Объекты и методы измерений, виды контроля

3.1 Измеряемые величины

 

Измеряемые являются инструментом познания объектов и окружающего и явле-

ний окружающего мира. Объектами измерений являются объекты и процессы

окружающего мира.

 

Вся современная физики может быть построена на семи основных величинах,

которые характеризуют фундаментальные свойства материального мира. К ним

относятся: длина, масса, время, сила электрического тока, термодинамическая

температура,количество вещества и сила света. С помощью этих двух допол-

нительных величин – плоского и телесного углов – введённых исключительно

для удобства, образуется всё многообразие производных физических величин и

обеспечивается описание свойств физических объектов и явлений.

 

В качестве примера можно указать следующие области и виды измерений:

 

1. Измерения геометрических величин: длин; отклонений формы поверхностей

параметров сложных поверхностей; углов.

2. Измерения механических величин: массы; силы; крутящих моментоа, напря –

жжений и деформаций; параметров движения; твёрдости.

3. Измерения параметров потока, расхода, уровня, объёма веществ: массового и

объёмного расхода жидкостей в трубопроводах; расхода газов; вместимости;

параметров открытых потоков; уровня жидкости.

 

4. Измерения давлений, вакуумные измерения: избыточного давления; абсо –

лютного давления; переменного давления; вакуума.

 

5. Физико- химичесике измерения: вязкости; плотности; содержания (концен –

трации) компонентов в твёрдых, жидких и газообразных веществ; влажно –

сти газов, твёрдых веществ; электрохимические измерения.

 

6. Теплофизические и температурные измерения: температуры; теплофизичес –

ких величин.

 

7. Измерения времени и частоты: методы и средства воспроизведения и хране –

ния единиц и шкал времени и частоты; измерения интервалов времени; изме-

рения частоты периодических процессов; методы и средства передачи разме-

ров единиц времени и частоты.

 

8. Измеренияэлектрических и магнитных величин на постоянном и перемен –

ном токе: силы тока, количества, электродвижущей силы, напряжения, мощ –

ности и энергии, угла сдвига фаз; электрического сопротивления, проводи –

мости, ёмкости, индуктивности и добротности электрических целей; пара –

метров магнитных полей; магнитных характеристик материалов.

 

 

9. Радиоэлектронные измерения: интенсивности сигналов; параметров формы и

спектра сигналов; параметров трактов с сосредоточенными и распределены –

ми постоянными; свойств и материалов радиотехническими методами; анте –

нные.

 

10. Измерения акустических величин: акустические – в воздушной среде и в га-

зах; акустические – в водной среде; акустические – в твёрдых телах; аудио -

метрия и измерения уровня шума.

 

11. Оптические и оптико – физические измерения: световые, измерения оптиче-

ских свойств материалов в видимой области спектра; энергетических папаме-

тров пространственного распределения энергии и мощности непрерывного и

импульсного лазерного и квазимонохроматического излучения; спектраль –

ных, частотных характеристик, поляризации лазерного излучения; папаме –

тров оптических элементов, оптических характеристик материалов; характе-

ристик фотоматериалов и оптической плотности.

 

12. Измерения ионизирующих излучений и ядерных констант: дозиметрических

характеристик ионизирующих излучений; спектральных характеристик ои –

низирующих излучений; активности радиометрических характеристик оини-

зирующих излучений.

 

В квалиметрии (разделе метрологии), посвящённой измерению качества, не при-

нято деление показателей качества на основные и производные. Здесь выделяя –

ются единичные и комплексные показатели качества. При этом единичные отно-

сятся к одному из свойств продукции, а комплексные характеризуют сразу не-

сколько из свойств.

 

Размерность измеряемой величины является качественной её характеристи –

кой и обозначается символом dim, происходящим от слова dimension. Размер –

ность основных физических величин обозначается соответствующими заглавны-

ми буквами. Например, для длины, массы и времени dim l = L; dim m = M;

dim t = T.

 

При определении размерности производных величин руководствуются следую –

щими правилами:

 

1. Размерности левой и правой частей уравнений не могут не совпадать, так как

сравниваться между собой могут только одинаковые свойства. Объединяя ле-

вые и правы е части уравнений, можно прийти к выводу, что алгебраически

суммироваться могут только величины, имеющие одинаковые размерности.

 

2. Алгебра размерностей мультипликативна, то естьсостоит из одного- единстве-

нного действия - умножения.

 

o Размерность произведения нескольких величин равна произведению их

размерностей. Так, если зависимость между значениями величин Q, A, B,

С имеет вид Q = A* B*C, то dim Q = dim A* dimB * dimC.

 

o Размерность частного при делении одной величины на другую равна отношению их размерностей, то есть если Q = A/B, то dim Q = dim A/dim В.

o Размерность любой величины, возведённой в некоторую степень, равна

такой же степени её размерности. Так, как если n

Q = A, то

N n

dim Q = П dim A = dim A.

Например, если скорость определят по формуле V = l/ t, то dim V = dim l /

-1

/ dim t = L /T = LT. Если сила по второму закону Ньютона F = ma, где а =

2 -2

= V / t – ускорение тела, то dim F = dim m dim a = ML / T = MLT.

 

Таким образом, всегда можно выразить размерность производной физической

величины через размерности основныхфизиеских величин с помощью степенно-

го одночлена: a в v

dim Q = L M T …., где L, M, T, … - размерности соответствую-

щих основных физических величин; a, В, v, … - показатели размерности

Каждый из показателей размерности может быть положительным или отрица –

тельным, целым или дробным числом, нулём. Если все показатели размерности

равны нулю, то такая величина называется безразмерной. Она может быть от –

носительной, определяемой как отношение одноимённых величин (например,

относительная диэлектрическая проницаемость), и логарифмической, определя –

емой как логарифм относительной величины (например, логарифм отноше-

ния мощностей или напряжений). В гуманитарных науках, искусстве, спорте,

квалиметрии, где номенклатура основных величин не определена, теория разме-

рностей не находит пока эффективного применения.

 

Размер измеряемой величины является количественной её характеристикой.

Получение информации о размере физической величины является содержанием

любого измерения.

 

В теории измерений принято, в основном, различать пят типов шкал: наимено –

ваний, порядка, разностей (интервалов), отношений и абсолютные.

 

Шкалы наименований характеризуются только отношением эквивалентности

( равенства). Примером такой шкалы является распространённая классификация

(оценка) цвета по наименованиям (атласы цветов до 1000 наименований).

 

Шкалы порядка – это расположенные в порядке возрастания или убывания раз-

меры измеряемой величины. Расстановка размеров в порядке их возрастания,

или убывания с целью получения измерительной информации по шкале поря -

дка некоторые точки на ней можно зафиксировать в качестве опорных (реперн –

ых). Недостатком реперных шкал является неопределённость интервалов между

реперными точками. Поэтому баллы нельзя складывать, вычислять, перемножа-

ть,делить и т.п. Примерами таких шкал являются: знания студентов по баллам,

землетрясения по 12-бальной системе, сила ветра по шкале Бофорта, чувствите –

льность плёнок, твердость по шкале Мооса и т.д.

 

Шкалы разностей (интервалов) отличаются от шкал порядка тем, что по шкале

интервалрв можно уже судить не только о том, что размер больше другого, но и

на сколько больше. По шкале интервалов возможны такие математические дей –

ствия, как сложение и вычитание. Характерным примером является шкала ни –

тервалов времени, поскольку интервалы времени можно суммировать или вычи-

тать, но складывать, например, даты каких – либо событий не имеет смысла.

 

Шкалы отношений описывают свойства, к множеству самых количественных

проявлений которых применимы отношения эквивалентности, порядка и сумми-

рования, а следовательно, вычитания и умножения. В шкале отношений сущест-

вует нулевое значение показателя свойства. Примером является шкала длин.

Любое измерение по шкале отношений заключается в сравнении неизвестного

размера с известным и выражении первого через второй в кратном или дольном

отношении.

 

Абсолютные шкалы обладают всеми признаками шкал отношений, но в них до –

полнительно существует естественное однозначное определение единицы изме-

рения. Такие шкалы соответствуют относительным величинам (отношения од –

ноимённых физических величин, описываемых шкалами отношений). К таким

величинам относятся коэффициент усиления, ослабления и т п. Среди этих

шкал существуют шкалы, значения которых находятся в пределах от 0 до 1 (ко-

эффициент полезного действия, отражения и т. п.).

 

Измерение (сравнение неизвестного с известным) происходит под влиянием

множества случайных и неслучайных, аддитивных (прибавляемых) и мульти –

пликативных (умножаемых) факторов, точный учёт которых невозможен, а ре –

зультат совместного воздействия непредскозуем.

 

Основной постулат метрологии – отсчёт – является случайным числом.

 

Математическая модель измерения по шкале сравнения имеет вид

Q + V

q = ------------ + U,

h [Q]

где q – результат измерения (числовое значение величины Q); Q – значение из –

меряемой величины; [Q] – единица данной физической величины; V - масса

тары (например, при взвешивании); U – слагаемая от аддитивного воздействия

Q = q [Q] – U [Q] – V.

При однократном измерении

Q i = qi [Q] + y I,

 

где qi [Q] – результат измерения (однократного);

y I = -U` [Q] – V – суммарная поправка.

 

Значение измеряемой величины при многократном измерении

_ 1 n

Qn = -- E Q i.

n i = 1 11

 

 

3.2 Международная система единиц физических величин

Когерентная, или согласованная Международная система единиц физических

величин (СИ, SI) принята в 1960 г. XI Генеральной конференцией по мерам и

весам. По этой системе предусмотрено семь основных единиц (метр, килогра –

мм, секунда, ампер, кельвин, кандела и моль) и две дополнительные (для пло –

ского угла радиан и для телесного угла – стерадиан). Все остальные физические

величины могут быть полечены как производные основных. Основные и допол-

нительные единицы системы SI приведены в таблице.

 

В качестве эталона единицы длины утверждён метр, который равен длине пути,

проходимого светом в вакууме за 1/299.792.458 долю секунды.

 

Основные и дополнительные единицы системы SI

Величина	Единица
наименование	размерность	наименование	обозначение
международное	русское
Основные
Длина	L	Метр	m	м
Масса	М	Килограмм	kg	кг
Время	Т	Секунда	s	с
Сила электри – ческого тока	I	Ампер	А	А
Термодинамиче- ская температура	y	Кельвин	К	К
Котичество ве – щества	N	Моль	mol	моль
Сила света	J	Кандела	cd	кд
Дополнительные
Плоский угол		Радиан	rad	рад
Телесный угол		Стерадиан	cr	ср

 

 

Эталон единицы массы – миллиграмм - представляет собой цилиндр из сплава

платины (90 %) и иридия (10 %), у которого диаметр и высота примерно одина –

ковы (около 30 мм).

 

За единицу времени принята секунда, равная 9.192.631.770 периодам излучения,

соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного

состояния атома цезия-133.

 

 

 

Эталоном единицы силы тока принят ампер – сила не неизменяющегося во вре-

мени электрического тока, который, протекая в вакууме по двум параллейным

прямолинейным проводникам бесконечность длины и ничтожно малой площа –

ди круглого поперечного сечения, расположенным один от друга на расстоянии

1 М, создаёт на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия

-7

2 10 Н.

Единицей термодинамической температуры является кельвин, составляющий

1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды.

 

За эталон количества вещества принят моль – количества вещества системы, со -

держащий столько же структурных элементов частиц, сколько атомов содержит-

ся в 12 г углерода -12(1моль углерода имеет массу 2 г, 1 моль кислорода – 32 г,

а 1 моль воды – 18 г).

 

Эталон единицы силы света – кандела – представляет собой силу света в задан –

ном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение чес –

тотой 540 * 10 Гц, энергетическая сила которого в этом направлении составляет

1/683 Вт/ср.

 

Радиан равен углу между двумя радиусами окружности, дуга между которыми

по длине равна радиусу.

 

Стерадиан равен телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на

поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, по длине

равной радиусу сферы.

 

 

3.3 Виды и методы измерения

Измерение – с овокупность операций по применению системы измерений для

получения значения измеряемой физической величины.

 

Можно выделить следующие виды измерений.

 

1. По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения

методы измерений подразделяются на:

o статические, при которых измеряемая величина остаётся постоянной

во времени;

o динамические, в процессе которых измеряемая величина изменяется и

является непостоянной во времени.

Статическими измерениями являются, например, измерения размеров тела, по-

стоянного давления; динамическими – измерения пульсирующих давлений,ви-

браций.

2. По способу получения результатов измерений (виду уравнения измерений)

методы измерений разделяют на прямые, косвенные, совокупные и совмест –

ные.

o При прямом измерении искомое значение величины находят непосред-

ственно из опытных данных, например, измерение угла угломером или

измерение диаметра штангенциркулем.

 

o При косвенном измерении искомое значение величины пределяют на

основании известной зависимости между этой величиной и величинами,

подвергаемыми прямым измерениям, например определение среднего

диаметра резьбы с помощью трёх проволочек или угла с помощью сину-

сной линейки.

 

o Совместными называются измерения, производимые одновременно

(прямые или косвенные) двух или нескольких неодноимённых величин.

Целью совместных измерений является нахождение функциональной за-

висимости между величинами, например зависимости длины тела от те –

мпературы, зависимости электрического сопротивления проводника от

давления и т.п.

 

o Совокупные – это такие измерения, в которых значения измеряемых ве-

личин находят по данным повторных измерений одной или нескольких

одноимённых величин при различных сочетаниях мер или этих величин.

Результаты совокупных измерений находят путем решения системы ура-

внений, составляемых по результатам нескольких прямых измерений.

Например, совокупными являются измерения, при которых массы отде –

льных гирь набора находят по известной массе одной из них и по резу –

льтатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь.

 

3. По условиям, определяющим точность результата измерения, методы делятся

на три класса.

 

 

o Измерения максимально возможной точности, достижимой при су -

ществующем уровне техники. К ним относятся в первую очередь эта –

лонные измерения, связанные с максимально возможной точностью во –

зможной точностью воспроизведения установленных единиц физичес –

ких величин, и, кроме того, измерения физических констант, прежде вс-

его универсальных (например, абсолютного значения свободного паде –

ния и др.).

 

К этому же классу относятся и некоторые специальные измерения, требующие

высокой точности.

o Контрольно-поверочные измерения, погрешность которых с определё-

нной вероятностью не должна превышать некоторое заданное значение.

К ним относятся измерения, выполняемые лабораториями государствен –

ного надзора за внедрением и соблюдением стандартов и состоянием из-

мерительной техники и заводскими измерительными лабораториями с

погрешностью заранее заданного значения.

 

o Технические измерения, в которых погрешность результата определяет

ся характеристиками средств измерений. Примерами технических изме –

рений являются, выполняемые в процессе производства на машиностро –

ительных предприятиях, на щитах распределительных устройств электр –

ических станций и др.

 

4. По способу выражения результатов измерений различают абсолютные и от -

носительные измерения.

 

o Абсолютное измерение основано на прямых измерениях величины и

(или) использовании значений физических констант, например, измере-

ние размеров деталей штангенциркулем или микрометром.

 

o При относительных измерениях величину сравнивают с одноимённой

играющей ролью единицы или принятой за исходную, например изме –

рение диаметра вращающейся детали по числу оборотов соприкасающе-

гося с ней аттестованного ролика.

 

5. В зависимости от совокупности измеряемых параметров изделия различают

поэлементный и комплексный методы измерения.

o Поэлементный метод характеризуется измерением каждого парамет-

ра изделия в отдельности (например, эксцентриситета, овальности, ог -

ранки цилиндрического вала).

o Комплексный метод характеризуется измерением суммарного показате-

ля качества (а не физической величины), на которой оказывают влияние

отдельные его составляющие (например, измерение радиального биения

цилиндрической детали, на которые влияют эксцентриситет, овальность

и др.).

 

Можно выделить следующие методы измерений.

 

1. По способу получения значений измеряемых величин различают два осно –

вных метода измерений: метод непосредственной оценки и метод сравнения с

мерой.

o Метод непосредственной оценки – метод измерения, при котором зна-

чение величины определяют непосредственно по отсчётному устройст –

ву измерительного прибора прямого действия (например, измерение дл-

ины с помощью линейки или размеров деталей микрометром, угломе –

ром и т.д.).

 

o Метод сравнения с мерой – метод измерения, при котором измеряе –

мую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. На –

пример, для измерения калибра микрокатор устраивают на нуль по бло-

ку концевых мер длины, а результаты измерения получают поотклоне –

нию стрелки микрокатора от нуля, то есть сравнивается измеряемая ве –

личина с размером блока концевых мер. О точности размера судят по –

отклонению стрелки микрокатора относительно нулевого положения.

 

Существуют несколько разновидностей метода сравнения:

 

o метод противопоставления, при котором измеряемая величина и ве-

личина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на при –

бор сравнения;

 

o дифференциальный метод, при котором измеряемую величину срав –

нивают с известной величиной, воспроизводимой мерой. Этим методом,

например, определяют отклонение контролируемого диаметра детали

на оптиметре после его настройки на нуль по блоку концевых мер дли –

ны;

 

o нулевой метод при котором результирующий эффект воздействия ве –

личин на прибор сравнения доводят до нуля. Подобным методом изме-

ряют электрическое сопротивление по схеме моста с полным его урав –

новешиванием;

 

o метод совпадений, при котором разность между измеряемой величии –

ной и величиной, воспроизводимой мерой, определяют, используя сов –

падения отметок шкал или периодических сигналов (например, при из –

мерении штангенциркулем используют совпадения отметок основной и

нониусной шкал).

 

2. При измерении линейных величин независимо от рассмотренных методов

различают контактный и бесконтактный методы измерений.

 

3. В зависимости от измерительных средств, используемых в процессе изме-

рения, различают инструментальный, экспертный, эвристический и органоле-

птический методы измерений.

 

o Инструментальный метод основан на использовании специальных те-

 

хнических средств, в том числе автоматизированных и автоматических.

 

o Экспертный метод оценки основан на использовании данных несколь –

ких специалистов. Широко применяется в квалиметрии, спорте, искус –

стве, медицине.

 

o Эвристические методы оценки основаны на интуиции. Широко испо –

льзуется способ попарного сопоставления, когда измеряемые величины

сначала сравниваются между собой попарно, а затем производится ра –

нжирование на основании результатов этого сравнения.

 

o Органолептические методы оценки основаны на использовании орга –

нов чувств человека (осязания, обоняния, зрения, слуха и вкуса). Часто

используются измерения на основе впечатлений (конкурсы мастеров

искусств, соревнования спортсменов).

 

 

 

 

 

3.4 Виды контроля

Контроль – это процесс получения и обработки информации об объекте (пара –

метре детали, механизма, процесса и т. д.) с целью определения нахождения па –

раметров объекта в заданных пределах.

 

Классификация видов контроля.

 

1. По возможности (или невозможности) использования продукции после вы –

полнения контрольных операций различают неразрушающий и разрушающ –

ий контроль.

 

o При неразрушающем контроле соответствие контролируемого размера

(или значения) норме определяется по результатам взаимодействия раз-

различных физических полей и излучений с объектом контроля. Интен-

сивность полей и излучений выбирается такой, чтобы не только не про-

исходило разрушений объекта контроля, но и не менялись его свойства

во время контроля. В зависимости от природы физических полей и из –

лучений виды неразрушающего контроля разделяются на следующие

группы: акустические, радиационные, оптические, радиоволновые, тёп-

ловые, магнитные, вихревые, электрические, проникающих веществ.

 

o При разрушающем контроле определение соответствия (или несоотве-

тствия) контролируемого размера (или значения) норме сопровождает –

ся разрушением изделия (объекта контроля), например, при проверке

изделия на прочность.

 

2. По характеру распределения во времени различают непрерывный, периоди-

ческий и летучий контроль.

 

o Непрерывный контроль состоит в непрерыв6ной проверке соответствия

контролируемых размеров (или значений) нормам в течении всего про –

цесса изготовления или определённой стадии жизненного цикла.

 

o При периодическом контроле измерительную информацию получают

периодически через установленные интервалы времени j. Период Конт-

роля j может быть как меньше, так и больше времени одной технологи –

ческой операции j on. Если j = j on, то периодический контроль станови –

тся операционным (или послеоперационным).

 

o Летучий контроль проводят в случайные моменты времени.

 

3. В зависимости от исполнителя контроль разделяется на: самоконтроль,

контроль мастером, контроль ОТК (отделом технического контроля) и ин –

спекционный контроль (специально уполномоченными прадставителями).

Инспекционный контроль в зависимости от того, какая организация уполно –

мочила представителя проводить контроль подразделяется на: ведомственный

 

 

межведомственный, вневедомственный, государственный (выполняемый ко –

нтролёрами Госстандарта).

 

4. По стадии технологического (производственного) процесса отличают вхо –

дной, операционный и приёмочный (приёмосдаточный) котроль.

 

o Входному контролю подвергают сырьё, исходные материалы, полуфаб-

рикаты, комплектующие изделия, техническую документацию и т. п.,

иначе говоря, всё то, что используется при производстве продукции или

её эксплуатации.

 

o Операционный контроль еще незавершённой продукции проводится на

всех операциях производственного процесса.

 

o Приемочный контроль готовых, сборочных и монтажных единиц осу –

ществляется в конце технологического процесса.

 

5. По характеру воздействия на ход производственного (технологического) про-

цесса контроль делится на активной и пассивный.

 

o При активном контроле его результаты непрерывно используются для

управления технологическим процессом. Можно сказать, что активный

контроль совмещён с производственным процессом в единый контроль-

но – технологический процесс. Как правило, он выполняется автомати –

чески.

 

o Пассивный контроль осуществляется после завершения либо отдельной

технологической операции, либо всего технологического цикла изгото –

вления детали или изделия. Он может быть ручным, автоматизирован –

ым и автоматическим.

 

6. В зависимости от места проведения различают подвижный и стационар –

ый контроль.

 

o Подвижный контроль проводится непосредственно на рабочих местах,

где изготавливается продукция (у станка, на сборочных и настроечных

стендах и т. д.).

 

o Стационарный контроль проводится на специально оборудованных ра-

бочих местах. Он применяется при необходимости создания специаль –

ных условий контроля; при наличии возможности включения в техноло-

гический цикл стационарного рабочего места контролера; при исполь –

зовании средств контроля, которые применяются только в стацонарных

условиях; при крупносерийном и массовом производстве.

 

7. По объекту контроля отличают контроль качества выпускаемой продукции,

товарной и сопроводительной документации, технологического процесса,

средств технологического оснащения, прохождения рекламации, соблюде –

 

ния условий эксплуатации, а также контроль технологической дисципли –

ны и квалификации исполнителей.

 

8. По числу измерений отличают однократный и многократный контроль.

 

9. По способу отбора изделий, подвергаемых контролю, отличают сплошной и

выборочный контроль.

 

o Сплошной (стопроцентный) контроль всех без исключения изготовлен-

ных изделий применяется при индивидуальном и мелкосерийном прои-

зводстве, на стадии освоения новой продукции, по аварийным парамет-

рам (размерам), при селективной сборке.

 

o Выборочный контроль проводится во всех остальных случаях, чаще вс-

его при крупносерийном и массовом производстве. Для сокращения за-

трат на контроль большой партии изделий (которую в математической

статистике принято называть генеральной совокупностью) контролю

подвергается только часть партии – выборка, формируемая по опреде –

лённым правилам, обеспечивающим случайный набор изделий. Если

число бракованных изделий в выборке превышает установленную но –

рму, то вся партия (генеральная совокупность) бракуется.

 

 

 

 

3 .5 Методика выполнения измерений

 

Основная потеря точности при измерениях происходит не за счёт возможной

метрологической неисправности применяемых средств измерений, а в первую

очередь за счёт несовершенства методов и методик выполнения измерений.

 

В целом точность измерения зависит от: точности применяемого средства изме-

рения; точности метода измерения; влияния внешних факторов. Например, при

измерении массы материала, движущегося по транспорту, точность базового ус-

тройства обычно в 10-20 раз выше общей точности взвешивания массы; при по-

верке ртутных термометров следует учитывать точность «считывания» показа –

ний.

 

Под методикой выполнения измерений понимают совокупность методов, сред –

ств процедур, условий подготовки и проведения измерений, а также правил об –

работки экспериментальных данных при выполнении конкретных измерений.

 

По закону РФ «Об обеспечении единства измерений» измерения должны осуще-

ствляться в соответствии с аттестованными в установленном порядке методика-

ми.

Разработка методик выполнения измерений должна включать:

 

§ анализ технических требований к точности измерений, изложенных в стандар-

те, технических условий или технических заданий;

§ определение конкретных условий проведения измерений;

§ выбор испытательного и вспомогательного оборудования, а также средств из –

мерений;

§ разработку при необходимости нестандартных средств измерений;

§ исследование влияния условий проведения измерений и подготовки испытуе –

мых объектов к измерениям;

§ определение порядка подготовки средств измерений к работе, последователь –

ности и количества измерений;

§ разработку или выбор алгоритма обработки экспериментальных данных и пра-

вил оформления результатов измерения.

 

Нормативно-техническими документами (НТД), регламентирующими методику

выполнения измерений являются:

1. Государственные стандарты или методические указания Госстандарта России

по методикам выполнения измерений. Стандарт разрабатывается в том случае

если применяемые средства измерений внесены в Государственный реестр

средств измерений.

2. Отраслевые методики выполнения измерений, используемые в одной отрасли.

 

3. Стандарты предприятий на методики выполнения измерений, используемые

на одном предприятии.

 

В НТД на методики выполнения измерений предусматриваются: нормы точно –

 

сти измерений; специфика измеряемой величины (диапазон, наименование про –

дукции и т. д.); максимальная автоматизация измерений и обработки данных.

 

Методики выполнения измерений перед их вводом в действие должны быть ат-

тестированы или стандартизированы. Аттестация включает в себя: разрабо –

тку и утверждение программ аттестации; выполнение исследований в соответст-

вии с программой; составление и оформление отсчёта об аттестации; оформлен-

ие отсчёта методики выполнения измерений.

 

При аттестации должна быть проверена правильность учёта всех факторов, вли-

яющих на точность измерений, установлена достоверность их результатов. Ат –

тестацию методик выполнения измерений проводят государственные и ведом –

ственные метрологические службы. При этом государственные метрологичес –

кие службы проводят аттестацию методик особо точных, ответственных изме –

рений, а также измерений, проводимых в организациях Госстандарта России.

 

Стандартизация методик применяется для измерений, широко применяемых на

предприятиях.

 

Методики выполнения измерений периодически пересматриваются с целью их

усовершенствования.

 

 

Средства измерений

4.1 Виды средств измерений

Средство измерения – это техническое устройство, используемое при измере –

ниях и имеющие нормированные метрологические свойства.

 

По метрологическому назначению средства измерений делятся на образцовые и

рабочие.

Образцовые предназначены для проверки по ним других средств измерений как

рабочих, так и образцовых менее высокой точности.

 

Рабочие средства измерений предназначены для измерения размеров величин,

необходимых в разнообразной деятельности человека.

 

Сущность разделения средств измерений на образцовые и рабочие состоит не в

конструкции и не в точности, а в их назначении.

 

К средствам измерения относятся:

 

1. Меры, предназначенные для воспроизведения физической величины заданно-

го размера. Различают однозначные и многозначные меры, а также наборы

мер (гири, кварцевые генераторы и т. п.). Меры, воспроизводящие физические

величины одного размера, называются однозначными. Многозначные меры

могут воспроизводить ряд размеров физической величины, часто даже непре –

рывно заполняющих некоторый промежуток между определёнными граница –

ми. Наиболее распространёнными многозначными мерами являются миллеме-

тровая линейка, вариометр и конденсатор переменной ёмкости.

 

В наборах и магазинах отдельные меры могут объединяться в различных сочета-

ниях для воспроизведения некоторых промежуточных или суммарных, но обя –

зательно дискретных размеров величин. В магазинах объединены в одно меха –

ническое целое, снабжённое специальными переключателями, которые связаны

с отсчётными устройствами. В противоположность этому набор состоит обычно

из нескольких мер, которые могут выполнять свои функции как в отдельности,

так и в различных сочетаниях друг с другом (набор концевых мер длины, набор

гирь, набор мер добротности и индуктивности и т. д.).

 

Сравнение с мерой выполняют с помощью специальных технических средств –

компараторов (равноплечие весы, измерительный мост и т. п.).

 

К однозначным мерам относятся также образцы и образцовые вещества.

Стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов представ –

ляют собой специально оформленные тела или пробы вещества определённого и

строго регламентированного содержания, одно из свойств которых при опреде –

лённых условиях является величиной с известным значением. К ним относятся

образцы твёрдости, шероховатости, белой поверхности, а также стандартные об-

разцы, используемые при поверке приборов для определения механических сво-

йств материалов.

Образцовые вещества играют большую роль в создании реперных точек при

осуществлении шкал. Например, чистый цинк служит для воспроизведения

температуры 419,58 С`, золото – 1064,43 C`.

 

В зависимости от погрешности аттестации меры подразделяются на разряды

(меры 1-го, 2-го и т. д. разрядов), а погрешность мер является основой их де –

ления на классы. Меры, которым присвоен тот или иной разряд, принимают –

ся для поверки измерительных средств и называются образцовыми.

 

2. Измерительные преобразователи – это средства измерений, перерабатыва –

ющие измерительную информацию в форму, удобную для дальнейшего преоб –

разования, передачи, хранения и обработки, но, как правило, не доступную для

непосредственного восприятия наблюдателям (термопары, измерительные уси –

лители и др.).

 

Преобразуемая величина называется входной, а результат преобразования –

выходной величиной. Соотношение между ними задаётся функцией преобра –

зования (статической характеристикой). Если в результате преобразования фи –

зическая природа величины не изменяется, а функция преобразования являет –

ся линейной, то преобразователь называется масштабным, или усилителем

(усилители напряжения, измерительные микроскопы, электронные усилители).

Слово «усилитель» обычно употребляется с определением, которое приписыва-

ется ему в зависимости от рода преобразуемой величины (усилитель напряже –

ния, гидравлический усилитель) или от вида единичных преобразований, про –

исходящих в нём (ламповый усилитель, струйный усилитель).

 

В тех случаях, когда в преобразователе входная величина превращается в дру –

гую по физической природе величину, он получает название по видам этих ве –

личин (электромеханический, пневмоёмкостный и так далее).

 

По месту, занимаемому в приборе, преобразователи подразделяются на: перви –

чные, к которым подводится непосредственно измеряемая физическая величина;

передающие, на выходе которых образуются величины, удобные для их регис –

трации и передачи на расстояние; промежуточные, занимающие в измеритель-

ной цепи место после первичных.

 

 

----

К отсчётному устройству

Преобразование измерительной информации: 1- чувствительный элемент; 2- первичный

преобразователь; 3 – промежуточные преобразователи; 4 – передающий преобразователь

 

3. Измерительные приборы относятся к средствам измерений, предназначен –

ным для получения измерительной информации о величине, подлежащей из-

мерению, в форме, удобной для восприятия наблюдателем.

 

Наибольшее распространение получили приборы прямого действия, при ис –

пользовании которых измеряемая величина подвергается ряду послндователь-

 

ных преобразований в одном направлении, то есть без возвращения к исход –

ной величине.

К приборам прямого действия относится большинство манометров, термомет-

ров, амперметров, вольтметров и т. д.

 

Значительно большими точностными возможностями обладают приборы сра-

внения, предназначенные для сравнения измеряемых величин с величинами,

значения которых известны. Сравнение осуществляется с помощью компен –

сационных или мостовых цепей. Компенсационные цепи применяются для

сравнения активных величин, то есть несущих в себе некоторый запас энер –

гии (сил, давлений и моментов сил, электрических напряжений и токов, яр –

кости источников излучения и т. д.). Сравнения проводится путём встречного

включения этих величин в единый контур и наблюдения их разностного эф –

фекта. По этому принципу работают такие приборы, как равноплечие и нера –

вноплечие весы (сравнение на рычаге силовых эффектов действия масс), гру –

зопоршневые и грузопружинные манометрические в вакуумметрические при –

боры (сравнение на поршне силовых эффектов измеряемого давления и мер

массы) и др.

 

Для сравнения пассивных величин (электрические, гидравлические, пневмати-

ческие и другие сопротивления) применяются мостовые цепи типа электриче-

ских уравновешенных или неуравновешенных мостов.

 

По способу отсчёта значений измеряемых величин приборы подразделяются на