Классификация средств измерений

Размещено на http://allbest.ru

Введение

Средства измерений: техническое средство, предназначенное для измерений (определение по 102-ФЗ от 26.06.2008г.); техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени (определение по РМГ 29-99).

метрологический физический измерительный погрешность

1. Классификация средств измерений

По техническому назначению:

· мера физической величины - средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью;

· измерительный прибор - средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне;

· измерительный преобразователь - техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи;

· измерительная установка (измерительная машина) - совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких физических величин и 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 и т.п. с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях;

· измерительно-вычислительный комплекс - функционально объединенная совокупность средств измерений, ЭВМ и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения в составе измерительной системы конкретной измерительной задачи.

По степени автоматизации:

· автоматические;

· автоматизированные;

· ручные.

По стандартизации средств измерений:

· стандартизированные;

· нестандартизированные.

По положению в поверочной схеме:

· эталоны;

· рабочие средства измерений.

По значимости измеряемой физической величины:

· основные средства измерений той физической величины, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей;

· вспомогательные средства измерений той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерений необходимо учитывать для получения результатов измерений требуемой точности.

2. Метрологические характеристики средств измерений

Метрологическими характеристиками, согласно ГОСТ 8.009-84, называются технические характеристики, описывающие эти свойства и оказывающие влияние на результаты и на погрешности измерений, предназначенные для оценки технического уровня и качества средства измерений, для определения результатов измерений и расчетной оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности измерений.

Характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называются нормируемыми, а определяемые экспериментально -- действительными.

Ниже приведена номенклатура метрологических характеристик:

· Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправок):

- Функция преобразования измерительного преобразователя, а также измерительного прибора с неименованной шкалой;

- Значение однозначной меры;

- Цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры;

- Вид выходного кода для цифровых средств измерений;

· Характеристики погрешностей средств измерений;

· Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам;

· Динамические погрешности средств измерений (переходная характеристика, АЧХ, АФХ и т.д.).

3. Метрологические свойства средств измерений

Метрологические свойства СИ -- это свойства, влияющие на результат измерений и его погрешность. Показатели метрологических свойств являются их количественной характеристикой и называются метрологическими характеристиками. Метрологические характеристики, устанавливаемые НД, называют нормируемыми метрологическими характеристиками. Все метрологические свойства СИ можно разделить на две группы:

· свойства, определяющие область применения СИ;

· свойства, определяющие точность (правильность и прецизионность) результатов измерения.

К основным метрологическим характеристикам, определяющим область применения СИ, относятся диапазон измерений и порог чувствительности. Диапазон измерений -- область значений величины, в пределах которых нормированы допускаемые пределы погрешности. Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу или сверху (слева и справа), называют соответственно нижним или верхним пределом измерений. Порог чувствительности -- наименьшее изменение измеряемой величины, которое вызывает заметное изменение выходного сигнала. Например, если порог чувствительности весов равен 10 мг, то это означает, что заметное перемещение стрелки весов достигается при таком малом изменении массы, как 10 мг. К метрологическим свойствам второй группы относятся два главных свойства точности: правильность и прецизионность результатов. Точность измерений СИ определяется их погрешностью. Погрешность средства измерений -- это разность между показаниями СИ и истинным (действительным) значением измеряемой величины. Поскольку истинное значение физической величины неизвестно, то на практике пользуются ее действительным значением. Для рабочего СИ за действительное значение принимают показания рабочего эталона низшего разряда (допустим, 4-го), для эталона 4-го разряда, в свою очередь, -- значение величины, полученное с помощью рабочего эталона 3-го разряда. Таким образом, за базу для сравнения принимают значение СИ, которое является в поверочной схеме вышестоящим по отношению к подчиненному СИ, подлежащему поверке.

Погрешности СИ могут быть классифицированы по ряду признаков, в частности:

· по способу выражения -- абсолютные, относительные;

· по характеру проявления -- систематические, случайные;

· по отношению к условиям применения -- основные, дополнительные.

Наибольшее распространение получили метрологические свойства, связанные с абсолютными и относительными погрешностями. Систематическая погрешность -- составляющая погрешности результата измерения, остающаяся постоянной (или же закономерно изменяющейся) при повторных измерениях одной и той же величины. Ее примером может быть погрешность градуировки, в частности погрешность показаний прибора с круговой шкалой и стрелкой, если ось последней смещена на некоторую величину относительно центра шкалы. Если эта погрешность известна, то ее исключают из результатов разными способами, в частности введением поправок. При химическом анализе систематическая погрешность проявляется в случаях, когда метод измерений не позволяет полностью выделить элемент или когда наличие одного элемента мешает определению другого. Величина систематической погрешности определяет такое метрологическое свойство, как правильность измерений СИ.

Случайная погрешность -- составляющая погрешности результата измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) в серии повторных измерений одного и того же размера величины с одинаковой тщательностью. В появлении этого вида погрешности не наблюдается какой-либо закономерности. Они неизбежны и неустранимы, всегда присутствуют в результатах измерения. При многократном и достаточно точном измерении они порождают рассеяние результатов.

Характеристиками рассеяния являются средняя арифметическая погрешность, средняя квадратическая погрешность, размах результатов измерений. Поскольку рассеяние носит вероятностный характер, то при указании на значения случайной погрешности задают вероятность.

Оценка погрешности измерений СИ, используемых для определения показателей качества товаров, определяется спецификой применения последних. Например, погрешность измерения цветового тона керамических плиток для внутренней отделки жилища должна быть по крайней мере на порядок ниже, чем погрешность измерения аналогичного показателя серийно выпускаемых картин, сделанных цветной фотопечатью. Дело в том, что разнотонность двух наклеенных рядом на стену кафельных плиток будет бросаться в глаза, тогда как разнотонность отдельных экземпляров одной картины заметно не проявится, так как они используются разрозненно.

Номенклатура нормируемых метрологических характеристик СИ определяется назначением, условиями эксплуатации и многими другими факторами. У СИ, применяемых для высокоточных измерений, нормируется до десятка и более метрологических характеристик в стандартах технических требований (технических условий) и ТУ. Нормы на основные метрологические характеристики приводятся в эксплуатационной документации на СИ. Учет всех нормируемых характеристик необходим при измерениях высокой точности и в метрологической практике. В повседневной производственной практике широко пользуются обобщенной характеристикой -- классом точности.

Класс точности СИ -- обобщенная характеристика, выражаемая пределами допускаемых (основной и дополнительной) погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность. Классы точности конкретного типа СИ устанавливают в НД. При этом для каждого класса точности устанавливают конкретные требования к метрологическим характеристикам, в совокупности отражающим уровень точности СИ данного класса. Классы точности присваиваются средствам измерений при их разработке (по результатам приемочных испытаний). В связи с тем что при эксплуатации их метрологические характеристики обычно ухудшаются, допускается понижать класс точности по результатам поверки (калибровки). Таким образом, класс точности позволяет судить о том, в каких пределах находится погрешность измерений этого класса. Это важно знать при выборе СИ в зависимости от заданной точности измерений.

4. Классы точности средств измерений

Единые правила установления пределов допускаемых погрешностей показаний по классам точности средств измерений регламентирует ГОСТ 8.401-80.

Класс точности средств измерений - обобщенная характеристика средств измерений, определяемая пределами допускаемых основной и дополнительной погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющими на их точность, значения которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений. Классы точности присваиваются средствам измерений при их разработке с учетом результатов государственных приемочных испытаний. Класс точности хотя и характеризует совокупность метрологических свойств данного средства измерений, однако не определяет однозначно точность измерений, так как последняя зависит от метода измерений и условий их выполнения.

Средствам измерений с двумя или более диапазонами измерений одной и той же физической величены допускается присваивать два или более класса точности. Средствам измерений, предназначенным для измерений двух или более физических величин, допускается присваивать различные классы точности для каждой измеряемой величины. С целью ограничения номенклатуры средтсв измерений по точности для СИ конкретного вида устанавливают ограниченное число классов точности, определяемое технико-экономическими обоснованиями.

Классы точности цифровых измерительных приборов со встроенными вычислительными устройствами для дополнительной обработки результатов измерений устанавливают без учета режима обработки.

5. Способы нормирования и формы выражения метрологических характеристик

Пределы допускаемых основной и дополнительных погрешностей следует выражать в форме приведенных, относительных или абсолютных погрешностей в зависимости от характера изменения погрешностей в пределах диапазона измерений, а также от условий применения и назначения средств измерений конкретного вида. Пределы допускаемой дополнительной погрешности допускается выражать в форме, отличной от формы выражения пределов допускаемой основной погрешности.

Пределы допускаемой основной погрешности устанавливают в последовательности, приведенной ниже:

· Устанавливаются пределы допускаемой абсолютной погрешности по формуле:

Д = ± а

или

Д = ± (а + b·x)

где Д - пределы допускаемой абсолютной основной погрешности (в единицах измеряемой величины или условно в делениях шкалы) х - значение измеряемой величины, а, b - положительные числа, не зависящие от х.

· Устанавливаются пределы допускаемой приведенной основной погрешности по формуле:

г = Д / Хn = ± p

где г - пределы допускаемой приведенной основной погрешности в %, Д - пределы допускаемой абсолютной погрешности, p - положительное число, выбираемое из ряда 1·10ⁿ, 1,5·10ⁿ, (1,6·10ⁿ), 2·10ⁿ, 2,5·10ⁿ, (3·10ⁿ), 4·10ⁿ, 5·10ⁿ, 6·10ⁿ (n = 1, 0, -1, -2 и т.д.) не устанавливается для вновь разрабатываемых средств измерений, для средств измерений конкретного типа допускается устанавливать не более пяти различных пределов допускаемой основной погрешности при одном и том же значении степени n.

· Устанавливается нормируещее занчение Хn

· Для средств измерений с равномерной, практически равномерной или степенной шкалой, а также для измерительных преобразователей, если нулевое значение измеряемого параметра находся на краю или вне диапазона измерений нормирующее значение устанавливается равным большему из пределов измерений. Для средств измерений, нулевое значение измеряемого параметра которых находится внутри диапазона измерений, нормирующее значение устанавливается раним большему из модулей пределов измерений.

· Для электроизмерительных приборов с равномерной, практически равномерной или степенной шкалой и нулевой отметкой внутри диапазона измерений нормирующее значение допускается устанавливать равным сумме модулей пределов измерений.

· Для средств измерений физической величины, для которых принята шкала с условным нулем, нормирующее значение устанавливают равным модулю разности пределов измереинй.

· Для средств измерений с установленным номинальным значением нормирующее значение устанавливают равным этому номинальному значению.

· Для измерительных приборов с существенно неравномерной шкалой нормирующее значение устанавливают равным всей длине шкалы или её части, соответствующей диапазону измерений. В этом случае пределы абсолюной погрешности выражают, как и длину шкалы, в единицах длины.

· Устанавливаются пределы допускаемой относительной основной погрешности по формуле:

д = Д / х = ± [c + d·(|х_к / х| - 1)] =< ± q

с = b + d;

d = a / |х_к|

д - пределы допускаемой относительной основной погрешности в %, Д - пределы допускаемой абсолютной основной погрешности (в единицах измеряемой величины или условно в делениях шкалы) х - значение измеряемой величины, х_к - наибольший (по модулю) из пределов измерений, а, b - положительные числа, не зависящие от х. q, c, d - положительное число, выбираемое из ряда 1·10ⁿ, 1,5·10ⁿ, (1,6·10ⁿ), 2·10ⁿ, 2,5·10ⁿ, (3·10ⁿ), 4·10ⁿ, 5·10ⁿ, 6·10ⁿ (n = 1, 0, -1, -2 и т.д.) не устанавливается для вновь разрабатываемых средств измерений, для средств измерений конкретного типа допускается устанавливать не более пяти различных пределов допускаемой основной погрешности при одном и том же значении степени n. В обоснованных случаях пределы допускаемой относительной оснвоной погрешности устанавливают по более сложной формуле или в виде графика либо таблицы. В стандартах или технических условиях на средтсва измерений должно быть установлено минимальное значение х, начиная от которого применим принятый способ выражения пределов допускаемой относительной погрешности. Соотношение между числами с и d устанавливаются в стандартах на средства измерений конкретного вида.

· Пределы допускаемых дополнительных погрешностей устанавливают одним из следующих способов:

· в виде постоянного значения для всей рабочей области влияю-щей величины или в виде постоянных значений по интервалам рабочей области влияющей величины;

· путем указания отношения предела допускаемой дополнительной погрешности, соответствующего регламентированному интервалу влияющей величины, к этому интервалу;

· путем указания зависимости предела допускаемой дополнительной погрешности от влияющей величины (предельной функции влияния);

· путем указания функциональной зависимости пределов допускаемых отклонений от номинальной функции влияния.

· Для различных условий эксплуатации средств измерений в рамках одного и того же класса точности допускается устанавливать различные рабочие области влияющих величин. Предел допускаемой вариации выходного сигнала следует устанавливать в виде дольного (кратного) значения предела допускаемой основной погрешности или в делениях шкалы. Пределы допускаемой нестабильности, как правило, устанавливают в виде доли предела допускаемой основной погрешности. Пределы допускаемых погрешностей должны быть выражены не более чем двумя значащими цифрами, причем погрешность округления при вычислении пределов должна быть не более 5%.

Обозначение классов точности средств измерений в документации

· Для средств измерений пределы допускаемой основной погрешности которых принято выражать в форме абсолютных погрешностей или относительных погрешностей, причем последние установлены в виде графика, таблицы или формулы, классы точности в документации обозначаются прописными буквами латинского алфавита или римскими цифрами.

· В необходимых случаях к обозначению класса точности буквами латинского алфавита добавляют индексы в виде арабской цифры. Классам точности, которым соответствуют меньшие пределы допускаемых погрешностей, соответствуют буквы, находящиеся ближе к началу алфавита, или цифры, означающие меньшие числа.

· Для средств измерений, пределы допускаемой основной погрешности которых принято выражать в форме приведенной погрешности или относительной погрешности в соответствии с формулой д = Д / х = ± q, классы точности в документации следует обозначаются числами, которые равны этим пределам погрешности, выраженными в процентах. Обозначение класса точности таким образом, дает непосредственное указание на предел допускаемой основной погрешности.

· Для средств измерений, пределы допускаемой основной погрешности которых принято выражать в форме относительных погрешностей в соответствии с формулой д = ± [c + d·(|х_к / х| - 1)], классы точности в документации обозначаются числами с и d, разделенных косой чертой.

В документации на средства измерений допускается обозначать классы точности так же, как на средтсвах измерений. В эксплуатационной документации на средство измерений конкретного вида, содержащей обозначение класса точности, содержится ссылка на стандарт или технические условия, в которых установлен класс точности этого средства измерений.

6. Обозначение классов точности на средствах измерений

Условные обозначения классов точности наносятся на циферблаты, щитки и корпуса средств измерений. При указании классов точности на измерительных приборах с существенно неравномерной шкалой, для информации, дополнительно указываются пределы допускаемой основной относительной погрешности для части шкалы, лежащей в пределах, отмеченных специальными знаками (например точками или треугольниками). К значению предела допускаемой относительной погрешности в этом случае добавляют знак процента и помещают в кружок. Обращаем ваше внимание на то, что этот знак не является обозначением класса точности. Обозначение класса точности допускается не наносить на высокоточные меры, а также на средства измерений, для которых действующими стандартами установлены особые внешние признаки, зависящие от класса точности, например параллелепипедная и шестигранная форма гирь общего назначения. За исключением технически обоснованных случаев, вместе с условным обозначением класса точности на циферблат, щиток или корпус средств измерений наносится обозначение стандарта или технических условий, устанавливающих технические требования к этим средствам измерений. На средства измерений, для одного и того же класса точности которых в зависимости от условий эксплуатации установлены различные рабочие области влияющих величин, наносятся обозначения условий их эксплуатации, предусмотренные в стандартах или технических условиях на эти средства измерений.

Утверждение типа средства измерений - решение, выносимое органом государственной метрологической службы, свидетельствующее о соответствии средств измерений установленным требованиям и о пригодности его применения в сферах распространения государственного метрологического контроля и надзора.

Утверждение типа СИ является видом государственного метрологического контроля и проводится в целях обеспечения единства измерений в стране. Все средства измерений, применяемые в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, подлежат обязательному утверждению. При утверждении типа средств измерений, устанавливаются показатели точности, а так же интервал и методика проведения поверки средств измерений данного типа. Решение об утверждении типа принимает Федеральное агенство по техническому регулированию и метрологии (Ростехрегулирование) на основании положительных результатов испытаний для целей утверждения типа.

Государственные центры испытаний средств измерений (ГЦИ СИ) - государственные научные метрологические центры, аккредитованные Госстандартом России с признанием их полномочий в области проведения работ, связанных с испытаниями средств измерений.

Государственный реестр средств измерений (Госреестр СИ) предназначен для регистрации средств измерений, типы которых утверждены Ростехрегулированием (бывший Госстандарт России) и которые могут применяться в сферах государственного метрологического контроля и надзора РФ.

Государственный реестр СИ состоит из следующих разделов:

· средства измерений, типы которых утверждены Ростехрегулированием;

· сертификаты об утверждении типа средств измерений;

· средства измерений военного назначения, типы которых утверждены Ростехрегулированием;

· единичные экземпляры средства измерений, типы которых утверждены Ростехрегулированием;

· государственные центры испытаний средств измерений, аккредитованные Ростехрегулированием.

Цели ведения Госреестра СИ:

· учет средств измерений утвержденных типов и создания централизованных фондов информационных данных о средствах измерений, допущенных к производству, выпуску в обращение и применению в Российской Федерации;

· регистрация аккредитованных государственных центров испытаний средств измерений;

· учет выданных сертификатов об утверждении типа средств измерений и аттестатов аккредитованных государственных центров испытаний средств измерений;

· учет типовых программ испытаний средств измерений для целей утверждения типа;

· организация информационного обслуживания заинтересованных юридических и физических лиц, в том числе национальных метрологических служб стран, принимающих участие в сотрудничестве по взаимному признанию результатов испытаний и утверждения типа средств измерений.

Размещено на Allbest.ru