СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

Определение понятия «средство измерений» нельзя считать устоявшимся несмотря даже на то, что оно определено стандартом как «техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства». В метрологическом словаре СЭВ дается близкое этому определение понятия, в то же время в словаре ИСО, МЭК, МОЗМ, МБМВ указывается, что «средство измерений» — это устройство, предназначенное для выполнения измерений «само по себе» или с применением другого оборудования.

Из приведенных определений видно, что как в отечественных, так и в международных нормативно-технических документах не отражено отношение этого понятия к единице величины, т.е. не показана метрологическая роль этого средства как хранителя единицы. Между тем, роль средства измерений хранить единицу была заложена еще в глубокой древности, когда создавались первые средства измерений в виде примитивных мер длины, массы, объема и других величин. Хранение единицы — важнейшее свойство меры, оно характерно и для приборов. Вполне понятно, что только путем сопоставления измеряемой величины с ее единицей можно получить количественную оценку. Следовательно, основное требование к средству измерений состоит в том, что оно должно хранить единицу величины для обеспечения возможности выполнения акта измерения.

При определении понятия «средство измерений» необходимо учитывать эталоны, а также совокупности средств измерений и средств автоматизации (комплексы). С учетом сказанного, предлагаем следующее определение этого понятия: средство измерений — это техническое средство (или комплекс технических средств), предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее или хранящее одну или несколько единиц физических величин, размеры которых принимаются неизменными в течение известного промежутка времени.

Приведенное определение вскрывает метрологическую суть средства измерений, что, на наш взгляд, имеет принципиальное значение. Неизменность размера единицы, хранимой средством измерений, дает возможность производить измерение (сопоставление с единицей), что является важнейшим фактором. Если размер единицы в процессе измерений изменяется более установленных норм, таким средством нельзя получить результат с требуемой точностью. Отсюда следуют два важных вывода:

· измерять можно лишь тогда, когда техническое средство, предназначенное для этой цели, может хранить единицу, достаточно неизменную по размеру (во времени);

· у каждого средства измерений необходимо контролировать неизменность размера единицы во времени.

Указанное определение справедливо по отношению к эталонам, рабочим средствам, мерам, включая калибры и стандартные образцы свойств веществ и материалов, к измерительным приборам. Измерительные установки и измерительные системы рассматриваются как совокупность мер, измерительных преобразователей и измерительных приборов, поэтому они тоже охватываются этим определением. Измерительный преобразователь (ИП) не является хранителем единицы. Это важнейшее техническое средство входит в состав средства измерений.

Надо сказать, что в метрологической литературе прослеживается неоднозначное отношение к измерительным преобразователям. Одни авторы бескомпромиссно считают основными средствами измерений измерительные приборы и измерительные преобразователи, другие, хотя и относят измерительные преобразователи к средствам измерений, все же подчеркивают, что они по сравнению с мерами и измерительными приборами далеко не всегда имеют самостоятельное значение. Чаще всего измерительные преобразователи входят в состав измерительных комплексов и систем управления или же рассматриваются как составные части измерительных приборов. Некоторые авторы лишь дополнительно указывают, что к средствам измерений относятся также измерительные принадлежности и измерительные преобразователи, оговаривая при этом, что они применяются совместно с измерительными устройствами. В ряде работ приводится классификация средств измерений, при этом об измерительных преобразователях вообще даже не упоминается. Все это свидетельствует о существовании различных точек зрения на отнесение ИП к средствам измерений. Примером компромиссного решения этого вопроса является отнесение ИП и меры к так называемым «элементарным» средствам измерений, которых недостаточно для осуществления акта измерения, но которые необходимы для подготовки измерения. Из данной классификации следует, что одни средства измерений дают результат измерений, другие этого результата не дают. Раз это так, то можно констатировать, что налицо два отличающихся друг от друга понятия, для которых применяется один термин «средство измерений».

В приборостроении широко применяется понятие «датчик», под которым обычно понимают конструктивно обособленный измерительный преобразователь или группу измерительных преобразователей. Например, радиозонд, запускаемый в атмосферу, содержит датчики температуры, давления, влажности и других величин, которые посылают («дают») сигналы о значениях указанных величин.

Учитывая, что наряду с понятием «средство измерений», которое охватывает меры, измерительные приборы, измерительно-вычислительные комплексы, «измерительные установки» и «измерительные системы», существуют понятия «измерительный преобразователь», «измерительные принадлежности», «измерительные устройства» и «средства сравнения», необходимо, на наш взгляд, ввести более общее понятие и, соответственно, дать общий термин. Представляется, можно применить термин «средства измерительной техники» (кратко — измерительная техника), отказавшись при этом от прежнего определения понятия «измерительная техника», охватывающего как средства измерений, так и технику выполнения измерений или деятельность по их созданию. В средства измерительной техники должны входить: меры, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы, измерительно-вычислительные комплексы, измерительные преобразователи, измерительные устройства, измерительные принадлежности и средства сравнения (рис. 3.1).

Мера физической величины (кратко — мера величины или мера) — средство измерений, воспроизводящее и хранящее физическую величину одного или нескольких заданных размеров. Различают однозначные меры (например, плоскопараллельная концевая мера длины), многозначные меры (штриховая мера длины, конденсатор переменкой емкости), наборы мер (набор гирь, калибров) и магазины мер (например, магазин электрических резисторов). Характерно, что калибры несколько лет назад считались мерами. Затем они выпали из числа средств измерений. По нашему мнению, это положение необходимо исправить, что диктуется и потребностями практики. Калибр представляет собой специальную меру, с которой сравниваются размеры различных деталей при изготовлении, он нуждается в поверке.

Измерительный прибор (кратко — прибор) — средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Как правило, измерительный прибор имеет устройства для преобразования измеряемой величины в сигнал измерительной информации и его индикации в форме, наиболее доступной для восприятия. Устройства для индикации часто содержат шкалу со стрелкой или другим указателем, диаграмму с пером или цифроуказатель, благодаря чему можно отсчитывать показания или регистрировать значения физической величины. В случае сопряжения прибора с микро- или мини-ЭВМ отсчет производят при помощи дисплея.

Диапазон измерений определяется нормативно-техническим документом, в соответствии с которым изготавливается тот или иной прибор. Для каждого типа прибора устанавливается свой диапазон измерений. Различают следующие типы приборов: показывающие, регистрирующие, интегрирующие, суммирующие, прямого действия, сравнения. Например, микрометр и цифровой вольтметр относятся к показывающим приборам, барограф — к регистрирующим, амперметр и стеклянный ртутный термометр — к приборам прямого действия, компаратор для линейных мер — к приборам сравнения.

Измерительная установка (кратко — установка) — совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, расположенных в одном месте и предназначенных для измерений одной или нескольких физических величин. Например, установка для измерений удельного сопротивления электротехнических материалов.

Измерительную установку с включенными в нее образцовыми средствами измерений называют поверочной установкой, измерительную установку, входящую в состав эталона — эталонной, установку, предназначенную для испытаний каких-либо изделий, иногда называют испытательным стендом. Некоторые виды измерительных установок получили название измерительных машин. Например, координатно-измерительная машина для измерения параметров сложных изделий в двухмерном или трехмерном пространствах.

Измерительная система (ИС) — совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других технических средств, размещенных в разных точках исследуемого пространства (среды, объекта и т.п.) с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому пространству (среде, объекту и т.п.)

 


 

 

 

Рисунок 3.1 Средства измерительной техники


Например, измерительная система теплоэлектростанции позволяет получать измерительную информацию о ряде физических величин в разных энергоблоках, с помощью радионавигационной системы, состоящей из ряда функционально объединенных измерительных комплексов, разнесенных в пространстве на значительное расстояние, определяют местоположение судов.

В зависимости от назначения измерительные системы разделяются на измерительные информационные (ИИС), измерительные контролирующие, измерительные управляющие и другие. На практике нередко применяется термин «информационно-измерительная система», который неверно отражает понятие об измерительной информационной системе. При образовании термина метрологического характера на первом месте должен указываться основной терминоэлемент (в данном случае — измерительная), затем — дополнительный (информационная). Это соответствует правилам образования терминов, состоящих из нескольких терминоэлементов.

Измерительную систему, снабженную средствами автоматического получения и обработки измерительной информации, называют автоматической измерительной системой. В автоматизированных производствах измерительные контролирующие системы работают автоматически, и их обычно именуют системами автоматического контроля (САК).

В зависимости от числа измерительных каналов различают одно-, двух‑, трехканальные и т. д. измерительные системы.

Измерительно-вычислительный комплекс (ИВК.) — функционально объединенная совокупность средств измерений, ЭВМ и вспомогательных устройств, предназначенных для выполнения в составе ИИС конкретной измерительной задачи.

Измерительный преобразователь (ИП) (кратко — преобразователь) - техническое средство, имеющее нормированные метрологические характеристики, предназначенное для преобразования измеряемой величины в другую величину или сигнал измерительной информации, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации и передачи на расстояние. Обычно ИП входит в состав измерительного прибора (установки, системы и др.) в качестве важнейшего устройства, от которого зависят точностные характеристики, или же применяется совместно с каким-либо средством измерений. Самостоятельного значения ИП, как правило, не имеют. Отдельно изготовленные преобразователи относят к средствам измерений, тогда как по существу это измерительные устройства.

По характеру преобразования выделяют аналоговые, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, по месту в измерительной цепи — первичные и промежуточные преобразователи. Кроме того, есть масштабные преобразователи. Например, измерительный трансформатор тока является масштабным преобразователем, термопара в термоэлектрическом термометре — аналоговым преобразователем, преобразователь цифрового вольтметра — аналого-цифровым измерительным преобразователем.

Измерительное устройство — часть измерительного прибора (установки или системы), имеющая обособленную конструкцию и самостоятельное назначение. Например, регистрирующее устройство измерительного прибора, включающее ленту для записи, лентопротяжный механизм и пишущий элемент, или измерительный преобразователь (термопара в термоэлектрическом термометре).

Измерительные принадлежности — устройства, служащие для обеспечения необходимых внешних условий при выполнении измерений. К измерительным принадлежностям, например, относятся термостат, барокамера, устройства, экранирующие влияние магнитных полей, измерительные усилители, специальные противовибрационные фундаменты и даже обыкновенная лупа. Измерительные принадлежности дают возможность повышать чувствительность измерительных устройств или предохранять измеряемую величину от искажающего действия влияющих величин.

Средство сравнения — средство измерений, техническое средство или специально создаваемая среда, позволяющие сличать друг с другом меры однородных величин или показания измерительных приборов.

Широко распространенное средство сравнения — компаратор (например, потенциометр или рычажные весы). Он не является хранителем единицы. Хранителями единицы служат меры (нормальный элемент — при электрических измерениях, гиря — при механических измерениях). Следовательно, строго говоря, компаратор нельзя считать средством измерений, тем не менее, он должен подвергаться поверке. К средствам сравнения относятся различные среды (например, градуировочная жидкость, температурное поле, создаваемое термостатом).

По метрологическому назначению средства измерений подразделяют на эталоны, образцовые средства измерений и рабочие средства измерений.