Что такое средство измерений. Средства измерений

По метрологическому назначению все средства измерений (СИ) подразделяют на следующие виды:

- рабочие СИ, предназначенные для измерений, не связанных с передачей размера единицы другим средствам измерений (самые многочисленные);

- метрологические СИ, предназначенные для обеспечения единства измерений в стране.

Классификация рабочих средств измерений осуществляется по следующим признакам:

1) по конструктивному исполнению: меры; измерительные приборы; измерительные установки; измерительные системы; измерительные комплексы;

2) по уровню автоматизации: автоматизированные СИ; автоматические СИ;

3) по уровню стандартизации: стандартизованные СИ; нестандартизованные СИ;

4) по отношению к измеряемой физической величине : основные СИ; вспомогательные СИ.

Мера – это СИ, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.

Мера может быть однозначная , т.е. воспроизводящая физическую величину одного размера (например, плоско-параллельная мера длины 10 мм, гиря 1 кг), и многозначная , т.е. воспроизводящая физическую величину разных размеров (например, линейка, лимб).

Измерительный прибор – СИ, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне.

Классификация измерительных приборов:

По способу индикации значений измеряемой величины измерительные приборы подразделяются на показывающие и регистрирующие;

По действию измерительные приборы разделяют на интегрирующие и суммирующие; приборы прямого действия и приборы сравнения; аналоговые и цифровые приборы; самопишущие и печатающие приборы.

По назначению – на универсальные и специальные;

По принципу преобразующего устройства – на механические, оптические, электрические, пневматические и другие или основанные на сочетании указанных принципов, например, оптико-механические;

По числу параметров, проверяемых при одной установке, – на одномерные и многомерные.

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенных для измерений одной или нескольких физических величин, расположенная в одном месте.

Измерительная система – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях.

В зависимости от назначения измерительные системы разделяют на измерительные информационные, измерительные контролирующие, измерительные управляющие системы и др. Измерительную систему, перестраиваемую в зависимости от изменения измерительной задачи, называют гибкой измерительной системой (ГИС). Например,

измерительная система теплоэлектростанции, позволяющая получать измерительную информацию о ряде физических величин в разных энергоблоках, она может содержать сотни измерительных каналов.

Измерительно–вычислительный комплекс (ИВК) – это функционально объединенная совокупность СИ, ЭВМ и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения в составе измерительной системы конкретной измерительной задачи.

Метрологические средства измерений – это эталоны.

Эталон единицы физической величины – это средство измерений (или комплекс средств измерений), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.

Конструкция эталона, его свойства и способ воспроизведения единицы определяются природой данной физической величины и уровнем развития измерительной техники в данной области измерений. Эталон должен обладать, по крайней мере, тремя тесно связанными друг с другом существенными признаками (по М.Ф. Маликову) – неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью.

Эталоны делят на первичные, вторичные, рабочие.

Если эталон воспроизводит единицу физической величины с наивысшей в стране точностью (по сравнению с другими эталонами той же единицы), то он называется первичным, государственным эталоном.

Эталоны, получающие размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы, называют вторичными . Они создаются и утверждаются для организации поверочных работ и для обеспечения сохранности и наименьшего износа государственного первичного эталона.

Вторичные эталоны по своему метрологическому назначению делятся на эталон копию, эталон сравнения, эталон свидетель.

Эталон копия предназначен для хранения единицы физической величины и передачи её размера рабочим эталонам.

Эталон сравнения применяется для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом.

Эталон свидетель применяется для проверки сохранности государственного эталона и для замены его в случае порчи или утраты.

Рабочий эталон – это эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерений. Термин рабочий эталон заменил собой термин образцовое средство измерений (ОСИ), что сделано в целях упорядочения терминологии и приближения ее к международной. При необходимости рабочие эталоны подразделяют на разряды (1-й, 2-й, …, n -й), как это было принято для ОСИ. Рабочие эталоны 1-го разряда обладают более высокой точностью. В этом случае передачу размера единицы осуществляют через цепочку соподчиненных по разрядам рабочих эталонов. При этом от последнего рабочего эталона в этой цепочке размер единицы передают рабочему средству измерений.

Схема передачи размеров единиц от первичного эталона рабочим мерам и измерительным приборам представлена на рис. 5.1.

Задания к разделу 5 : Ответить на вопросы по своему варианту (номер варианта соответствует последней цифре номера зачетной книжки).

Средствами измерений называют применяемые при измерениях технические средства, имеющие нормированные метрологические свойства. В этом определении основную смысловую нагрузку, вскрывающую метрологическую суть средств измерений (СИ), несут слова «нормированные метрологические свойства». Наличие нормированных метрологических свойств означает, вопервых, что средство измерений способно хранить или воспроизводить единицу (или шкалу) измеряемой величины, и, во-вторых, размер этой единицы остается неизменным в течение определенного времени.

Если бы размер единицы был нестабильным, нельзя было бы гарантировать требуемую точность результата измерений.

Отсюда следуют три вывода:

Измерять можно лишь тогда, когда техническое средство, предназначенное для этой цели, способно хранить единицу, достаточно стабильную (неизменную во времени) по размеру;

Техническое средство непосредственно после изготовления еще не является средством измерения; оно становится таковым только после передачи ему единицы от другого, более точного средства измерений (эта операция называется калибровкой);

Необходимо периодически контролировать размер единицы, хранимый средством измерения, и при необходимости восстанавливать его прежнее значение путем проведения новой калибровки.

По назначению различают рабочие средства измерений , применяемые для проведения технических измерений, и метрологические, предназначенные для проведения метрологических измерений.

Метрологические средства измерений называются эталонами.

Так как измеряются свойства, общие в качественном отношении многим объектам или явлениям, то эти свойства в чем-то должны проявляться, как-то должны обнаруживаться. Технические устройства, предназначенные для обнаружения (индикации) физических свойств, называются индикаторами . Стрелка магнитного компаса, например, — индикатор напряженности магнитного поля; осветительная электрическая лампочка — индикатор электрического напряжения в сети; лакмусовая бумага — индикатор активности ионов водорода в растворах.

С помощью индикаторов устанавливается наличие измеряемой физической величины и может регистрироваться изменение ее размера. В этом отношении индикаторы играют ту же роль, что и органы чувств человека, но значительно расширяют их возможности. Человек, например, слышит в диапазоне частот от 16 Гц до 20 кГц, в то время как техническими средствами обнаруживаются звуковые колебания в диапазоне от инфранизких (доли герца) до ультравысоких (десятки и сотни килогерц) частот. Видят люди в узком оптическом диапазоне электромапштных волн, а инструментально регистрируются электромагнитные колебания от сверхнизкочастотных радиоволн с частотой, составляющей доли герца, до жесткого гамма-излучения с частотой порядка 1022 Гц. В то же время не создано еще технических устройств, которые могли бы соперничать с обонянием человека или животных.

Так как индикаторы должны обнаруживать проявление свойств окружающего мира, важнейшей их технической характеристикой является порог обнаружения (иногда его называют порогом чувствительности). Чем меньше порог обнаружения, тем более слабое проявление свойства регистрируется индикатором. Современные индикаторы обладают очень низкими порогами обнаружения, лежащими на уровне фоновых помех и собственных шумов аппаратуры. Последние имеют тепловую природу, поэтому для их снижения чувствительные элементы и электронные узлы особо чувствительных индикаторов охлаждают до температуры, близкой к абсолютному нулю. Селекцию (выделение) сигналов на фоне помех осуществляют с помощью специальных фильтров и накопителей. За счет этих и некоторых других мер порог чувствительности радиотелескопов, например, в сантиметровом диапазоне радиоволн доведен до 10-18 Вт.

Индикаторы являются средствами измерений по шкале порядка. Для измерения по шкале отношений необходимо сравнить неизвестный размер с известным и выразить первый через второй в кратном или дольном отношении. Если физическая величина известного размера есть в наличии, то она непосредственно используется для сравнения. Так, длину измеряют линейкой, плоский угол — транспортиром, массу с помощью гирь и весов, электрическое сопротивление — с помощью магазина сопротивлений. Если же физической величины известного размера в наличии нет, то сравнивается реакция (отклик) прибора на воздействие измеряемой величины с проявившейся ранее реакцией на воздействие той же величины, но известного размера. Так измеряют: силу электрического тока — амперметром, электрическое напряжение — вольтметром, скорость — спидометром, давление — манометром, термодинамическую температуру — термометром и т. д. При этом предполагается, что соотношение между откликами такое же, как и между сравниваемыми размерами. Для облегчения сравнения отклик на известное воздействие еще на стадии изготовления прибора фиксируют на шкале отсчетного устройства в выбранных единицах измерений, после чего разбивают шкалу на деления в кратном и дольном отношении. Эта процедура называется градуировкой. При измерениях она позволяет по положению указателя получать результат сравнения непосредственно на шкале отношений.

Все технические средства, предназначенные для измерений, называются средствами измерений .

Кроме индикаторов к ним относятся вещественные меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы, технические системы и устройства с измерительными функциями, стандартные образцы.

Вещественные меры предназначены для воспроизведения физической величины заданного размера, который характеризуется так называемым номинальным значением. При условии что указывается точность, с которой воспроизводится номинальное значение физической величины, гиря является мерой массы, конденсатор — мерой емкости, кварцевый генератор — мерой частоты электрических колебаний и т. д. Различают однозначные и многозначные меры, а также наборы мер. Например, гиря и измерительный конденсатор постоянной емкости — это однозначные меры, измерительная линейка и конденсатор переменной емкости — многозначные меры, а набор гирь и набор измерительных конденсаторов являются наборами мер. Измерения методом сравнения с мерой выполняют с помощью специальных технических устройств — компараторов. Компараторами служат равноплечие весы, измерительный мост и т. д. Иногда в качестве компаратора выступает человек.

Измерительные преобразователи — это средства измерений, перерабатывающие измерительную информацию в форму, удобную для дальнейшего преобразования, передачи, хранения, обработки, но, как правило, недоступную для непосредственного восприятия наблюдателем. Измерительные преобразователи получили очень широкое распространение. К ним относятся термопары, измерительные усилители, преобразователи давления и многие другие виды измерительных устройств. По месту, занимаемому в измерительной цепи, они делятся на первичные и промежуточные.

Конструктивно преобразователи являются либо отдельными блоками, либо составными частями средств измерений. Если преобразователи не входят в измерительную цепь, то они не относятся к измерительным. Таковы, например, операционный усилитель, делитель напряжения в цепи электропитания, силовой трансформатор и т. п.

Измерительный прибор представляет собой совокупность измерительных преобразователей, образующих измерительную цепь, и отсчетного устройства. В отличие от вещественной меры, прибор не воспроизводит известное значение физической величины. Измеряемая величина должна подводиться к нему и воздействовать на его первичный измерительный преобразователь.

Измерительные установки состоят из функционально объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, собранных в одном месте. В измерительных системах эти средства и устройства территориально разобщены и соединены каналами связи. Область науки и техники, включающая вопросы получения измерительной информации и передачи ее по каналам связи, называется телеметрией. И в установках, и в системах измерительная информация может быть представлена в форме, удобной как для непосредственного восприятия, так и для автоматической обработки, передачи и использования в автоматизированных системах управления. Технические системы и устройства с измерительными функциями наряду с их основными функциями, не имеющими отношения к измерениям, выполняют еще и измерительные функции.

Постараемся в этой статье компактно разобрать целый свод тем: метрологию, связанную с ней стандартизацию, государственные российские метрологические центры, а также средства измерения - их характеристики, виды, классификацию и использование. Начнем с самой общей вводной темы - науки, называемой метрологией.

Метрология: определения, цели, законы

Взаимосвязанные между собой понятия. Метрология (др.-греч. μέτρον + λόγος - "мера" + "наука") - наука о мерах и весах, а именно об измерении, его методах и средствах, помогающих обеспечить единство и точность измерений.

Основы метрологии предполагают следующие цели и задачи:

• разработка единой теории измерений;
• образование ряда ;
• разработка и последующая стандартизация средств и их точности, стремление к единообразию и унификации;
• выработка четких систем эталонов, образцов измерений, основой которых являются физические константы;
• изучение системы мер и весов в исторической ретроспективе.

Основных законов метрологии выделяют три:

1. Любое измерение - это сравнение.
2. Никакое измерение без априорных данных получить невозможно.
3. Итоги любого измерения без округления значений - всего лишь случайная величина.

Разделы метрологии

Наука подразделяется на несколько составляющих:

• Теоретическая. Основы метрологии зиждутся на теории. Этот раздел изучает наиболее общие проблемы количественных измерений, а также непосредственно разрабатывает теоретические догматы.
• Законодательная. Общественная наука, определяющая обязательные юридические и технические условия использования единиц, методов и средств измерения.
• Прикладная. Экспериментальный, практический раздел метрологии, вводящий разработки теоретической составляющей в жизнь, а также занимающийся метрологическим обеспечением.
• Историческая. Изучает единицы измерений прошлого, их прогрессию во времени, определяет их названия, а также соотношения с эталонами мер и весов современности.
• Специализированные направления. Сюда относят "специальную" метрологию - медицинскую, химическую, авиационную, биологическую (биометрию).

Стандартизация в метрологии

Метрология и стандартизация тесно связаны между собой. Стандартизация в этом аспекте - общие и частные правила метрологического обеспечения, сопровождающего производственный процесс. Объектами дисциплины будет все относящееся к изделию: нормативные документы с требованиями по качеству, нормами допусков, а также методами достижения эталонного результата. При этом выработанные стандарты могут применятся не только на конкретном предприятии, но и стать общеполезными.

Цели стандартизации в метрологии следующие:

• Определение основных характеристик качественной эталонной продукции, первым делом для этого стандартизируют комплектующие и исходный материал.
• Разработка определенных критериев к качеству получаемого изделия, при этом определяются средства метрологического контроля.
• Стремление к однородности выпускаемой продукции.
• Создание системы эталонов, обеспечение единства всех измерений на предприятии.

Метрология и стандартизация оперируют двумя основными документами:

• Стандарт - нормативно-технологический акт с определенными нормами, правилами и требованиями к производству и готовому продукту. Действующий стандарт - это утвержденный уполномоченной организацией.
• ТУ (технические условия) - ряд правил, норм и требований к конкретной разновидности изделия.

Масштаб стандартизации в метрологии:

• Международный. Международные центры стандартизации и метрологии создаются силами нескольких государств, объединенных торговлей, общими научными разработками, выстраиванием совместной обороны и пр.
• Государственный. Стандартизация в метрологии, осуществляемая государственными властями, которые также строят перспективы ее развития.
• Национальный. Опять же государственный масштаб, но без прямого вмешательства властных структур.

Главный российский центр стандартизации и метрологии - это ГСС (госсистема стандартизации). Этот комплекс объединяет все разработанные требования в одно целое, помогает стандартизировать производство и продукцию всех отечественных заводов и комбинатов.

Государственные центры метрологии и сертификации

Согласно ФЗ "Об обеспечении единства измерений" на государственном уровне управляет деятельностью по обеспечению унификации измерений Госстандарт РФ. В его ведении находится и ГМС - государственная метрологическая служба. Она включает в себя следующие составляющие:

• Отделения центрального аппарата Госстандарта РФ отвечают за планирование, управление и контроль за единством измерений на государственном межотраслевом уровне.
• ГНМЦ (государственные научные метрологические центры) - ответственны за разработку, хранение и применение стандартов-эталонов, а также за составление нормативной документации, обеспечивающей единство измерений.
• Подразделения ГМС масштаба субъектов РФ - осуществление метрологического контроля на конкретных территориях.

Центры эталонов в РФ

Главнейшим центром государственной метрологии считается ВНИИМС - Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы. Он осуществляет научное и методическое руководство всеми метрологическими службами, координирует их деятельность, а также занимается разработкой самых разнообразных (экономических, организационных, научных) основ метрологического обеспечения.

Помимо ВНИИМС важными центрами эталонов в РФ также будут:

• ВНИИМ. Здесь созданы и хранятся почти все эталоны Всемирной системы мер и весов, исключая образцы единиц частоты и времени. В институте сосредоточено более 50 % всех российских государственных эталонов.
• ВНИИФТРИ. Помимо эталона времени в этом институте находится образец магнитных, радиотехнических величин, единицы частоты, твердости, давления, ионизирующего излучения, низких температур и др.
• ВНИИОФИ. Измерения различных параметров лазеров, медицинские показатели, спектрометрия, оптические величины и др.
• СНИИМ. Эталоны электрических, магнитных, радиотехнических величин и др.

Деятельность центров метрологии

Основной вектор деятельности ГМС - обеспечение единства всех измерений в государстве. Также на ее доле ответственность за метрологическое сопровождение измерений в России, госконтроль в сфере метрологии. Направления работы ГМС - это еще:

• создание эталонов, государственных и вторичных;
• формирование систем транслирования или передачи параметров единиц ФБ рабочим СИ;
• госнадзор за изготовлением/применением/состоянием/ремонтом систем измерения;
• метрологическая экспертиза различных изделий;
• методическое сопровождение нижестоящих метрологических служб.

Функции Росстандарта

Росстандарт и метрология - это выполнение данным учреждением таковых функций:

• Координация работы по обеспечению единства измерений.
• Разработка правил создания, хранения, утверждения и эксплуатации эталонов величин.
• Метрологический госнадзор.
• Руководство ГМС и иными службами, ответственными за единство измерений.
• Утверждение эталонов и нормативных актов, обеспечивающих единство измерений.
• Признание технических устройств средствами измерения.
• Разработка и утверждение методов проведения измерений.
• Аккредитация центров, испытывающих СИ.
• Утверждение типов СИ.
• Ведение Госреестра СИ.
• Утверждение списков СИ, подлежащих поверке.
• Разработка процесса лицензирования физических и юридических лиц, изготавливающих, ремонтирующих, продающих или сдающих в прокат СИ.
• Планирование и организация различной метрологической деятельности и пр.

СИ - это...

Перейдем плотнее к метрологии и измерениям. - которыми проводятся измерения. Его характеризует то, что оно воспроизводит или хранит в себе единицу измерения какой-либо физической величины.

ФЗ РФ № 102 определяет СИ как средство, одно из предназначений которого - измерения. Отнести какое-либо устройство к средствам измерения в нашей стране может только Федеральное агентство по техрегулированию и метрологии.

Классификация СИ

Приведем самые распространенные классификации средств измерения в метрологии и измерениях:

• По измерительным параметрам для определения:
  • давления;
  • температуры;
  • количества;
  • уровня;
  • концентрации раствора и пр.
• По значимости измеряемого:
  • основные средства;
  • вспомогательные средства.
• По стандартизации СИ:
  • стандартизированные;
  • не относящиеся к стандартизированным.
• По положению в поверочной схеме:
  • эталоны;
  • рабочие СИ.
• По уровню автоматизации:
  • ручные;
  • автоматизированные;
  • автоматические.
• По техназначению:
  • мера физической величины - СИ, воспроизводящее или хранящее величину одного/нескольких размеров;
  • измерительный прибор - СИ, с помощью которого можно узнать значение измеряемого в определенном диапазоне;
  • - СИ, которое преобразует одну измеряемую величину в другую;
  • измерительная установка - комплекс, объединяющий в себе несколько измерительных преобразователей, приборов или мер, который располагается в определенной локации;
  • измерительная система - комплекс, который объединяет в себе несколько мер, приборов, установок и преобразователей, способный снимать измерения в разных частях объекта;
  • измерительно-вычислительный комплекс - система, объединяющая несколько СИ, ЭВМ, предназначенная для решения одной или нескольких измерительных комплексных задач.

Измерения: виды и методы

Измерением называется нахождение значения искомой величины опытным путем посредством СИ. Основных его методов два - непосредственной оценки и сравнения с мерой. Последний дополнительно подразделяется на дифференциальный, нулевой, метод совпадений и противопоставления. Относительно применяемых СИ различают органолептический, эвристический, экспертный и инструментальный метод.

Говоря о метрологии и измерениях, представим классификацию видов последних:

• По характеристике точности: равноточные и неравноточные. Или максимальной точности, контрольно-поверочные и технические.
• По способу получения данных: контактные и бесконтактные.
• По числу измерений: однократные и многократные.
• По типу изменения измеряемой величины: статические и динамические.
• По предназначению: метрологические и технические.
• По разновидности представления результата: относительные и абсолютные.
• По методам получения результативных данных: прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Области применения СИ

В заключение темы "Метрология, измерения, средства измерений" обозначим области применения СИ, продиктованные ФЗ № 102:

• охрана окружающей среды;
• охрана труда;
• госконтроль;
• области деятельности в оборонном комплексе;
• гидрометеорология;
• финансовые, налоговые, таможенные, банковские операции;
• спорт;
• безопасность дорожного движения;
• ветеринария;
• судебная система;
• электросвязь, почта;
• оценка соответствий;
• медицина;
• контроль на производстве;
• география, геодезия;
• расфасовка продукции;
• торговля;
• области атомной энергетики.

Стандарты и метрология имеют важнейшее значение как для научной, экспериментальной деятельности, так и для всех сфер жизни общества. Если без стандартизации в метрологии трудно представить производство, то средства измерений тем более стали неотъемлемой частью жизни человечества.

Виды средств измерений

Эталоны, их классификация и виды

Перспективы развития эталонов

1. Виды средств измерений

Для практического измерения единицы величины применяются технические средства, которые имеют нормированные погрешности и называются средствами измерений.

К средствам измерений относятся: меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки и системы, измерительные принадлежности.

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. Например, миллиметровая линейка дает возможность выразить длину предмета в сантиметрах и в миллиметрах.

Наборы и магазины представляют собой объединение (сочетание) однозначных или многозначных мер для получения возможности воспроизведения некоторых промежуточных или суммарных значений величины.

Набор мер представляет собой комплект однородных мер разного размера, что дает возможность применять их в нужных сочетаниях. Например, набор лабораторных гирь.

Магазин мер - сочетания мер, объединенных конструктивно в одно механическое целое, в котором предусмотрена возможность посредством ручных или автоматизированных переключателей, связанных с отсчетным устройством, соединять составляющие магазин меры в нужном сочетании. По такому принципу устроены магазины электрических сопротивлений.

К однозначным мерам относят стандартные образцы и стандартные вещества.

Стандартный образец - это должным образом оформленная проба вещества (материала), которая подвергается метрологической аттестации с целью установления количественного значения определенной характеристики. Эта характеристика (или свойство) является величиной с известным значением при установленных условиях внешней среды. К подобным образцам относятся, например, наборы минералов с конкретными значениями твердости (шкала Мооса) для определения этого параметра у различных минералов.

Стандартным образцом является образец чистого цинка, который служит для воспроизведения температуры 419,527 °С по международной температурной шкале МТШ-90.

При пользовании мерами следует учитывать номинальное и действительное значения мер, а также погрешность меры и ее разряд. Номинальным называют значение меры, указанное на ней.

Действительное значение меры должно быть указано в специальном свидетельстве как результат высокоточного измерения с использованием официального эталона.

Разность между номинальным и действительным значениями называется погрешностью меры. Величина, противоположная по знаку погрешности, представляет собой поправку к указанному на мере номинальному значению. Поскольку при аттестации (поверке) также могут быть погрешности, меры подразделяют на разряды (1-го, 2-го и т.д. разрядов) и называют разрядными эталонами (образцовые измерительные средства), которые используют для поверки измерительных средств. Величина погрешности меры служит основой для разделения мер на классы, что обычно применимо к мерам, употребляемым для технических измерений.

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. Например, преобразователь может быть необходим для передачи информации в память компьютера, для усиления напряжения и т.д. 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. Такие установки (системы) используют и для контроля (например, производственных процессов), что особенно актуально для метода статистического контроля, а также принципа TQM в управлении качеством.

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 регламентированный температуре; психрометр - если строго оговаривается влажность окружающей среды.

Следует учитывать, что измерительные принадлежности вносят определенные погрешности в результат измерений, связанные с погрешностью самого вспомогательного средства.

По метрологическому назначению средства измерений делят на два вида - рабочие средства измерений и эталоны.

Рабочие средства измерений применяют для определения параметров (характеристик) технических устройств, технологических процессов, окружающей среды и др. Рабочие средства могут быть лабораторными (для научных исследований), производственными (для обеспечения и контроля заданных характеристик технологических процессов), полевыми (для самолетов, автомобилей, судов и т.п.). Каждый из этих видов рабочих средств отличается особыми показателями. Так, лабораторные средства измерений - самые точные и чувстви­тельные, а их показания характеризуются высокой стабильностью. Про­изводственные обладают устойчивостью к воздействиям различных факторов производственного процесса: температуры, влажности, вибрации и т.п., что может сказаться на достоверности и точности показаний приборов. Полевые работают в условиях, постоянно изменяющихся в широких пре­делах внешних воздействий.

Особым средством измерений является эталон.

Для обнаружения физических свойств объектов без участия органов чувств человека используются специальные технические устройства - индикаторы . С их помощью устанавливается наличие измеряемой физической величины и регистрируется изменение ее размера. Например, стрелка магнитного компаса является индикатором магнитного поля, лакмусовая бумажка - индикатор активности ионов водорода в растворах. Индикаторы характеризуются порогом обнаружения (порогом чувствительности) . Чем меньше порог обнаружения, тем более слабое проявление свойства регистрируется индикатором.

Технические средства, предназначенное для измерений называются средствами измерений . Средства измерений включают в себя меры, эталоны, измерительные преобразователи, измерительные приборы и вспомогательные средства. Созданные на их основе сложные измерительные комплексы называются измерительными установками и измерительными системами. К числу средств измерения относятся также измерительно-вычислительные системы и комплексы

В приборах прямого действия измеряемая величина подвергается ряду последовательных преобразований в одном направлении. Они состоят из ряда блоков, предназначенных для преобразования измеряемой величины в более мощный сигнал, который может приводить в действие подвижные органы отсчетных устройств, проградуированных с помощью соответствующих мер. Такие приборы являются наиболее распространенными. К их числу относятся, например, амперметры, вольтметры, манометры и т.п.

Приборы сравнения основаны на использовании приема сравнения измеряемых величин с величинами, значения которых известны, Сравнение активных величин (несущих в себе некоторый запас энергии: сил, давлений, электрических напряжений и т.п.) производится с помощью компенсационных цепей, а сравнение пассивных величин (электрическое, гидравлическое и т.п. сопротивления) - с помощью мостовых цепей. Весьма часто пассивные величины предварительно преобразовываются в активные или наоборот. Приборы сравнения обладают более высокой точностью, чем приборы прямого действия.

По способу отсчета значений измеряемых величин приборы подразделяются на показывающие (в том числе на аналоговые и цифровые) и на регистрирующие. Среди показывающих приборов наибольшее распространение имеют аналоговые , отсчетные устройства которых состоят из двух элементов: шкалы, обычно соединенной с корпусом, и указателя, связанного с подвижной системой прибора. В цифровых приборах отсчет осуществляется с помощью механических, электронных или других отсчетных устройств, а выходная информация представляется в цифровом виде.

По способу записи измеряемой информации регистрирующие приборы делятся на самопишущие и печатающие. В самопишущих приборах запись показаний представляется в виде непрерывных графиков или диаграмм (например, барограф или шлейфовый осциллограф). В печатающих приборах выходная информация выдается в числовой форме на бумажных носителях.

К группе вспомогательных средств измерений относятся такие средства, которые влияют на метрологические свойства других средств измерений при их непосредственном применении по назначению или поверке. По показаниям вспомогательных средств измерений вычисляют поправки к результатам измерений основных величин. К вспомогательным средствам измерений могут быть отнесены, например, термометры, психрометры и т.п.

Когда для измерения какой-либо величины недостаточно одного измерительного прибора, создают комплексы расположенных в одном месте средств измерений, называемых измерительными установками, от которых сигнал измерительной информации представляется как и для измерительного прибора в форме, удобной для наблюдателя.

Измерительные системы - это также комплексы средств измерений, расположенных в одном месте, предназначенных для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной не только для одного наблюдателя, но и для автоматической обработки результатов измерений, передачи их на расстояние или использования в автоматических системах управления.

Отличием средства измерений от других технических устройств является то, что оно предназначено для получения измерительной информации) и имеет нормированные метрологические характеристики.

Метрологические характеристики средств измерений - характеристики свойств средств измерений, оказывающие влияние на результаты и погрешности измерений. Эти характеристики называют еще точностными характеристиками средств измерении. Информация о назначении и метрологических характеристиках приведена в документации на средства измерений (в государственном стандарте, в ТУ, в паспорте на средство измерения).

Характерной особенностью измерительной техники является широкое распространение измерительных процессов, в которых одновременно участвуют несколько средств измерений, измеряющих разные физические величины и основанных на разных принципах действия. Это вызывает необходимость нормировать метрологические характеристики различных средств измерений на единой, принципиальной основе.

По метрологическим характеристикам средств измерений решается ряд задач, важных для обеспечения единства измерений:

Определение погрешности результата измерений (одной из составляющих погрешности измерений является погрешность средств измерений),

Выбор средств измерений по точности по известным условиям их применения и требуемой точности измерений (эта задача является обратной по отношению к задаче определения погрешности измерений);

Сравнение средств измерений различных типов с учетом условий их применения;

Замена одного средства измерений на другое - аналогичное;

оценка погрешности сложных измерительных систем и др.

Нормированные метрологические характеристики выражают в форме, удобной для обоснованного решения перечисленных выше задач и одновременно достаточно простого осуществления их контроля при поверке или калибровке.

В практике применения средств измерений широко используется выражение - класс точности . Это характеристика зависит от способа выражения пределов допускаемых погрешностей средств измерений. Впервые "класс точности" был введен в тридцатые годы применительно к стрелочным приборам и определял основную погрешность средств измерений (погрешность средств измерений в нормальных условиях). Введение класса точности преследовало цель классификации средств измерений по точности. В настоящее время, когда схемы и конструкции средств измерений усложнились, а области применения средств измерений весьма расширились, на погрешность измерений стали существенно влиять и другие факторы. В частности, изменения внешних условий (температура окружающей среды, механические нагрузки на средства измерений и т.д.), а также характер изменения измеряемых величин во времени. Основная погрешность измерительных приборов перестала быть действительно основной составляющей погрешности измерений и класс точности не позволяет в полной мере решать практические задачи, перечисленные выше. Область практического применения характеристики "класс точности" ограничена только такими средствами измерений, которые предназначены для измерения статических величин. В международной практике "класс точности" устанавливается только для небольшой части приборов.

Требования к назначению, применению и обозначению "классов точности " регламентированы в ГОСТ 8.401-80 " Государственная система обеспечения единства измерений. Классы точности средств измерений. Общие требования ".

Метрологическое обеспечение средств измерений зависит от сферы их использования. Сферы распространения государственного метрологического контроля и надзора приведены в федеральном Законе "Об обеспечении единства измерений" (ст. 15).

В сферах распространения государственного метрологического контроля и надзора используемые типы средств измерений должны быть утверждены и включены в Государственный реестр средств измерений, который ведет Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы (ВНИИМС). На средство измерений утвержденного типа и на эксплуатационные документы наносится знак утверждения типа установленной формы и выдается сертификат. Средства измерений при эксплуатации должны подвергаться периодической поверке органами Государственной метрологической службы или аккредитованными метрологическими службами юридических лиц. На поверенное средство измерений наносится клеймо и выдается свидетельство установленной формы. Перечни средств измерений, подлежащих поверке, составляются метрологическими службами юридических лиц и направляются в органы Государственной метрологической службы. При осуществлении Государственного метрологического надзора контролируется правильность и полнота этих перечней, а также состояние и применение средств измерений.

Средства измерений, применяемые вне сферы распространения государственного метрологического контроля и надзора, калибруются метрологической службой предприятия по эталонам, соподчиненным государственным эталонам единиц величин. Метрологические службы юридических лиц могут быть аккредитованы на право проведения калибровочных работ органами Государственной метрологической службы в Российской системе калибровки (РСК). Порядок аккредитации на право выполнения калибровочных работ устанавливается Госстандартом России.

Требования к средствам измерений определены ст. 9 федерального закона "Об обеспечении единства измерений", которым предусмотрены следующие положения:

В сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений к применению допускаются средства измерений утвержденного типа, прошедшие поверку, а также обеспечивающие соблюдение обязательных метрологических требований к измерениям, а также обязательных метрологических и технических требований к средствам измерений. В состав обязательных требований к средствам измерений в необходимых случаях включаются также требования к их составным частям, программному обеспечению и условиям эксплуатации средств измерений. При применении средств измерений должны соблюдаться обязательные требования к условиям их эксплуатации.

Конструкция средств измерений должна обеспечивать ограничение доступа к определенным частям средств измерений (включая программное обеспечение) в целях предотвращения несанкционированных настройки и вмешательства, которые могут привести к искажениям результатов измерений.

Порядок отнесения технических средств к средствам измерений устанавливается федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии.

Для передачи размеров единиц от государственного эталона рабочим средствам измерений создана система эталонов, которые по точности подразделяются на разряды. Передача размеров единиц осуществляется путем поверки или калибровки средств измерений.

Поверка средств 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. Поверка средства измерений заключается в определении погрешностей средства измерений и в установлении его пригодности к применению. Проведение поверки позволяет установить, находятся ли метрологические характеристики средств измерений в заданных пределах.

Процедура поверки средств измерений регламентируется различными документами (государственными стандартами, инструкциями, методическими указаниями и др.), соблюдение требований которых обязательно.

Калибровка средств измерений - совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений характеристик и (или) пригодности к применению средств измерений, не подлежащих государственному метрологическому контролю и надзору.

Соподчинение Государственного эталона, вторичных, а также системы разрядных эталонов и рабочих средств измерений установлено государственной поверченной схемой.

Поверочная схема - утвержденный в установленном порядке документ, устанавливающий средства, методы и точность передачи размеров единиц от государственного эталона рабочим средствам измерений.

Поверочные схемы разделяют на государственные и локальные, Государственные поверочные схемы регламентируются государственными стандартами и распространяются на все средства измерений данного вида. Локальные поверочные схемы предназначены для метрологических служб Государственных органов управления и юридических лиц. Все локальные схемы должны соответствовать требованиям соподчиненности, которая определена государственной поверочной схемой.

Поверочные схемы состоят из чертежа и текстовой части. На чертеже указывают: наименование средств измерений, диапазоны значений физических величин, обозначения и значения погрешностей, наименования методов поверки. Текстовая часть состоит из вводной части и пояснений к элементам поверочной схемы.