Классификация измерений и средств измерений


Классификация измерений. Измерения могут быть классифицированы по ряду признаков (рис. 2.1).
По способу получения результатов измерения подразделяют на четыре вида: прямые (измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно, например измерение массы на весах); косвенные (измерение, при котором искомое значение величины определяют на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой вели-

чиной); совокупные (проводят одновременно измерения нескольких однородных величин с определением искомой величины путем решения системы уравнений); совместные (проводят измерения неоднородных физических величин с целью нахождения зависимости между ними).

Рис. 2.1. Классификация измерений


По характеру изменения информации, получаемой в процессе измерений,
различают статические (измерения, которые проводятся при практическом постоянстве измеряемой величины, например измерение размеров земельного участка) и динамические (измерения изменяющейся по размеру величины, например измерение расстояния до уровня земли со снижающегося самолета).
По числу измерений они бывают однократные (измерение, выполненное один раз), многократные (измерение, состоящее из ряда однократных измерений).
По выражению результата различают абсолютные (измерения, основанные на прямых измерениях величин) и относительные (измерение отношения величины к одноименной величине, выполняющей роль единицы).
По характеристике точности измерения бывают: максимально возможной точности (эталонные измерения, где с максимальной возможной точностью воспроизводят единицы физических величин), контрольно-поверочные (измерения, выполняемые лабораториями государственного надзора за внедрением и соблюдением стандартов и состоянием измерительной техники и заводскими измерительными лабораториями, которые гарантируют погрешность результата с определенной вероятностью, не превышающей заранее заданного значения), технические (погрешность результата определяется характеристиками средств измерений).
Классификация методов измерений. Метод измерений - прием или совокупность приемов (способов) сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с выбранным (реализованным) принципом измерений.
Методы измерений классифицируют по следующим признакам: по общим приемам получения результатов измерений - прямой метод измерений, косвенный метод измерений; по условиям измерений - контактный метод (чувствительный элемент прибора приводят в контакт с объектом измерения, например измерение темпера-

туры воды термометром) и бесконтактный метод измерений (чувствительный элемент прибора не приводят в контакт с объектом измерения, например измерение расстояния до объекта радиолокатором);
• по способу сравнения измеряемой величины с ее единицей - метод непосредственной оценки (значение величины определяют непосредственно по отсчет- ному устройству средства измерения, например термометра, вольтметра и др.) и метод сравнения с мерой (измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой, например измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями).
Классификация средств измерений. Средства измерений (СИ) - это технические средства, предназначенные для измерений и имеющие нормированные метрологические характеристики. СИ классифицируют по двум признакам: конструктивному исполнению и метрологическому назначению.
По конструктивному исполнению СИ подразделяют: на меры физической величины, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы.
Меры физической величины — это средства измерений, предназначенные для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров. Различают меры: однозначные (гиря 1 кг, калибр); многозначные (масштабная линейка, конденсатор переменной емкости); наборы мер (набор гирь, набор калибров). Указанное на мере или приписанное ей значение величины является номинальным значением. Разность между номинальным и действительным значениями называется погрешностью меры, которая служит метрологической характеристикой меры.
К однозначным мерам относят также стандартные образцы (СО). Существуют стандартные образцы состава и стандартные образцы свойств. СО состава вещества (материала) - стандартный образец с установленными значениями величин, характеризующих содержание определенных компонентов в веществе (материале). СО свойств веществ (материалов) - стандартный образец с установленными значениями величин, характеризующих физические, химические, биологические И другие свойства.
Новые СО допускают к использованию при условии прохождения ими метрологической аттестации. Метрологическую аттестацию проводят органы метрологической службы. Так, созданные в Центральном институте агрохимического обслуживания сельского хозяйства государственные и отраслевые образцы состава почв аттестованы на содержание макро- и микроэлементов (марганца, кобальта, цинка, меди, молибдена, бора) и другие характеристики (величина pH). Эти стандартные образцы были аттестованы в межлабораторном эксперименте и предназначены для градуировки приборов, поверки СИ, для контроля правильности анализов почв по аттестованным в СО показателям, для аттестации СО предприятий методом сличения.
Измерительный преобразователь (ИП) - СИ, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или сигнал измерительной информации, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований.
Измерительный прибор - СИ, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Прибор, как правило, содержит устройство для преобразования измеряемой величины и ее индикации в форме, наиболее доступной для восприятия. Во многих случаях устройство для индикации имеет шкалу со стрелкой или другим устройством, диа1рамму с пером или

цифроуказатель, с помощью которых может быть произведен отсчет или регистрация значений физической величины. По способу образования показаний измерительные приборы можно разделить на показывающие и регистрирующие.
К показывающим измерительным приборам относят приборы с цифровым отсчетом. Регистрирующие измерительные приборы содержат механизм регистрации показаний. Регистрирующий прибор, в котором предусмотрена запись показаний в виде диаграммы, называют самопишущим прибором.
Измерительная установка - совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов и измерительных преобразователей и других устройств, предназначенных для измерений одной или нескольких физических величин и расположенных в одном месте. Измерительную установку, предназначенную для испытаний каких-либо изделий, иногда называют испытательным стендом.
Измерительная система - совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого пространства с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому пространству. Примером может служить радионавигационная система для определения местоположения судов, состоящая из ряда измерительных комплексов, разнесенных в пространстве на значительном расстоянии друг от друга. Измерительные системы широко используют для автоматизации технологических процессов в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства и энергетики.
При этом управление процессом осуществляет вычислительно-измерительный комплекс, включающий измерительную систему, функционально связанную с ЭВМ.
По метрологическому назначению все СИ подразделяют на два вида - рабочие средства и эталоны.
Рабочие СИ предназначены для проведения технических измерений. По условиям применения они могут быть лабораторными, используемыми в научных исследованиях, проектировании технических устройств, медицинских измерениях; производственными, используемыми для контроля характеристик технологических процессов, контроля качества готовой продукции, контроля отпуска товаров; полевыми, используемыми непосредственно при эксплуатации таких технических устройств, как самолеты, автомобили, речные и морские суда и др.
Эталон - выполненное по особой спецификации и официально утвержденное средство измерений, обеспечивающее воспроизведение и хранение единицы физической величины с целью передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений. Эталонную базу страны составляют около 120 государственных эталонов, которые хранятся в государственных научных метрологических центрах (ГНМЦ).
Госстандарт располагает самой современной эталонной базой. Она входит в тройку самых совершенных наряду с базами США и Японии. Создаются многофункциональные эталоны, которые воспроизводят на единой конструктивной и метрологической основе не одну, а несколько единиц физических величин или одну единицу, но в широком диапазоне измерений. Характеристика эталонов приведена в разделе 2.5.
Метрологические характеристики средств измерений. Метрологические характеристики средств измерений - это характеристики свойств средств измерений, влияющие на результат измерений и его погрешность. Метрологические характери-

стики, устанавливаемые нормативными документами, называют нормируемыми метрологическими характеристиками.
Все метрологические характеристики СИ можно разделить на две группы: характеристики, определяющие область применения СИ, и характеристики, определяющие качество измерения. К первой группе относят диапазон измерений и порог чувствительности.
Диапазон измерений - область значений величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности. Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу или сверху (слева или 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 характеристикам второй группы относят три главные характеристики, определяющие качество измерений: точность, сходимость и воспроизводимость измерений.
На процесс измерения и получение результата измерения оказывает воздействие множество факторов: характер измеряемой величины, качество применяемых средств измерений, метод измерений, условия окружающей среды (температура, влажность, давление и др.), индивидуальные особенности оператора (специалиста, выполняющего измерения) и др. Поэтому результат измерений отличается от истинного значения измеряемой величины.
Точность - качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Высокая точность измерений соответствует малым погрешностям, как систематическим, так и случайным.
Погрешности измерений - отклонение результата измерений от истинного значения измеряемой величины. Это теоретическое определение, гак как истинное значение величины неизвестно. При метрологических работах вместо истинного значения используют действительное, за которое принимают обычно показание эталонов.
Погрешности измерений по форме числового выражения подразделяют на абсолютные и относительные. Относительные погрешности определяют отношением абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины. Абсолютные погрешности выражают в единицах измеряемой величины, относительные - в процентах. Например, масса вагона 50 т измерена с абсолютной погрешностью ±50 кг, а относительная погрешность составляет ±0,1%.
По источникам возникновения погрешности подразделяют на инструментальные (обусловлены свойствами средств измерений), методические (возникают вследствие неправильного выбора модели измеряемого свойства объекта, несовершенства принятого метода измерений, допущений и упрощений при использовании эмпирических зависимостей и др.) и субъективные (погрешности оператора).
По характеру проявления погрешности измерений подразделяют на систематические и случайные.
Систематическая погрешность это погрешность результата измерения, остающаяся постоянной или изменяющейся по определенному закону при повторных измерениях одной и той же величины. Если эта погрешность известна, то ее исключают из результатов разными способами, в частности введением поправок.

Случайная погрешность - это погрешность, которая изменяется случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. В отличие от систематической ее нельзя исключить из результатов измерений. Однако ее влияние может быть уменьшено путем применения специальных способов обработки результатов измерений, основанных на положениях теории вероятности и математической статистики.
Сходимость результатов измерений - характеристика качества измерений, отражающая близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, выполненных повторно одними и теми же средствами, одним и тем же методом, в одинаковых условиях и с одинаковой тщательностью (одним и тем же оператором). Для методик выполнения измерений это одна из важнейших характеристик.
Воспроизводимость результатов измерений - качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в различных условиях (в различное время, в разных местах, разными методами и средствами измерений, разными операторами). В процедурах испытаний продукции воспроизводимость — одна из важнейших характеристик.
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 приводят 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 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 совокупност и отражающим уровень точности СИ данного класса. Присваивают классы точности СИ 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). 
<< | >>
Источник: Личко Н.М.. Стандартизация и подтверждение соответствия сельскохозяйственной продукции. Учебник для вузов. 2013

Еще по теме Классификация измерений и средств измерений:

  1. Личностный опросник для измерения эмоционального отношения к общению Шкала 1. Измерение эмпатической тенденции
  2. Лотерея как средство измерения полезности
  3. 7.3. Рейтинговые измерения аудитории средств массовой информации
  4. 9.1. Рейтинговые измерения эффективности белорусских средств массовой информации
  5. ИЗМЕРЕНИЕ
  6. Измерение
  7. Измерение времени
  8. УРОВНИ ИЗМЕРЕНИЯ
  9. Раздел II ЧЕЛОВЕЧЕСКОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ПОЛИТИКИ
  10. 3. ОТ АБСТРАКТНОГО К КОНКРЕТНОМУ: ОПЕРАЦИОНАЛИЗАЦИЯ И ИЗМЕРЕНИЕ
  11. Качество измерения
  12. Аспекты измерения
  13. ОШИБКА ИЗМЕРЕНИЯ
  14. Лекция 19. Уровень жизни и его измерение
  15. 6. ДУХОВНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ОБЩЕСТВЕННОЙ ЖИЗНИ В УСЛОВИЯХ ГЛОБАЛИЗАЦИИ