конденсатор постоянной емкости, ЭДС нормального элемента. Многозначная мера воспроизводит ряд одноименных величин раз- личного размера, например, потенциометр, вариометр индуктивностей, конденсатор переменной емкости. Кроме этого, различают наборы мер, магазины мер, установочные и встроенные меры. Набор мер – специально подобранный комплект од- нотипных элементов, применяемых не только по отдельности, но и в раз- личных сочетаниях для воспроизведения ряда одноименных величин раз- Средства измерений Элементарные Комплексные Меры Устройства сравнения – компараторы Измеритель- ные преобра- зователи Измери- тельные приборы Измери- тельные установки Измери- тельные системы Однозначные Многозначные Наборы мер Установочные Встроенные Первичные Промежуточные Масштабные Аналоговые Аналого- Цифроаналоговые Аналоговые Цифровые Регистрирующие Показывающие Измерительно- вычислительные комплексы Информационно- измерительные системы Компьютерно- измерительные системы Магазины мер Глава 1. Основы обеспечения единства измерений 47 личного размера, например, набор измерительных резисторов, или конден- саторов. Устройство сравнения (компаратор) – это средство измерений, позволяющее сравнивать друг с другом меры однородных величин или по- казания измерительных приборов. Примером может служить фотореле, включающее (выключающее) уличное электрическое освещение. Во мно- гих относительно простых средствах измерений роль компаратора выпол- няют органы чувств человека – главным образом зрение, например, при сравнении отклонения указателя прибора и числа делений, нанесенных на его шкале. Степень совершенства компаратора определяется минимально воз- можным порогом чувствительности, а также его быстродействием – вре- менем переключения из одного состояния в другое. У идеального компара- тора порог и время переключения равны нулю. В реальных схемах компа- ратора вводят порог срабатывания (для исключения так называемого «дребезга контактов»), что приводит к возникновению аддитивной (сум- мируемой с измеряемой величиной) погрешности. Измерительный преобразователь – средство измерений, предна- значенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, преобразования, обработки и хранения, но не под- дающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Измерительные преобразователи могут как входить в состав измерительных приборов, так и применяться самостоятельно. Измерительные преобразователи, которые ГОСТ по сложившейся традиции рассматривает как самостоятельный класс средств измерений, не могут по своей сути считаться хранителями единицы измерения. Зачастую конструктивно обособленные первичные преобразователи называют датчиками. Работа измерительного преобразователя протекает в условиях, когда помимо основного сигнала X, связанного с измеряемой величиной, на него воздействует множество других сигналов Z, являющихся в данном случае помехами. Выходным сигналом измерительного преобразователя служит некая величина Y (напряжение, ток). Важнейшей характеристикой измерительного преобразователя являет- ся функция (уравнение) преобразования, которая описывает статические свойства преобразователя и в общем случае записывается в виде Y = F (X, Z). Необходимо отметить, что преобразования измеряемых величин всегда та- ят в себе опасность внесения погрешностей в результат измерений. Измерительные преобразователи классифицируют по ряду специфи- ческих признаков. По местоположению в измерительной цепи преобразователи делятся на первичные и промежуточные. Раздел 1. Теоретические основы метрологии 48 Первичный преобразователь – измерительный преобразователь, к ко- торому подведена измеряемая величина, т. е. является первым в измеритель- ной цепи. Например: термопара в цепи термоэлектрического термометра. Промежуточный преобразователь располагается в измерительной цепи после первичного. Важной разновидностью преобразователей является масштабный преобразователь – измерительный преобразователь, предназначенный для изменения размера величины или измерительного сигнала в заданное чис- ло раз. Например: измерительный трансформатор тока, делитель напряже- ния, измерительный усилитель. По виду входных и выходных величин измерительные преобразова- тели делятся на следующие: аналоговые, преобразующие одну аналоговую величину в другую аналоговую величину; аналого-цифровые (АЦП), предназначенные для преобразования аналогового измерительного сигнала в цифровой код; цифроаналоговые (ЦАП), предназначенные для преобразования цифрового кода в аналоговую величину. Еще одним типом преобразователей является передающий преобра- зователь – измерительный преобразователь, служащий для дистанцион- ной передачи сигнала измерительной информации к другим устройствам или системам. Комплексные средства измерений предна- значены для реализации всей процедуры измерения. К ним относятся измерительные приборы, измерительные установки и измерительные системы. Измерительным прибором называется средство измерения, предназна- ченное для выработки определенного вида сигнала измерительной информа- ции в форме, доступной для непосредственного восприятия оператором. В электронной технике, радиотехнических цепях, устройствах и сис- темах, а также системах связи сигналом измерительной информации явля- ется, как правило, электрический сигнал, функционально связанный с из- меряемой физической величиной. Информативным параметром входно- го электрического сигнала средства измерения служит параметр входного сигнала, функционально связанный с измеряемой физической величиной и используемый для передачи ее значения или являющийся самой измеряе- мой величиной. Категория средств измерений, охватывающая измерительные прибо- ры и преобразователи, называется измерительными устройствами. Измерительные приборы принято классифицировать по ряду специ- фических признаков. Комплексные средства измерений Глава 1. Основы обеспечения единства измерений 49 По форме индикации измеряемой величины все радиоизмерительные приборы делят на показывающие и регистрирующие, среди которых раз- личают самопишущие и печатающие. Показывающий измерительный прибор – устройство, предназна- ченное только для считывания показаний, например вольтметр. Регистрирующий измерительный прибор – прибор, в котором пре- дусмотрена регистрация показаний измеряемой величины, например уни- версальный осциллограф. Самопишущий измерительный прибор – регистрирующий прибор, в котором предусмотрена запись показаний в форме диаграммы. Печатающий измерительный прибор – регистрирующий измери- тельный прибор, в котором предусмотрена печать показаний, как правило, в цифровой форме. По методу преобразования измеряемой величины различают прибо- ры прямого, компенсационного (уравновешивающего) и смешанного пре- образования. По назначению измерительные приборы делятся на амперметры, вольтметры, омметры, частотомеры и т. д. Измерительные приборы, используемые в радиотехнике, по струк- турной схеме можно в самом общем виде разделить на электромеханиче- ские и электронные. К радиоизмерительным приборам относятся только электронные, в состав которых в качестве отсчётного узла могут ещё вхо- дить электромеханические устройства. По форме преобразования используемых измерительных сигналов приборы разделяются на аналоговые и цифровые. |