Метрологические средства измерений - средства измерений, предназначенные для воспроизведения, хранения или передачи размера единицы величин рабочим средствам измерений.
Обозначения единиц, наименование которых происходит от фамилий, например Ампер, Ватт, Вебер, Ом и т.п., пишутся с прописных букв (A, W, Wb, W), а остальные - со строчных (m, kg, s). Допускается использование русских обозначений (Вт, Вб, Ом, м, кг, с).
В 1960 году на XI Генеральной конференции по мерам и весам при ООН в качестве международной была принята система единиц СИ. В России действует ГОСТ 8.417-2002, предписывающий обязательное использование единиц СИ.
СИ определяет семь основных единиц физических величин - метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кандела, моль, две дополнительные единицы - радиан и стерадиан, а также производные единицы, которые образуются на основе уравнений связи между величинами, например, ньютон, паскаль и др., а также набор приставок, например, приставка экса имеет кратность 1018.
1.3. Виды и методы измерений
Виды измерений:
1. По условиям, определяющим точность результата:
Измерения максимально возможной точности – эталонные измерения, измерения физических констант, например, ускорения свободного падения.
Контрольно-поверочные измерения – измерения, погрешность которых с определенной вероятностью не должна превышать некоторого заданного значения.
Технические измерения – измерения, погрешность которых определяется характеристиками СИ.
2. По характеристике точности:
Равноточные измерения – измерения, которые выполняются одинаковыми по точности средствами измерения и в одних и тех же условиях.
Неравноточные измерения – измерения, которые выполняются различными по точности СИ и/или в разных условиях.
3. По числу измерений:
Однократные измерения - измерения, выполненные один раз.
Многократные измерения - измерение физической величины одного и того же размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений (>3).
4. По отношению к изменению измеряемой величины:
Статические измерения – измерение неизменной во времени величины.
Динамические измерения – измерения изменяющейся по размеру физической величины и, если необходимо, ее изменения во времени. Динамические измерения производят с точной фиксацией момента времени.
5. По выражению результата измерений:
Абсолютные измерения – измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и/или использовании значений физических констант.
Относительные измерения – измерения отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы или изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.
6. По общим приемам получения результатов измерений:
Прямые измерения – измерения, при которых искомое значение физической величины получают путем сравнения этой величины с ее единицей. (Измерение тока амперметром, массы с помощью весов и т.п.).
Косвенные измерения – измерения, при которых искомое значение физической величины определяют на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной. (Измерение сопротивления резистора постоянного тока с использованием амперметра и вольтметра с дальнейшим определением искомой величины по закону Ома: R=U/I).
Совместные измерения – проводимые одновременно измерения двух или нескольких неоднородных величин для определения зависимости между ними. (Определение конкретной зависимости сопротивления резистора от температуры. При этом известно, что аналитически такая зависимость выражается уравнением: Rt=R0(1+At+Bt2). Измеряя сопротивление резистора при трех различных температурах, составляют систему из трех уравнений, из решения которых находят интересующие параметры зависимости R0, A и B.)
Совокупные измерения - проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяются путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях различных сочетаний этих величин. (Нахождение сопротивлений двух резисторов R1 и R2 по результатам измерения сопротивлений последовательного и параллельного соединения этих резисторов: ).
Метод измерений (РМГ 29-99, взамен ГОСТ 16263-70) – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Метод измерений обычно обусловлен устройством СИ.
1. Метод непосредственной оценки - метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений (измерение давления пружинным манометром). Измерения проводятся быстро, просто и не требуют высокой квалификации оператора, поскольку не надо создавать специальные измерительные установки, выполнять сложные вычисления. Однако точность измерений чаще всего оказывается невысокой из-за погрешностей, связанных с необходимостью градуировки шкал приборов и воздействием влияющих величин. Простота метода способствует его автоматизации, что особенно важно при контроле качества продукции и поверке средств измерений.
2. Метод сравнения с мерой - метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями - мерами массы с известным значением). Его разновидности:
· Нулевой метод измерений - метод, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля (измерения электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием).
· Метод измерений замещением - метод, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины (взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов (метод Борда)). Сущность метода заключается в том, что измеряемая величина заменяется некоторой известной величиной, воспроизводимой нормой. Например, при взвешивании груза на равноплечих весах его масса считается равной массе уравновешивающих гирь. Но это справедливо при строгом равенстве плеч, т.к. равновесие коромысла определяется не равенством сравниваемых масс, а равенством произведений силы на длину плеча. На практике размеры плеч строго не равны между собой. Поэтому груз уравновешивается неравным ему по массе набором гирь. При использовании метода замещения тот же груз уравновешивается любой тарой, а потом замещается набором гирь, при котором сохраняется равновесие коромысла. Очевидно, что масса груза в таком случае равна массе гирь, а влияние на результат измерения неравноплечности весов оказывается исключенным.
· Метод измерений дополнением - метод, в котором значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчетом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению.
· Дифференциальный метод измерений - метод, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, и при котором измеряется разность между этими двумя величинами (измерение сопротивления резистора с использованием неуравновешенной мостовой схемы).
Контактный метод измерений - метод измерений, основанный на том, что чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения. (Измерение температуры тела термометром, измерение диаметра вала измерительной скобой или контроль проходным и непроходным калибрами).
Бесконтактный метод измерений - метод измерений, основанный на том, что чувствительный элемент средства измерений не приводится в контакт с объектом измерения (измерение расстояния до объекта радиолокатором).
1.4. Общие сведения о средствах измерений
Средства измерений - это технические средства, используемые при измерении и имеющие нормируемые метрологические свойства. Средства измерений различаются:
1. По метрологическому назначению:
1.1 Рабочие средства измерений - средства измерений, предназначенные для технических измерений.
2. По конструктивному исполнению:
2.1 Меры - 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.
Различают следующие разновидности мер:
однозначная мера (например, гиря 1 кг),
многозначная мера - мера, воспроизводящая физическую величину разных размеров (например, штриховая мера длины),
набор мер - комплект мер разного размера одной и той же физической величины, предназначенных для применения на практике как в отдельности, так и в различных сочетаниях (например, набор концевых мер длины),
магазин мер - набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство, в котором имеются приспособления для их соединения в различных комбинациях (например, магазин электрических сопротивлений).