Měřicí přístroje a jejich klasifikace. Pojem a klasifikace měřidel Klasifikace měřidel

měřicí nástroj

Měření se provádí pomocí technických prostředků, které se nazývají měřicí přístroje (SI). Vývoj SI je úkolem přístrojové techniky. V metrologii jsou SI uvažovány z hlediska jejich jednotné klasifikace a identifikace parametrů, které poskytují výsledek měření s danou přesností. Pojednává také o metodách a prostředcích převodu velikostí jednotek z etalonů na pracovní měřicí přístroje.

Pojem a klasifikace měřicích přístrojů

Měřidlo (MI) - technický přístroj určený k měření, mající normalizované metrologické vlastnosti, reprodukující nebo ukládající jednotku fyzikální veličiny, jejíž velikost se bere nezměněná po známý časový interval.

Výše uvedená definice vyjadřuje podstatu měřicího přístroje, který za prvé ukládá nebo reprodukuje jednotku a za druhé je tato jednotka neměnná. Tyto nejdůležitější faktory určují možnost provádění měření, tzn. udělat z technického nástroje prostředek měření. Tento způsob měření se liší od ostatních technických zařízení.

Měřicí přístroje zahrnují měření, měření: převodníky, přístroje, instalace a systémy.

Měřítkem fyzikální veličiny je měřicí přístroj určený k reprodukci a (nebo) uchování fyzikální veličiny jednoho nebo více daných rozměrů, jejichž hodnoty jsou vyjádřeny v ustálených jednotkách a jsou známy s požadovanou přesností. Příklady měření: závaží, měřicí odpory, měrky, radionuklidové zdroje atd.

Míry, které reprodukují fyzikální veličiny pouze jedné velikosti, se nazývají jednoznačné (váha), více velikostí - vícehodnotové (milimetrové pravítko - umožňuje vyjádřit délku, a to jak v mm, tak v cm). Kromě toho existují sady a zásobníky měření, například zásobník kapacit nebo indukčností.

Při měření pomocí opatření jsou naměřené hodnoty porovnávány se známými hodnotami, které jsou pomocí měření reprodukovatelné. Srovnávání se provádí různými způsoby, nejběžnějším prostředkem srovnávání je komparátor určený k porovnávání měr homogenních veličin. Příkladem komparátoru je bilanční váha.

Mezi opatření patří standardní vzorky a vzorová látka, což jsou speciálně navržená tělesa nebo vzorky látky určitého a přísně regulovaného obsahu, jejíž jednou z vlastností je veličina se známou hodnotou. Například vzorky tvrdosti, drsnosti.

Měřicí převodník (MT) je technický nástroj s normativními metrologickými charakteristikami, který slouží k převodu měřené veličiny na jinou veličinu nebo měřicí signál vhodný pro zpracování, uložení, indikaci nebo přenos. Informace o měření na výstupu IP zpravidla nejsou k dispozici pro přímé vnímání pozorovatelem. Přestože jsou IP konstrukčně oddělené prvky, jsou nejčastěji součástí složitějších měřicích přístrojů nebo instalací a při měření nemají nezávislý význam.

Převáděná hodnota přiváděná do měřicího převodníku se nazývá vstupní hodnota a výsledek převodu se nazývá výstupní hodnota. Poměr mezi nimi je dán transformační funkcí, která je její hlavní metrologickou charakteristikou.

Pro přímou reprodukci naměřené hodnoty se používají primární převodníky, které jsou přímo ovlivněny naměřenou hodnotou a ve kterých dochází k transformaci naměřené hodnoty pro její další transformaci nebo indikaci. Příkladem primárního převodníku je termočlánek v obvodu termoelektrického teploměru. Jedním typem primárního převodníku je senzor - konstrukčně samostatný primární převodník, ze kterého jsou přijímány měřicí signály ("dává" informace). Senzor může být umístěn ve značné vzdálenosti od měřicího přístroje, který přijímá jeho signály. Například senzor meteorologické sondy. V oblasti měření ionizujícího záření je detektor často označován jako senzor.

Podle povahy převodu mohou být IP adresy analogové, analogově-digitální (ADC), digitálně-analogové (DAC), to znamená, že převádějí digitální signál na analogový nebo naopak. V analogové formě znázornění může signál nabývat spojité sady hodnot, to znamená, že je spojitou funkcí měřené hodnoty. V digitální (diskrétní) podobě je reprezentován jako digitální skupiny nebo čísla. Příklady IP jsou měřicí transformátory proudu, odporové teploměry.

Měřicí přístroj - měřicí přístroj určený k získávání hodnot měřené fyzikální veličiny ve stanoveném rozsahu. Měřící zařízení předkládá informace o měření ve formě přístupné přímému vnímání pozorovatele.

Podle způsobu indikace se rozlišují indikační a záznamová zařízení. Registraci lze provádět formou průběžného záznamu naměřené hodnoty nebo tiskem odečtů přístroje v digitální podobě.

Přístroje s přímou akcí zobrazují naměřenou hodnotu na indikačním zařízení, které má dělení v jednotkách této hodnoty. Například ampérmetry, teploměry.

Komparátory jsou určeny k porovnání měřených veličin s veličinami, jejichž hodnoty jsou známé. Taková zařízení se používají pro měření s větší přesností.

Podle činnosti se měřící přístroje dělí na integrační a součtové, analogové a digitální, samozáznamové a tiskové.

Měřicí instalace a systém - soubor funkčně kombinovaných měřidel, měřících přístrojů a dalších zařízení určených k měření jedné nebo více veličin a umístěných na jednom místě (instalace) nebo na různých místech měřeného objektu (systému). Měřicí systémy jsou zpravidla automatizované a v podstatě zajišťují automatizaci procesů měření, zpracování a prezentace výsledků měření. Příkladem měřicích systémů jsou automatizované systémy monitorování radiace (ASRK) na různých zařízeních jaderné fyziky, jako jsou například jaderné reaktory nebo urychlovače nabitých částic.

Podle metrologického určení se měřidla dělí na pracovní a etalonové.

Pracovní SI měřicí přístroj určený pro měření, nesouvisející s přenosem velikosti jednotky na jiné měřicí přístroje. Pracovní měřicí přístroj lze použít i jako indikátor. Indikátor - technický nástroj nebo látka určená ke zjištění přítomnosti jakékoli fyzikální veličiny nebo překročení úrovně její prahové hodnoty. Ukazatel nemá standardizované metrologické charakteristiky. Příklady indikátorů jsou osciloskop, lakmusový papírek atd.

Etalon je měřicí přístroj určený k reprodukci a (nebo) uložení jednotky a přenosu její velikosti na jiné měřicí přístroje.

Mezi nimi je možné vyčlenit pracovní etalony různých kategorií, které byly dříve nazývány vzorovými měřicími přístroji. Standardy budou podrobněji diskutovány níže.

Klasifikace měřicích přístrojů se také provádí podle různých dalších kritérií. Například podle typů naměřených hodnot, jak je uvedeno výše v části 1.7., podle typu stupnice (s jednotnou nebo nestejnoměrnou stupnicí), podle spojení s předmětem měření (kontaktní nebo bezdotykové).

Měřidlo je technický přístroj používaný při měření, který má normalizované metrologické vlastnosti. Podrobná klasifikace měřicích přístrojů (SI) elektrických a radiotechnických veličin bude uvedena a diskutována v § 2.1. Zde se omezíme na obecnou klasifikaci měřicích přístrojů pro technické a metrologické účely, upravenou GOST 16263-70.

Podle technického určení se SI dělí na míry, měřicí přístroje, měřicí převodníky a pomocné SI. Kromě toho může kombinace různých SI tvořit měřicí instalace a systémy.

Measure - SI, určený k reprodukci fyzikální veličiny dané velikosti. Míra je nezbytná především při realizaci všech modifikací srovnávací metody, neboť právě pomocí míry se získává hodnota, jejíž hodnotu známe.

Měřicí zařízení - MI určené ke generování signálu měřicí informace (měřící signál) ve formě přístupné přímému vnímání pozorovatelem. Měřicí přístroje jsou hlavním typem SI elektrických a radiotechnických veličin studovaných v předmětu.

Měřicí převodník je MI navržený tak, aby generoval signál o naměřených informacích ve formě vhodné pro přenos, další transformaci, zpracování a ukládání, ale nepřístupný přímému vnímání pozorovatelem. Měřicí převodníky mohou být buď součástí měřicích přístrojů, nebo mohou být použity samostatně. Proto se kategorie SI zahrnující měřicí přístroje a převodníky také nazývá měřicí zařízení.

Měřicí sestava - sada funkčně integrovaných měřicích přístrojů a pomocných zařízení, určená ke generování informačních signálů měření ve formě vhodné pro přímé vnímání pozorovatelem a umístěná na jednom místě.

Měřicí systém - sada měřicích přístrojů a pomocných zařízení propojených komunikačními kanály, určená ke generování signálů informací o měření ve formě vhodné pro automatické zpracování, přenos a použití v různých řídicích systémech. Měřicí systémy jsou jednou z nejběžnějších variant informačních a měřicích systémů.

Podle metrologického určení se všechna měřidla rozlišují na měřidla etalonová, vzorová a pracovní.

Standard - SI (nebo komplex SI), který zajišťuje reprodukci a (nebo) uložení jednotky fyzikální veličiny pro převod její velikosti na nižší SI, vyrobený podle zvláštní specifikace a oficiálně schválený jako standard.

Vzorový SI je míra, měřicí zařízení nebo měřicí převodník, který má vysokou přesnost a používá se k ověření jiných SI proti nim. Jsou také schváleny jako vzorové a mají zvláštní klasifikaci.

Pracovní SI je takový SI, který se používá pro měření nesouvisející s přenosem velikosti jednotek fyzikálních veličin. Právě tato měření, nazývaná také technická, jsou v měřicí praxi nejvíce zastoupena a provádějí se ve všech fázích návrhu, výroby a provozu výrobků. Proto se dále uvažované principy konstrukce a konstrukční schémata elektrických a rádiových měřicích přístrojů týkají hlavně pracovních SI.

Metrologie, normalizace a certifikace: přednášky Demidov NV

10. Klasifikace měřidel

Měřicí přístroj (SI)- jedná se o technický nástroj nebo soubor nástrojů používaných k provádění měření a má normalizované metrologické vlastnosti. Pomocí měřicích přístrojů lze fyzikální veličinu nejen detekovat, ale i měřit.

Měřicí přístroje jsou klasifikovány podle následujících kritérií:

1) podle metod konstruktivní realizace;

2) podle metrologického účelu.

Podle metod konstruktivní implementace se měřicí přístroje dělí na:

1) míry velikosti;

2) měřicí převodníky;

3) měřicí přístroje;

4) měřicí zařízení;

5) měřicí systémy.

Míry velikosti- Jedná se o měřicí přístroje určité pevné velikosti, opakovaně použitelné pro měření. Přidělit:

1) jednoznačná opatření;

2) vícehodnotové míry;

3) soubory opatření.

Řada opatření, technicky představující jediné zařízení, v rámci kterého je možné stávající opatření různě kombinovat, se nazývá sklad opatření.

Předmět měření je porovnáván s mírou pomocí komparátorů (technických zařízení). Například balanční váha je komparátor.

Standardní vzorky (RS) patří k jednoznačným mírám. Existují dva typy standardních vzorků:

1) standardní vzorky kompozice;

2) standardní vzory vlastností.

Referenční materiál pro složení nebo materiál- jedná se o vzorek s pevnými hodnotami množství, které kvantitativně odrážejí obsah všech jeho složek v látce nebo materiálu.

Standardní vzorek vlastností látky nebo materiálu je vzorek s pevnými hodnotami veličin, které odrážejí vlastnosti látky nebo materiálu (fyzikální, biologické atd.).

Každý standardní vzorek musí před použitím nutně projít metrologickou certifikací v orgánech metrologické služby.

Referenční materiály lze aplikovat na různých úrovních a v různých oblastech. Přidělit:

1) mezistátní SO;

2) státní SO;

3) průmyslová SS;

4) SO organizace (podniku).

Měřicí převodníky (IP)- jedná se o měřicí přístroje, které vyjadřují naměřenou hodnotu prostřednictvím jiné hodnoty nebo ji převádějí na signál měřicí informace, kterou lze později zpracovat, převést a uložit. Měřicí převodníky mohou převádět naměřenou hodnotu různými způsoby. Přidělit:

1) analogové převodníky (AP);

2) digitálně-analogové převodníky (DAC);

3) analogově-digitální převodníky (ADC). Měřicí převodníky mohou zaujímat různé pozice v měřicím řetězci. Přidělit:

1) primární měřicí převodníky, které jsou v přímém kontaktu s měřeným objektem;

2) mezilehlé měřicí převodníky, které jsou umístěny za primárními převodníky. Primární měřicí převodník je technicky izolován, signály obsahující měřicí informaci z něj vstupují do měřicího obvodu. Primárním měřicím převodníkem je snímač. Konstrukčně může být snímač umístěn poměrně daleko od dalšího mezilehlého měřicího přístroje, který by měl přijímat jeho signály.

Povinnými vlastnostmi měřicího převodníku jsou normalizované metrologické vlastnosti a vstup do měřicího okruhu.

Měřící zařízení je prostředek měření, pomocí kterého se získává hodnota fyzikální veličiny patřící do pevného rozsahu. Konstrukce přístroje obvykle obsahuje zařízení, které převádí naměřenou hodnotu s jejími indikacemi do optimálně snadno srozumitelné podoby. Pro výstup naměřených informací v konstrukci zařízení slouží např. stupnice se šipkou nebo digitální indikátor, přes který se zaznamenává hodnota naměřené hodnoty. V některých případech je měřicí zařízení synchronizováno s počítačem a poté jsou informace o měření zobrazeny na displeji.

V souladu se způsobem stanovení hodnoty měřené veličiny se rozlišují:

1) přímo působící měřicí přístroje;

2) měřicí přístroje pro srovnání.

Přímo působící měřicí přístroje- jedná se o zařízení, pomocí kterých je možné získat hodnotu měřené veličiny přímo na čtecím zařízení.

Srovnávací měřicí přístroj je zařízení, pomocí kterého se získá hodnota měřené veličiny porovnáním se známou veličinou odpovídající její míře.

Měřicí přístroje mohou zobrazovat naměřenou hodnotu různými způsoby. Přidělit:

1) indikační měřicí přístroje;

2) záznamová měřící zařízení.

Rozdíl mezi nimi je v tom, že pomocí indikačního měřicího zařízení je možné pouze odečítat hodnoty naměřené hodnoty a konstrukce záznamového měřicího zařízení umožňuje i záznam výsledků měření např. diagramu nebo kresby na nějakém informačním nosiči.

Čtecí zařízení- konstrukčně izolovaná část měřicího přístroje, která je určena pro odečítání odečtů. Čtecí zařízení může být reprezentováno stupnicí, ukazatelem, displejem atd. Čtecí zařízení se dělí na:

1) zařízení pro čtení stupnice;

2) digitální čtecí zařízení;

3) registrace čtecích zařízení. Čtecí zařízení měřítka zahrnují váhu a ukazatel.

Měřítko- jedná se o systém značek a jim odpovídajících sekvenčních číselných hodnot měřené veličiny. Hlavní vlastnosti váhy:

1) počet dílků na stupnici;

2) délka dělení;

3) cena rozdělení;

4) indikační rozsah;

5) rozsah měření;

6) meze měření.

Dělení stupnice je vzdálenost od jedné značky na stupnici k další značce.

Délka divize- to je vzdálenost od jedné osy k další podél pomyslné čáry, která prochází středy nejmenších značek této stupnice.

Hodnota dílku stupnice je rozdíl mezi hodnotami dvou sousedních hodnot na dané stupnici.

Rozsah číselníku je rozsah hodnot stupnice, jehož spodní hranice je počáteční hodnota dané stupnice a horní je konečná hodnota dané stupnice.

Rozsah měření je rozsah hodnot, ve kterém je stanovena normalizovaná maximální dovolená chyba.

Limity měření je minimální a maximální hodnota měřicího rozsahu.

Téměř jednotné měřítko- jedná se o stupnici, ve které se ceny dělení neliší o více než 13 % a která má pevnou cenu dělení.

Výrazně nerovnoměrné měřítko je stupnice, ve které jsou dílky zúžené a pro jejichž dílky je hodnota výstupního signálu polovinou součtu mezí měřicího rozsahu.

Existují následující typy stupnic měřicích přístrojů:

1) jednostranné měřítko;

2) oboustranná stupnice;

3) symetrické měřítko;

4) nulová stupnice.

Jednostranné měřítko je stupnice s nulou na začátku.

oboustranná stupnice je stupnice, ve které nula není na začátku stupnice.

Symetrické měřítko je stupnice s nulou uprostřed.

Nastavení měření- jedná se o měřicí přístroj, což je soubor měr, IP, měřicích přístrojů atd., plnících obdobné funkce, sloužící k měření pevného počtu fyzikálních veličin a shromážděných na jednom místě. Pokud se měřicí sestava používá pro testování produktu, jedná se o zkušební stolici.

Měřicí systém- jedná se o měřicí přístroj, který je kombinací měr, IP, měřicích přístrojů atd., plnících obdobné funkce, umístěný v různých částech určitého prostoru a určený k měření určitého počtu fyzikálních veličin v tomto prostoru.

Podle metrologického účelu se měřidla dělí na:

1) pracovní měřicí přístroje;

2) normy.

Pracovní měřicí přístroje (RSI) jsou měřicí přístroje používané k provádění technických měření. Pracovní měřicí přístroje lze použít v různých podmínkách. Přidělit:

1) laboratorní měřicí přístroje, které se používají ve vědeckém výzkumu;

2) výrobní měřicí přístroje, které se používají při kontrole průběhu různých technologických procesů a kvality výrobků;

3) polní měřicí přístroje, které se používají při provozu letadel, vozidel a jiných technických zařízení.

Na každý jednotlivý typ pracovních měřidel jsou kladeny určité požadavky. Požadavky na laboratorní pracovní měřicí přístroje jsou vysoký stupeň přesnosti a citlivosti, pro průmyslové RSI - vysoký stupeň odolnosti proti vibracím, otřesům, změnám teploty, pro polní RSI - stabilita a správný provoz v různých teplotních podmínkách, odolnost proti vysokým úroveň vlhkosti.

Normy- jedná se o měřicí přístroje s vysokou mírou přesnosti používané v metrologických studiích k přenosu informace o velikosti jednotky. Přesnější prostředky měření přenášejí informace o velikosti jednotky a tak dále a tvoří tak jakýsi řetězec, v jehož každém dalším článku je přesnost této informace o něco menší než v předchozím.

Při ověřování měřidel se přenáší informace o velikosti jednotky. Ověřování měřidel se provádí za účelem schválení jejich vhodnosti.