Метрологические основы поверки и калибровки средств измерений

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ,

МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

 

ИНСТИТУТ ХОЛОДА И БИОТЕХНОЛОГИЙ

 

Кафедра автоматизации биотехнологических и теплофизических процессов

 

Реферат

по дисциплине «Метрология и стандартизация»

на тему: «Метрологические основы поверки и калибровки средств измерений»

 

 

 

Выполнила:

 студентка 2 курса 

факультета заочного обучения и экстерната

Семёнова Юлия Игоревна

Специальность № 260100

Шифр с331102

г. Москва ул. Молдагуловой д.15 к.1 кв. 161

 

 

2014 г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Введение…………………………………………………………………....…..…3

1.  СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ……………………………………………………...5

1.  Понятие средства измерений. Виды средств измерений………….…...5

2.  Понятие погрешностей средств измерений. Классификация погрешностей…………………………………………………………………….......9
2.   НОРМИРОВАНИЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ…………………………………………………………....…….........19

2.1    Метрологические характеристики средств измерений……………......19

2. Нормирование метрологических характеристик………………............26

 

3. Способы нормирования метрологических характеристик…....................29

 

Заключение…………………………………………………………………...…37

Список используемой литературы……………………………………..…...…39

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Метрология – наука об измерениях, о методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Под единством измерений понимают такое их состояние, при котором результаты измерений выражены в узаконенных единицах величин, и погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью.

Метрология изучает широкий круг вопросов, связанных как с теоретическими проблемами (теоретическая метрология), так и с задачами практики (практическая метрология). К основным разделам метрологии относятся: общая теория измерений, единицы физических величин и их системы, методы и средства измерений физических величин, методы оценки точности измерений, методы эталонирования. На основании теоретических положений метрологии обоснованы и стандартизированы практические рекомендации, регламентирующие все стороны измерений (законодательная и метрология).

Измерениями называют совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической ветчины, которые обеспечивают нахождение соотношения измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины. Таким образом, измерение можно определить, как экспериментальное нахождение отношения измеряемой физической ветчины к другой однородной величине, принятой за единицу.

Физической величиной называют свойство, общее в качественном отношении для многих объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого. Например, физическими ветчинами являются длина, электрический ток, напряжение, индуктивность. Количественное содержание физической величины, характеризующее конкретный объект, называют размером физической величины (размером величины). Оценку физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц называют значением физической величины.

Для организаций, разрабатывающих, производящих или применяющих СИ, одним из аспектов обеспечения качества их продукции является наличие данных о метрологических характеристик СИ, установленных с необходимой для потребителей точностью.

Метрологические характеристики СИ необходимы для оценки пригодности СИ к измерениям в известном диапазоне с известной точностью, а также для обеспечения:

• возможности установления точности измерений;
• достижения взаимозаменяемости СИ, сравнения СИ между собой и выбора нужных СИ по точности и другим характеристикам;
• определения погрешностей измерительных систем и установок на основе метрологических характеристик, входящих в них СИ.

 

1. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

 

1.1 Понятие средства измерений. Виды средств измерений

 

Средство измерения (СИ) — это техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и/или хранящее единицу физической величины (ФВ), размер которой принимается неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. Под метрологическими характеристиками (MX) понимают такие характеристики СИ, которые позволяют судить об их пригодности для измерений в известном диапазоне с известной точностью. СИ — это техническая основа метрологического обеспечения.

Классификация средств измерений (СИ):

• по степеням универсальности (универсальные, не универсальные, специализированные);
• по виду оценки параметров (допустимые (пороговые), измерительные, комбинированные);
• по назначению (контрольные, испытательные, прогнозирующие)
• по измеряемым величинам (механические, акустические, электрические, электронные, пневматические);

 по РМГ 29–99 (меры, измерительные  преобразователи, измерительные установки, измерительные приборы, измерительные системы);

• по связи с объектом (внешние, внутренние);
• по режиму работы (динамические, статические);
• по характеру использования (лабораторные, технические);
• по виду регистрирующего сигнала (показывающие, регистрирующие, самописцы, печатающие);
• по виду выходного сигнала (аналоговые, цифровые, аналого-цифровые);
• по степени автоматизации (неавтоматизированные, автоматизированные, автоматические);
• по виду преобразований сигнала (прямого действия, сравнения, промежуточные, масштабные);
• по виду приёма передачи информации (одноканальные, многоканальные);
• по виду шкалы (с равномерной шкалой, с неравномерной шкалой, с нулевой отметкой внутри шкалы, с нулевой отметкой на краю или вне шкалы);
• по поверочной схеме (рабочие, образцовые, рабочие эталоны);

Средства измерения – это техническая основа метрологического обеспечения.

Разнообразие СИ подразделяется на следующие классы: меры, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы и измерительные преобразователи (датчики).

Меры — это СИ, воспроизводящие или хранящие физическую величину заданного размера. Меры могут быть однозначными, воспроизводящими одно значение физической величины (гиря, калибр на заданный размер, образцы твердости, шероховатости, катушка сопротивления, нормальный элемент, воспроизводящий значение ЭДС), и многозначными — для воспроизведения плавно или дискретно ряда значений одной и той же физической величины (измерительный конденсатор переменной емкости, набор конечных мер, магазин емкостей, индуктивности и сопротивления, измерительные линейки).

Измерительный прибор — СИ, предназначенное для переработки сигнала измерительной информации в другие, доступные для непосредственного восприятия наблюдателем формы. Различают приборы прямого действия (амперметры, вольтметры, манометры) и приборы сравнения (компараторы).

Измерительная установка — совокупность функционально объединенных СИ и вспомогательных устройств, расположенных в одном месте. Например, поверочные установки, установки для испытания электротехнических, магнитных и других материалов. Измерительная установка позволяет предусмотреть определенный метод измерения и заранее оценить погрешность измерения.

Измерительная система — это комплекс СИ и вспомогательных устройств с компонентами связи (проводные, телевизионные и др.), предназначенный для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и/или использования в автоматических системах управления.

В отличие от измерительных установок, предусматривающих изменения режима и условий функционирования, измерительная система не воздействует на режимы работы, а предназначена только для сбора и/или хранения информации.

Все большую роль в измерениях приобретают измерительные преобразователи (датчики), предназначенные для преобразования измерительной информации в форму, удобную для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения. Это термопары, измерительные трансформаторы и усилители, преобразователи давления. По месту, занимаемому в измерительной цепи, они делятся на первичные, промежуточные и т. п. Конструктивно они выполняются либо отдельными блоками, либо составной частью СИ. Не следует отождествлять измерительные преобразователи с преобразовательными элементами. Последние не имеют метрологических характеристик, как, например, трансформатор тока или напряжения.

Конструктивно они, как правило, оформлены в самостоятельное средство измерений, встраиваемое в технические устройства. Иногда датчики являются составной частью измерительного прибора.

Все средства измерений можно классифицировать различным образом, в частности:

• По характеру измеряемых физических величин (СИ электрических, механических, радиофизических величин и т.д.);
• По типу регистрирующего устройства (аналоговые, цифровые средства измерений).

Однако наибольшее значение имеет классификация СИ по метрологическим характеристикам. В соответствии с ней все средства измерений подразделяются на рабочие, образцовые и эталоны. К рабочим относятся средства измерений, не предназначенные для воспроизведения и хранения единиц физических величин с целью передачи их размеров другим средствам измерений. К образцовым средствам измерений относятся меры, измерительные приборы (системы) или измерительные преобразователи, применяемые для передачи размеров единиц другим средствам измерений. Эталоны представляют собой средства измерений (обычно комплекс средств измерений), предназначенные для воспроизведения и (или) хранения единицы физической величины с целью передачи ее размера образцовым средствам измерений высшей точности. Эталон должен быть официально утвержден.

Всем средствам измерений присущи основные свойства: метрологические, эксплуатационные, информационные и др. Наиболее важными являются метрологические свойства (характеристики).

 

 

 

 

 

1.2 Понятие погрешностей средств измерений. Классификация погрешностей

 

Погрешность средства измерения - отклонение показания средства измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины. Оно характеризует точность результатов измерений, проводимых данным средством. Эти два понятия во многом близки друг к другу и классифицируются по одинаковым признакам.

Абсолютная погрешность СИ – разность между показательным прибором и действительным значением измеряемой величины. В качестве действительного значения измеряемой величины принимают показания эталонного средства измерения:

 

 

, (1)

 

где Х п – показание поверяемого средства измерения; Х эт – показание эталонного средства измерения (действительное значение измеряемой величины).

Относительная погрешность СИ определяется как отношение абсолютной погрешности СИ к действительному значению измеряемой величин

 

    (2)

 

где ∆Х – абсолютная погрешность СИ; Хэт – показание эталонного средства измерения.

Абсолютная погрешность выражается в единицах измеряемой физической величины и может быть задана:

1. Одним числом (линия 1 на рис. 1): А = ±а;
2. В виде линейной зависимости (линии 2 и 3): А = ±bх; А = ±(а + bх);
3. В виде функции Δ=f(х) или графика, таблицы.

 

Рисунок 1 – Формирование аддитивной и мультипликативной составляющих погрешности.

 

Если значение погрешности не изменяется во всем диапазоне измерения (линия 1), например, из-за трения в опорах, то такая погрешность называется аддитивной (или погрешностью нуля).

Если погрешность изменяется пропорционально измеряемой величине (линия 2), то ее называют мультипликативной.

В большинстве случаев аддитивная и мультипликативная составляющие присутствуют одновременно (линия 3).

Приведенная погрешность средств измерений – отношение погрешности измерительного прибора к нормирующему значению:

 

  (3)

 

где ∆ Х – абсолютная погрешность СИ; Хнорм – некоторое нормирующее значение.

Эта формула показывает, что для одного и того же СИ δ уменьшается с ростом хд приближается к ∞ при хд → 0. То есть при измерении на начальном участке шкалы с начальной нулевой отметкой погрешности измерения могут быть сколь угодно велики. Поэтому в метрологии существует принцип запрета измерений на таких участках шкалы СИ. Выбор вида нормирования погрешности зависит от характера ее изменения по диапазону измерения. Если СИ имеет только аддитивную составляющую (или мультипликативной можно пренебречь), то предел допускаемой абсолютной погрешности А = const, а δ будет изменяться по гиперболе (рисунок 1.4). В этом случае удобнее нормировать абсолютную Δ = ±а или приведенную погрешность Δ= ±(а/х) = const.

В СИ с преобладающей мультипликативной погрешностью удобнее нормировать предел допустимой относительной погрешности δ = ±с = const (смотри рисунок 1.4). Таким способом нормируют счетчики электроэнергии, мосты постоянного и переменного тока.