курса. Рефрат Орлова Н.В.. Реферат Средства измерений и контроля

• Название: Реферат Средства измерений и контроля
• Анкор: курса
• Дата: 18.12.2022
• Размер: 239.06 Kb.
• Имя файла: Рефрат Орлова Н.В..docx
• Тип: Реферат; #850107

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт цветных металлов и материаловедения

Кафедра бизнес-информатики и моделирования бизнес-процессов
Реферат
Средства измерений и контроля
Вариант № 7

Преподаватель ________ К.А. Шульгина

подпись, дата инициалы, фамилия
Студент ЗЦМ19-02Б, № 61945277 Н.В. Орлова

номер группы, зачетной книжки подпись, дата инициалы, фамилия

Красноярск 2022

Содержание

Содержание 2

Введение 3

1. Общие сведения об измерениях, испытаниях и контроле. Их особенности и различия 4

2. Понятие о средстве измерений 7

3. Классификация средств измерений 12

Заключение 19

Список использованных источников 20

Введение

Измерения – важнейший способ познания человеком явлений и законов природы. С измерениями связано более трех тысяч областей человеческой деятельности. В соответствии с данными ЮНЕСКО в промышленно-развитых странах затраты на измерения составляют от 4 до 6% валового национального продукта.

Высокоточные измерения играют огромную роль в современном обществе и приобретают все большее значение во многих сферах человеческой деятельности. Практически все отрасли техники, промышленность и наука не могли бы существовать без системы измерений, определяющих как качество выпускаемой продукции, так и все технологические процессы, контроль и управление.

Нет ни одной сферы человеческой деятельности, где бы не применялись результаты измерений, испытаний и контроля. Основой любого анализа, планирования, управления и прогнозирования является достоверная исходная информация, которая может быть получена путем измерения требуемых физических величин. Только высокие и гарантированные показатели точности результатов измерений обеспечат правильность принимаемых решений.

В связи с усилением значимости метрологии практически во всех сферах человеческой деятельности особую важность приобретает наличие национальной метрологической инфраструктуры.

Значимая роль метрологии в обществе определяет необходимость в едином научном и законодательном фундаменте, обеспечивающем требуемое качество измерений.

Цель выполнения контрольной работы – изучить средства измерений и контроля в метрологии.

Задачами работы являются изучение общих сведений об измерениях, испытаниях и контроле, анализ понятия о средствах измерений, исследование классификации средств измерений в метрологии.

1. Общие сведения об измерениях, испытаниях и контроле. Их особенности и различия

В процессе познавательной деятельности человека возникает множество задач, для решения которых необходимо располагать количественной информацией о том или ином свойстве объектов материального мира. Этим объектом может быть изделие, процесс, явление или вещество. Основным способом получения такой информации являются измерения. Если правильно организовать и выполнить их, то можно получить результат, который с большей или меньшей точностью отражает интересующие нас свойства объекта познания. Что же такое измерение?

Согласно ГОСТ 16263-70[2], измерение – это нахождение значения физической величины (ФВ) опытным путем с помощью специальных технических средств. Существует техническая наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности – метрология. В настоящее время имеется разнообразная учебная литература по этой дисциплине (см. список литературы в конце данной книги).

Наряду с измерением различают понятия «испытание» и «контроль».В соответствии с ГОСТ 16504-81 [3], испытанием называется экспериментальное определение количественных и (или) качественных характеристик свойств объекта испытаний как результата воздействия на него при его функционировании, при моделировании объекта и (или) воздействий.

Экспериментальное определение характеристик свойств объекта при испытаниях может проводиться путем использования измерений, анализов, диагностирования, органолептических методов, путем регистрации определенных событий при испытаниях (отказы, повреждения) и т. д.характеристики свойств объекта при испытаниях могут оцениваться, если задачей испытаний является получение количественных или качественных оценок, а могут контролироваться, если задачей испытаний является только установление соответствия характеристик объекта заданным требованиям. В этом случае испытания сводятся к контролю. Поэтому ряд видов испытаний являются контрольными.

Важнейшим признаком любых испытаний является принятие на основе их результатов определенных решений. Другим признаком испытаний является задание определенных условий испытаний (реальных или моделируемых), под которыми понимается совокупность воздействий на объект и режимов функционирования объекта.

Определение характеристик объекта при испытаниях может производиться как при функционировании объекта, так и при отсутствии функционирования, при наличии воздействий, до или после их приложения.

Дадим определение понятию «контроль». Контроль – это процесс определения соответствия значения параметра изделия установленным требованиям или нормам.

Между измерением и испытанием существует большое сходство: во-первых, результаты обеих операций выражаются в виде чисел; во-вторых, погрешности и в том, и в другом случае могут быть выражены как разности между результатами измерений (испытаний) и истинными значениями измеряемой величины (или определяемой характеристики при номинальных условиях эксплуатации). Однако между этими операциями имеется и значительная разница: погрешность измерения является только одной из составляющих погрешности испытания. Поэтому можно сказать, что испытание – это более объемная операция, чем измерение. Измерение можно считать частным случаем испытания, при котором условия испытаний не представляют интереса [6].

Испытания продукции и ее составных частей занимают важное место в процессе управления качеством продукции на производстве. Развитие системы сертификации продукции, подтверждающей не только показатели ее качества, но и безопасность для окружающей среды, жизни, здоровья потребителя, определяет место испытания мне только в сфере производства, но и на протяжении всего жизненного цикла изделия, начиная от его проектирования и кончая утилизацией [7].

Измерения и контроль также тесно связаны друг с другом, близки по своей информационной сущности и содержат ряд общих операций (например, сравнение, измерительное преобразование). В тоже время эти процедуры во многом различаются, а именно: результатом измерения является количественная характеристика, а контроля – качественная (логическое заключение типа «годен» – «негоден» и т. п.); измерение осуществляется в широком диапазоне значений измеряемой величины, а контроль – обычно в пределах небольшого числа возможных значений; контрольные приборы, в отличие от измерительных, применимы для проверки состояния изделий, параметры которых заданы и изменяются в узких пределах; основной характеристикой качества процедуры измерения является точность, а процедуры контроля – достоверность.

2. Понятие о средстве измерений

В соответствии с РМГ 29-2013 [5], средство измерений СИ (measuring instrument): техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные (установленные) метрологические характеристики.

За основу взято определение из РМГ 29-99 [4], которое отлично от определения, приведенного в Международном словаре по метрологии (VIM 3) [7].

Если измерение связано с передачей размера единицы другим средствам измерений, то средство измерений называется мерой. Меры входят в состав эталонов единиц физических величин. Различают однозначные и многозначные меры.

В ином случае, если измерение не связано с передачей размера единицы другим средствам измерений, средство измерений называется рабочим.

Средство измерений характеризуется:

– видом измеряемой физической величины (ФВ),

– принципом измерения,

– методом измерения,

– статическими и динамическими характеристиками,

– условиями применения,

– показателями точности.

В средстве измерения реализуется последовательность преобразований физической величины.

Тип средства измерений – совокупность средств измерений одного и того же назначения, основанных на одном и том же принципе действия, имеющих одинаковую конструкцию и изготовленных по одной и той же технической документации.

Вид средства измерений – совокупность средств измерений, предназначенных для измерения данной физической величины. Вид СИ может включать в себя несколько их типов.

Например, вид средств измерений температуры - термометр, а типы средств измерений температуры - термопара, термометр сопротивления.

Метрологическая сущность СИ заключается в умении хранить (или воспроизводить) единицу ФВ и в неизменности размера хранимой единицы во времени. Первое определяет возможность выполнения измерения, суть которого, как известно, состоит в сравнении измеряемой величины с ее единицей. Второе принципиально необходимо, поскольку при изменении размера хранимой единицы ФВ с помощью данного СИ нельзя получить результат с требуемой точностью[8].

Средство измерений является обобщенным понятием, объединяющим разнообразные конструктивно законченные устройства, которые реализуют одну из двух функций:

– воспроизводят величину заданного (известного) размера, например, гиря - заданную массу, магазин сопротивлений – ряд дискретных значений сопротивления;

– вырабатывают сигнал (показание), несущий информацию о значении измеряемой величины. Показания СИ либо непосредственно воспринимаются органами чувств человека (например, показания стрелочного или цифрового приборов), либо они недоступны восприятию человеком и используются для преобразования другими СИ.

Последняя функция, являющаяся основной, может быть реализована только посредством измерения. Очевидно, что СИ должны содержать устройства (блоки, модули), которые выполняют эти элементарные операции. Такие устройства называются элементарными средствами измерений. В их число входят измерительные преобразователи, меры и устройства сравнения (компараторы) [2].

Измерительный преобразователь – это техническое средство с нормированными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины Х в другую величину или измерительный сигнал X, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи [2]. Информативным параметром входного сигнала СИ является параметр входного сигнала,

X = X{a₀ [ψ(t)], a_x, a₂,..., a_n} (1)

где a₀ – информативный параметр входного сигнала; ψ(t) –измеряемая ФВ;a_x, a₂,..., a_n– неинформативные параметры входного сигнала.

Неинформативным параметром входного сигнала СИ называется параметр, не используемый для передачи значения измеряемой величины.



Рисунок 1 – Обобщенная структурная схема средства измерения
Входным сигналом Х является измерительный сигнал, один из параметров которого однозначно связан с измеряемой ФВ. Входной сигнал преобразуется измерительным преобразователем в пропорциональный ему сигнал X. Следует отметить, что преобразователь может отсутствовать, тогда входной сигнал будет подаваться непосредственно на один из входов устройства сравнения.

Сигнал со входа измерительного преобразователя поступает на первый вход устройства сравнения, на второй вход которого подается известный сигнал с выхода многозначной меры. Роль меры могут выполнять самые разные устройства.

Например, при взвешивании на весах мерой являются гири с известным весом. Во многих простых СИ роль меры выполняют отсчетные шкалы, предварительно проградуированные в единицах измеряемой величины. К таким средствам измерений относятся линейка, термометр, электромеханические вольтметры и др. Значение выходной величины многозначной меры изменяется в зависимости от величины цифрового кода N, который условно считается ее входным сигналом. Изменение кода осуществляется оператором (например, при взвешивании на весах) или автоматически. Так как цифровой код – величина дискретная, то и выходной сигнал меры изменяется ступенями – квантами, кратными единице сравниваемых величин [9].

Сравнение измеряемой и известной величин осуществляется при помощи устройства сравнения. Роль последнего в простейших СИ, имеющих отсчётные шкалы, выполняет человек.

Например, при измерении длины тела он сопоставляет её с многозначной мерой – линейкой и находит количество N квантов меры, равное с точностью до кванта измеряемой длине. Устройство сравнения дает информацию о том, какое значение выходного сигнала многозначной меры должно быть установлено автоматически или при участии оператора. Процесс измерения прекращается при достижении равенства между величинамиX иX с точностью до кванта [Q].

Выходным сигналом может служить один из трех сигналов: Y, Y₂, Y. Если выходной сигнал предназначен для непосредственного восприятия человеком, то его роль выполняет сигнал Y⁼ N. В данном случае код N является привычным для человека десятичным кодом. Если же выходной сигнал СИ предназначен для применения в других средствах измерения, то

в качестве него может быть использован любой из трех сигналов: Y, Y, Y. Первый из них при этом является цифровым, как правило, двоичным кодом, который «понимают» входные цифровые устройства последующих СИ.

Аналоговый сигналY квантован по уровню и представляет собой эквивалент цифрового кодаN, а СИ в этом случае предназначено для воспроизведения ФВ заданного размера и состоит только из одного блока – многозначной меры. СигналY представляет собой измерительное преобразование входного сигнала X, СИ при этом используется только как измерительный преобразователь, а остальные его блоки отсутствуют [7].

Таким образом, структурная схема, показанная на рис. 1, описывает три возможных варианта:

1. СИ включает все блоки и вырабатывает сигналY , доступный восприятию органами чувств человека. Возможно формирование выходных сигналовY иY , предназначенных только для преобразования другими СИ;

2. СИ состоит только из измерительного преобразователя, выходной сигнал которого равенY;

3. СИ содержит только меру, выходной сигнал которой равенY .

3. Классификация средств измерений

Средства измерения, используемые в различных областях науки и техники, чрезвычайно многообразны. Однако для этого множества можно выделить некоторые общие признаки, присущие всем СИ независимо от области применения. Эти признаки положены в основу различных классификаций СИ, которые рассмотрены далее [6].

По роли, выполняемой в системе обеспечения единства измерений,

СИ делятся на:

– метрологические, предназначенные для метрологических целей –воспроизведения единицы и (или) хранения или передачи размера единицы;

– рабочие, применяемые для измерений, не связанных с передачей размера единиц.

По уровню автоматизации все СИ делятся на три группы:

– неавтоматические;

– автоматизированные, производящие в автоматическом режиме одну или часть измерительной операции;

– автоматические, производящие без непосредственного участия человека измерения и все операции, связанные с обработкой их результатов (регистрацией), передачей данных или выработкой управляющих сигналов.

По уровню стандартизации средства измерений подразделяются на [8]:

– стандартизованные, изготовленные в соответствии с требованиями государственного или отраслевого стандарта;

– не стандартизованные (уникальные), предназначенные для решения специальной измерительной задачи, в стандартизации требований к которым нет необходимости.

По отношению к измеряемой физической величине средства измерения делятся на:

– основные – это СИ той физической величины, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей;

– вспомогательные – это СИ той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерения необходимо учесть для получения результатов измерения требуемой точности.

Классификация по роли в процессе измерения и выполняемым функциям является основной и представлена на рис. 2 [18].



Рисунок 2 – Классификация средств измерений по их роли в процессе измерения и выполняемым функциям
По конструктивному исполнению и форме представления измерительной информации средства измерений представляют собой [9]:

– эталон единицы величины – техническое средство, предназначенное для воспроизведения, хранения и передачи единицы величины;

– измерительный преобразователь (ИП) – средство измерений, предназначенное для преобразования сигналов измерительной информации в форму, целесообразную для передачи, обработки или хранения. ИП – структурный элемент более сложных средств измерений. Измерительная информация на выходе ИП, как правило, недоступна для непосредственного восприятия наблюдателем;

– меру – средство измерений, предназначенное для воспроизведения одного или нескольких фиксированных значений физической величины (мера массы – гиря, мера индуктивности – образцовая катушка индуктивности, многозначная мера индуктивности – магазин индуктивностей);

– измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. В зависимости от формы представления информации различают аналоговые и цифровые измерительные приборы. Аналоговым называют измерительный прибор, показания которого являются непрерывной функцией измеряемой величины, например, стрелочный вольтметр, ртутно-стеклянный термометр. В цифровом приборе осуществляется преобразование аналогового сигнала измерительной информации в цифровой код, и результат измерения отражается на цифровом табло;

– измерительная установка – совокупность функционально объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, предназначенная для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем и расположенная в одном месте;

– вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная, для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и (или) использования в системах управления, контроля, диагностирования и т. п.

Измерительный преобразователь или входит в состав какого-либо прибора, установки, системы, или же применяется вместе с каким-либо средством измерений. По расположению в измерительной цепи различают первичные и промежуточные преобразователи.

Первичный преобразователь – измерительный прибор, на который непосредственно воздействует ФВ.

Датчик (или детектор) – конструктивно обособленный первичный преобразователь.

Преобразователь, в котором под воздействием ФВ генерируется собственный электрический сигнал, называют генераторным, а преобразователь, в котором имеется внешний источник питания – параметрическим.

Все многообразие датчиков может быть описано ограниченным числом измерительных преобразователей, объединенные в структурные схемы:

– прямого преобразования,

– уравновешивающего преобразования с обратной связью,

– уравновешивающего преобразования с разветвленной цепью.

Из анализа структурных схем могут быть получены уравнения измерения и функция преобразования [7].

Зависимость видаY = F(X) называют функцией преобразования датчика (в РМГ 29-2013 [5] это соотношение определено как функция измерений), которая описывает свойства датчика по выходному сигналу в заданном диапазоне измеряемой ФВ. При разработке и проектировании датчика необходимо исследовать функции преобразования.

Наиболее общие свойства цепи преобразований: суммарная чувствительность равна произведению чувствительностей последовательно включаемых преобразователей или сумме чувствительностей параллельно включаемых преобразователей.

При применении датчика осуществляется процедура восстановления значения ФВ по выходному сигналу, т.е. определениеX как функцииY. С этой целью должна быть известна зависимость X =F^l(Y), которая называется градуировочной характеристикой. Функция F"¹ - функция, обратная F. Наличие градуировочной характеристики позволяет установить шкалу прибора в единицах ФВ.

При функции преобразования, носящей линейный характерY =aX, градуировочная характеристика будет также линейна X = a\Y. Если функция преобразования носит более сложный характер, то могут возникнуть трудности и с получением обратной функции преобразования (градуировочной характеристики), и с восстановлением модели погрешности СИ (погрешность по входу, т.е. по X) по исследованной при разработке датчика погрешности преобразования (погрешности по выходу, т.е. по Y). На практике для рабочих СИ эта проблема решается при их первичной поверке или аттестации. В процедуре поверки используют эталон ФВ. Показания СИ в единицах ФВ сравниваются с эталоном, их различия определяют погрешность СИ.

СИ должно иметь нормированные метрологические характеристики, к наиболее важным относят [6]:

– статическую функцию преобразования (прямую и/или обратную),

– динамические характеристики,

– диапазон измерений,

– погрешности.

Измерительный сигнал от первичного преобразователя должен быть преобразован (усилен, отфильтрован и т.п.), передан и зарегистрирован. Эти функции выполняют элементы измерительной цепи.

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенная для измерения одной или нескольких ФВ и расположенная в одном месте.

Измерительная информационная система (ИИС) – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, вычислительных и других вспомогательных средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта с целью измерений одной или нескольких ФВ, свойственных этому объекту, преобразования и представления измерительной информации в требуемом виде, либо с целью автоматического осуществления логических функций контроля, диагностики и идентификации.

В зависимости от выполняемых функций ИИС разделяют на [8]:

– измерительные (ИС),

– автоматического контроля (САК),

– технической диагностики (СТД),

– распознавания (идентификации) образов (СРО).

По организации алгоритма функционирования ИИС различают:

– системы с заданным алгоритмом,

– программируемые,

– адаптивные.

К измерительным системам относят ИИС, в которых преобладает функция измерения и незначительны или отсутствуют функции обработки и хранения.

Основные элементы ИС:

– первичный измерительный преобразователь (датчик),

– элемент сравнения,

– мера,

– устройство выдачи результата.

Системы автоматического контроля осуществляют автоматический контроль состояния объекта. Существуют системы непрерывного и дискретного контроля. Системы технической диагностики осуществляют диагностику состояния или прогноз поведения объекта. СТД довольно сложны, как в алгоритмах функционирования, так и в алгоритмах обработки и интерпретации результатов измерений.

В законе № 102-ФЗ (статья 2) [20] введен термин технические системы и устройства с измерительными функциями – технические системы и устройства, которые наряду с их основными выполняют измерительные функции.

В РМГ 29-2013 [5] введено более широкое понятие: средства измерительной техники, охватывающее технические средства, специально предназначенные для измерений.

К средствам измерительной техники относят:

– средства измерений,

– эталоны,

– измерительные системы,

– измерительные установки,

– измерительные принадлежности,

– средства сравнения,

– стандартные образцы и др.

В последнее время получают распространение приборы, состоящие из персонального компьютера, дополненного платой сбора данных, содержащей АЦП и образцовые меры. Плата обеспечивает преобразование аналогового измерительного сигнала в цифровой, функции его обработки выполняет компьютер. Для наглядного отображения информации и удобства управления процессом измерений на экране монитора воспроизводят лицевую панель измерительного прибора со всеми элементами настройки, управление которыми производят при помощи клавиатуры и «мыши» [7].

Такие приборы называют «виртуальными». Они являются, по существу, измерительно-вычислительными комплексами (ИВК).

ИВК – это функционально объединенная совокупность средств измерений, компьютеров и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения конкретной измерительной задачи. Основными признаками принадлежности средства измерений к ИВК являются наличие процессора или компьютера; программное управление средствами измерений; наличие нормированных метрологических характеристик; блочно-модульная структура, состоящая из технической (аппаратной) и программной (алгоритмической) подсистем.

Средства измерений, используемые в различных областях науки и техники, чрезвычайно многообразны. Однако для этого множества можно выделить некоторые общие признаки, присущие всем СИ независимо от области применения. Эти признаки положены в основу различных классификаций СИ.

Заключение

Таким образом, понятия «измерение», «технический контроль», «испытание» являются взаимосвязанными. В то же время эти процедуры во многом различаются. Результатом измерения является количественная характеристика, а контроля – качественная; измерение осуществляется в широком диапазоне значений измеряемой величины, а контроль – обычно в пределах небольшого числа возможных значений; основной характеристикой качества измерения и испытания является точность, а процедуры контроля – достоверность. Результат испытаний всегда имеет погрешность, возникающую не только из-за погрешности определения искомой характеристики, но и из-за неточности установления номинальных условий испытания.

Большинство физических величин относится к неэлектрическим. Преобразование неэлектрической величины в электрическую осуществляется с помощью измерительных преобразователей – датчиков.

По существу, измерительный преобразователь преобразует один вид энергии в другой, а его выходной сигнал недоступен непосредственному восприятию.

При измерениях, испытаниях и контроле всегда используются средства измерений. Средства измерений чрезвычайно многообразны. По конструктивному исполнению и форме представления измерительной информации средства измерений подразделяются на эталоны единиц величин, измерительные преобразователи, меры, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы. По уровню автоматизации все средства измерений делятся на три основные группы: неавтоматические; автоматизированные и автоматические.

В настоящее время все большее распространение получают автоматизированные и автоматические средства измерений, что связано с широким использованием в средствах измерений электронной, микропроцессорной и компьютерной техники.

Список использованных источников

1. 
   Федеральный закон от 26 июня 2008 г. N 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений».
   
2. 
   ГОСТ 16263-70 «Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Термины и определения».
   
3. 
   ГОСТ 16504-81 «Система государственных испытаний продукции».
   
4. 
   РМГ 29-99 ГСИ. Метрология. Основные термины и определения.
   
5. 
   РМГ 29-2013. Рекомендации по межгосударственной стандартизации ГСИ. «ГСП. Метрология. Основные термины и определения» – М.: Стандартинформ, 2014. – 45 с.
   
6. 
   Афанасьев, А. А. Физические основы измерений и эталоны : учеб. пособие / А.А. Афанасьев, А.А. Погонин. – Москва : ИНФРА-М, 2018. – 246 с
   
7. 
   Кутяйкин, В.Г. Метрологическое обеспечение технических средств для измерений, испытаний и контроля // Компетентность. – 2017. – № 6. – С. 50-55.
   
8. 
   Марусина М.Я., Метрологическое обеспечение измерений, испытаний и контроля – СПб: Университет ИТМО, 2020. – 70 с.
   
9. 
   Пелевин, В. Ф. Метрология и средства измерений : учеб. пособие / В.Ф. Пелевин. – Минск : Новое знание ; Москва : ИНФРА-М, 2019. – 273 с.