СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ, ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ Лекция 5 План лекции: 1. Классификация средств измерений. 2. Метрологические характеристики СИ. 3. Классы точности. - презентация

1 СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ, ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ Лекция 5 План лекции: 1. Классификация средств измерений. 2. Метрологические характеристики СИ. 3. Классы точности. 4. Выбор средств измерений.

2 2 МИ Кодификатор групп средств измерений Виды средств измерений По степени универсальности По назначению По измеряемым величинам По РМГ По связи с объектом По режиму работы По характеру использования По виду регистрации сигнала По виду выходного сигнала По степени автоматизации и По виду преобразован ия сигнала По виду приема передачи информации По виду шкалы По поверочной схеме По виду оценки параметров Показывающие Регистрирующие Самописцы Печатающие Аналоговые Цифровые Аналогово- цифровые Неавтоматизирова нные Автоматизированн ые Автоматические Прямого действия Сравнения Интегрирующие Одноканальные Многоканальные С равномерной шкалой С неравномерной шкалой С нулевой отметкой внутри шкалы С нулевой отметкой на краю или вне шкалы Рабочие Образцовые Рабочие эталоны Специализированные Универсальные Допусковые Измерительные Комбинированные Диагностические Прогнозирующие Контрольные Испытательные Механические Гидравлические Пневматические Акустические Электрические Электронные Прочие и комбинированные Измерительные системы Измерительные установки Измерительные приборы Измерительные преобразователи Встроенные Внешние Динамические Статические Лабораторные Технические

3 3 Средства измерений лекция 5 1 Классификация Средства измерений Меры ФВ Средства сравнения Измерительные преобразователи Измерительные приборы Измерительные установки Измерительные системы Информационные ИСКонтролирующие ИСУправляющие ИС Измерительно- вычислительные ИС

4 4 Средства измерений лекция 5 1 Классификация По метрологическому назначению Рабочие СИ Средства измерений эталоны лабораторные производственные полевые первичный вторичный Рабочий (разрядный)

5 5 Средства измерений лекция 5 2 Метрологические характеристики Метрологическая характеристика средства измерения это характеристика одного из свойств средства измерения, влияющая на результат измерения и на его погрешность. Метрологические характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называют нормируемыми метрологическими характеристиками, а определяемые экспериментально действительными метрологическими характеристиками. Перечень метрологических характеристик, правила выбора комплекса нормируемых метрологических характеристик для средств измерений и способы их нормирования изложены в ГОСТ «ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений».

6 6 Средства измерений лекция 5 2 Метрологические характеристики метрологические показатели Длина деления шкалы это расстояние между серединами двух соседних отметок (штрихов, точек и т. п.) шкалы. Цена деления шкалы это разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы (у микрометра она равна 0,01 мм). Градуировочная характеристика зависимость между значениями величин на выходе и входе средства измерений. Диапазон показаний область значений шкалы, ограниченная конечным и начальным значениями шкалы, то есть наибольшим и наименьшим значениями измеряемой величины.

7 7 Средства измерений лекция 5 2 Метрологические характеристики Диапазон измерений область значений измеряемой величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерения. Чувствительность прибора отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к изменению измеряемой величины (сигнала) на входе. Так, если изменение измеряемой величины составило Δd = 0,01 мм, что вызвало перемещение стрелки показывающего устройства на Δl= 10 мм, то абсолютная чувствительность прибора составляет S = Δl/Δd = 10/0,01 = Для шкальных измерительных приборов абсолютная чувствительность численно равна передаточному отношению.

8 8 Средства измерений лекция 5 2 Метрологические характеристики Вариация (нестабильность) показаний прибора алгебраическая разность между наибольшим и наименьшим результатами измерений при многократном измерении одной и той же величины в неизменных условиях. Стабильность средства измерений свойство, выражающее неизменность во времени его метрологических характеристик (показаний).

9 9 Средства измерений лекция 5 2 Метрологические характеристики

10 10 Средства измерений лекция 5 3 Классы точности Класс точности обобщенная характеристика точности СИ. В соответствии с ГОСТ «ГСИ. Классы точности средств измерений. Общие требования», классы точности устанавливаются для СИ, у которых погрешность нормируется в виде пределов допускаемой основной и дополнительных погрешностей. Классы точности присваиваются СИ при их разработке по результатам метрологической аттестации и подтверждаются (или не подтверждаются) при периодических поверках СИ в процессе эксплуатации.

11 11 Средства измерений лекция 5 3 Классы точности Способ выражения предела допускаемой основной погрешности определяется назначением СИ и характером изменения погрешности в пределах диапазона измерения. 1. СИ, для которых преобладает аддитивная составляющая погрешности; 2. СИ, для которых преобладает мультипликативная составляющая погрешности; 3. СИ, для которых необходимо учитывать обе (аддитивную и мультипликативную) составляющие погрешности.

12 12 Средства измерений лекция 5 3 Классы точности 1 В группе СИ, для которых преобладает аддитивная составляющая погрешности, предел допускаемой абсолютной погрешности: ΔХ =±а, где а = const. В ряде случаев оказывается удобно нормировать предел допускаемой абсолютной основной погрешности. Класс точности в этом случае принято обозначать путем указания числа а (как, например, для микрометра ±а = 0,01 мм) либо в виде условных обозначений, в качестве которых используют римские цифры или прописные буквы латинского алфавита. Причем классам точности, которым соответствуют меньшие пределы допускаемых погрешностей, должны соответствовать меньшие цифры или буквы, находящиеся ближе к началу алфавита.

13 13 Если СИ имеют разные диапазоны измерений или являются многопредельными, то более удобно нормировать предел допускаемой основной приведенной погрешности γ и выражать его в процентах: где N нормирующее значение. Средства измерений лекция 5 3 Классы точности

14 14 Средства измерений лекция 5 3 Классы точности Нормирующее значение выбирается в зависимости от особенностей конкретного СИ. В соответствии с ГОСТ нормирующее значение принимают равным: конечному значению шкалы прибора Х К для СИ с равномерной шкалой, практически равномерной и степенной шкалой, если нулевая отметка находится на краю или вне шкалы (например, для амперметра со шкалой A, N=X K = 10 А); сумме конечных значений шкалы прибора (без учета знаков), если нулевая отметка находится внутри шкалы (например, для миллиамперметра со шкалой мА, N=X Kl + Х К214 = = 150 мА);

15 15 Средства измерений лекция 5 3 Классы точности номинальному значению измеряемой величины, если таковое установлено (например, для частотомера, предназначенного для контроля частоты питающей сети со шкалой Гц, N = Х ном = 50 Гц); длине шкалы (выраженной в мм), если шкала имеет резко сужающиеся деления (логарифмические, гиперболические шкалы, как, например, шкала омметра). Для приборов со шкалой, градуированной в единицах ФВ, для которой принята шкала с условным нулем (например, для приборов, измеряющих температуру в градусах Цельсия), нормирующее значение принимается равным разности конечного и начального значений шкалы (т. е. диапазону измерений N=X K -X H ).

16 16 Средства измерений лекция 5 3 Классы точности Конкретное значение приведенной погрешности для присвоения СИ класса точности следует выбирать из ряда предпочтительных чисел, регламентированного ГОСТ (выбирается ближайшее число со стороны больших значений). Класс точности указывается в технической документации на СИ и в виде условного обозначения наносится на шкалу или корпус измерительного прибора. Если для СИ нормируется предел допускаемой основной приведенной погрешности, то условное обозначение класса точности представляет собой само число γ, выраженное в процентах (например, 0,5 или 2,0). 2,0 4,0 Для СИ с резко нелинейной шкалой (когда нормирующее значение N равно длине шкалы) условное обозначение класса точности имеет вид

17 17 Средства измерений лекция 5 3 Классы точности 2. В группе СИ, для которых преобладает мультипликативная составляющая погрешности, предел допускаемой абсолютной погрешности можно записать в следующем виде: ΔХ = ±bХ, где b положительное число, не зависящее от X. Переходя к относительным погрешностям:

18 18 Средства измерений лекция 5 3 Классы точности Для СИ этой группы числовое значение b, выраженное в процентах, выбирается из того же ряда предпочтительных чисел и указывается в технической документации в качестве класса точности. Условное обозначение класса точности на шкале или на корпусе прибора имеет вид, например 1,02,5

19 19 Средства измерений лекция 5 3 Классы точности 3 В группе СИ, для которых необходимо учитывать как аддитивную, так и мультипликативную составляющие погрешности, предел допускаемой абсолютной погрешности можно выразить в виде суммы двух членов: ΔХ = ±(а + b Х), Где X значение измеряемой величины; а и b положительные числа, не зависящие от X. Предел допускаемой основной погрешности для приборов этой группы нормируется по величине приведенной погрешности. Нормирующей величиной является конечное значение шкалы Х К, но приведенная погрешность определяется в двух точках шкалы: при Х= О (начальная отметка шкалы) и при Х= Х К (конечная отметка шкалы).

20 20 Средства измерений лекция 5 3 Классы точности Приведенная погрешность для любой точки шкалы (в процентах) где γ н приведенная погрешность в начале шкалы; γ к приведенная погрешность в конце шкалы.

21 21 Средства измерений лекция 5 3 Классы точности Числовые значения γ н и γ к, выраженные в процентах, выбираются из ряда чисел, регламентированных ГОСТом, и приводятся в технической документации в качестве класса точности СИ, имеющего аддитивную и мультипликативную составляющие погрешности. Условное обозначение класса точности на шкале или на корпусе прибора имеет вид дроби

22 22 Средства измерений лекция 5 3 Классы точности Для средств измерения этой группы предел допускаемой основной абсолютной и предел допускаемой основной относительной погрешностей можно записать

23 23 Средства измерений лекция 5 4 Выбор средства измерений 1. Выбор СИ по коэффициенту уточнения. Это самый простой способ, предусматривающий сравнение точности измерения и точности изготовления объекта контроля. Здесь предусматривается введение коэффициента уточнения К Т (коэффициента закона точности) при известном допуске Т и предельном значении [Δизм ] погрешности измерения В соответствии с ГОСТ значения пределов допускаемый погрешностей [Δ изм ] для линейных размеров задаются в зависимости от допусков и квалитета (по таблицам) как [Δизм ]=(0,20-0,35)Т=ρТ

24 24 Средства измерений лекция 5 4 Выбор средства измерений Для линейных размеров указанное соотношение между [Δ изм ] и Т от 20 до 35% соответствует К Т =2,5-1,4. При выборе СИ по величине К Т необходимо иметь соответствующие справочные данные о погрешностях конкретных СИ. Если измеряемый размер попадает в стандартизированный ГОСТ интервал 0…500 мм, то используют среднее значение Кт.ср=(2,5+1,4)/2, а предел основной допускаемой погрешности СИ находят как Затем по таблицам выбирают ближайшее СИ с такой погрешностью.

25 25 Средства измерений лекция 5 4 Выбор средства измерений 2. Выбор СИ по принципу безошибочности контроля предполагает предварительную оценку вероятности ошибок первого и второго рода. Оценивают (или обосновано задают) законы распределения контролируемого параметра и погрешности измерения. Задают соответствующие вероятности ошибок первого и второго рода. По таблицам (справочные данные) находят соответствующее значение коэффициента уточнения К Т. При известном допуске на параметр выбирают СИ по таблицам.

26 26 Средства измерений лекция 5 4 Выбор средства измерений 3. Выбор СИ с учетом безошибочности контроля и его стоимости осуществляется как метод оптимизации по критериям точности (классу точности γ или абсолютной предельной погрешности Δси) СИ, его стоимости Сси и достоверности измерения. 4. Выбор СИ по технико-экономическим показателям является предпочтительным при эксплуатационном контроле ТС, поскольку позволяет принять во внимание как метрологические характеристики СИ, так и технико-экономические показатели эксплуатации самой ТС с учетом её ресурса, межконтрольной наработки, издержки на ТО и ремонт. В основу метода положен критерий оптимизации точности измерения, устанавливающий связь между точностью и удельными издержками на контрольно- диагностические операции с учетом дополнительных ТО и ремонтов ТС из-за погрешностей в оценке параметров её технического состояния.