диапазон показаний и диапазон измерений в чем разница
Метрология
Показатели и характеристики приборов
Основные характеристики средств измерения
Приборы для линейных и угловых измерений характеризуются следующими метрологическими показателями: ценой деления или дискретностью цифрового отсчета, диапазоном измерения по шкале, пределом измерения прибора, измерительным (контактным) усилием и погрешностью.
Для полной характеристики прибора необходимо еще знать интервал деления шкалы, передаточное отношение, предельно допустимую погрешность, повторяемость показаний, гистерезис и др.
Некоторые метрологические показатели и термины определены стандартами. Другие применяются фирмами и на производстве. В обоих случаях следует знать, что они означают.
Одним из основных конструктивных элементов приборов является отсчетное устройство со шкалой или цифровым дисплеем. С помощью шкалы или цифрового дисплея передается информация об измеряемой величине в форме наиболее доступной для пользователя, называемая показания прибора.
Шкала
Шкалой называется совокупность ряда отметок (штрихов) и проставленных у некоторых из них чисел отсчета, соответствующих значениям или отклонениям измеряемой величины.
По ГОСТ 5365-83 цена деления шкалы прибора должна быть кратной цифрам 1, 2 или 5.
Ширина штрихов шкал выбирается в пределах 0,1…0,2 мм.
Разность ширин штрихов в пределах одной шкалы не должна быть больше 0,05 мм.
Длина коротких штрихов принимается равной 2-2,5 интервала деления, а длинных – 3…3,5 интервала.
Ширина конца стрелки, располагающегося над штрихами шкалы, не должна быть больше ширины штрихов. Конец стрелки должен перекрывать 0,3…0,8 длины коротких штрихов шкалы.
Особенность цифрового отсчета по сравнению со штриховыми шкалами состоит в том, что ее дискретность (наименьшее показание) меньше погрешности показаний прибора. Это объясняется десятичным характером цифрового отсчета. Это качество цифрового отсчета повышает точность настройки приборов при калибровке и настройке на нуль при относительных измерениях.
Диапазон измерения
Значение измеряемой величины, соответствующее всей шкале прибора с нормированной погрешностью, называют диапазоном измерения по шкале прибора. Диапазон измерения по шкале не всегда совпадает с пределом измерения прибора.
Чувствительность прибора
Если стрелка прибора при точных измерениях останавливается между штрихами шкалы, то отсчет производится глазомерной оценкой дробной части деления, пройденного стрелкой.
Параллакс
Для уменьшения погрешности от параллакса расстояние между отсчетным индексом и шкалой должно быть минимальным, а отсчет следует производить при наблюдении перпендикулярно плоскости шкалы.
Воспроизводимость или повторяемость
Воспроизводимость измерений может характеризоваться стандартным отклонением или средней квадратической погрешностью сравниваемых рядов измерений. Воспроизводимость несёт важную информацию для оценки погрешности измерения.
Воспроизводимость свидетельствует о правильности измерения только в том случае, если прибор не имеет систематической ошибки или если систематическая ошибка мала и ей можно пренебречь.
Погрешность показаний
Измерительное усилие
Измерительным (контактным) усилием называется сила, создаваемая механизмом прибора и действующая на измеряемую поверхность в направлении линии измерения.
Измерительное усилие обычно создается пружинами, деформации и усилия которых изменяются в зависимости от перемещения измерительного стержня прибора.
Разность между наибольшим и наименьшим значениями измерительного усилия при однонаправленном изменении значений измеряемой величины называется колебанием (перепадом) измерительного усилия.
Величина измерительного усилия и его перепад оказывают большое влияние на результат измерения, так как вызывают деформации измерительной оснастки, контролируемой поверхности и других элементов, что приводит к возникновению дополнительной поверхности.
По этой причине всегда стремятся к уменьшению измерительного усилия и его перепада, но в ограниченных пределах, поскольку слишком малое измерительное усилие может привести к отрыву наконечника от контролируемой поверхности, т.е. к ненадежности измерения, особенно при динамических измерениях на больших скоростях.
Нормальное значение температуры
Для измерительных инструментов, приборов и деталей машин ГОСТ 9249-59 установлено нормальное значение температуры, равное 20 ˚С. Именно при этой температуре действительны все размеры, меры, метрологические характеристики измерительных приборов, результаты измерении и т.п.
Степень защиты измерительных приборов
Примечание: точками обозначены недостающие цифры в обозначении степени защиты от другого вредного фактора.
ЧИТАТЬ КНИГУ ОНЛАЙН: Метрология, стандартизация и сертификация: конспект лекций
НАСТРОЙКИ.
СОДЕРЖАНИЕ.
СОДЕРЖАНИЕ
А. С. Якорева, В. А. Бисерова, Н. В. Демидова
Метрология, стандартизация и сертификация: конспект лекций
ЛЕКЦИЯ № 1. Метрология
1. Предмет и задачи метрологии
С течением мировой истории человеку приходилось измерять различные вещи, взвешивать продукты, отсчитывать время. Для этой цели понадобилось создать целую систему различных измерений, необходимую для вычисления объема, веса, длины, времени и т. п. Данные подобных измерений помогают освоить количественную характеристику окружающего мира. Крайне важна роль подобных измерений при развитии цивилизации. Сегодня никакая отрасль народного хозяйства не могла бы правильно и продуктивно функционировать без применения своей системы измерений. Ведь именно с помощью этих измерений происходит формирование и управление различными технологическими процессами, а также контролирование качества выпускаемой продукции. Подобные измерения нужны для самых различных потребностей в процессе развития научно—технического прогресса: и для учета материальных ресурсов и планирования, и для нужд внутренней и внешней торговли, и для проверки качества выпускаемой продукции, и для повышения уровня защиты труда любого работающего человека. Несмотря на многообразие природных явлений и продуктов материального мира, для их измерения существует такая же многообразная система измерений, основанных на очень существенном моменте – сравнении полученной величины с другой, ей подобной, которая однажды была принята за единицу. При таком подходе физическая величина расценивается как некоторое число принятых для нее единиц, или, говоря иначе, таким образом получается ее значение. Существует наука, систематизирующая и изучающая подобные единицы измерения, – метрология. Как правило, под метрологией подразумевается наука об измерениях, о существующих средствах и методах, помогающих соблюсти принцип их единства, а также о способах достижения требуемой точности.
Происхождение самого термина «метрология» возводя! к двум греческим словам: metron, что переводится как «мера», и logos – «учение». Бурное развитие метрологии пришлось на конец XX в. Оно неразрывно связано с развитием новых технологий. До этого метрология была лишь описательным научным предметом. Следует отметить и особое участие в создании этой дисциплины Д. И. Менделеева, которому подевалось вплотную заниматься метрологией с 1892 по 1907 гг… когда он руководил этой отраслью российской науки. Таким образом, можно сказать, что метрология изучает:
1) методы и средства для учета продукции по следующим показателям: длине, массе, объему, расходу и мощности;
2) измерения физических величин и технических параметров, а также свойств и состава веществ;
3) измерения для контроля и регулирования технологических процессов.
Выделяют несколько основных направлений метрологии:
1) общая теория измерений;
2) системы единиц физических величин;
3) методы и средства измерений;
4) методы определения точности измерений;
5) основы обеспечения единства измерений, а также основы единообразия средств измерения;
6) эталоны и образцовые средства измерений;
7) методы передачи размеров единиц от образцов средств измерения и от эталонов рабочим средствам измерения. Важным понятием в науке метрологии является единство измерений, под которым подразумевают такие измерения при которых итоговые данные получаются в узаконенных единицах, в то время как погрешности данных измерений получены с заданной вероятностью. Необходимость существования единства измерений вызвана возможностью сопоставления результатов различных измерений, которые были проведены в различных районах, в различные временные отрезки, а также с применением разнообразных методов и средств измерения.
Следует различать также объекты метрологии:
1) единицы измерения величин;
2) средства измерений;
3) методики, используемые для выполнения измерений и т. д.
Метрология включает в себя: во—первых, общие правила, нормы и требования, во—вторых, вопросы, нуждающиеся в государственном регламентировании и контроле. И здесь речь идет о:
1) физических величинах, их единицах, а также об их измерениях;
2) принципах и методах измерений и о средствах измерительной техники;
3) погрешностях средств измерений, методах и средствах обработки результатов измерений с целью исключения погрешностей;
4) обеспечении единства измерений, эталонах, образцах;
5) государственной метрологической службе;
6) методике поверочных схем;
7) рабочих средствах измерений.
В связи с этим задачами метрологии становятся: усовершенствование эталонов, разработка новых методов точных измерений, обеспечение единства и необходимой точности измерений.
Очень важным фактором правильного понимания дисциплины и науки метрология служат использующиеся в ней термины и понятия. Надо сказать, что, их правильная формулировка и толкование имеют первостепенное значение, так как восприятие каждого человека индивидуально и многие, даже общепринятые термины, понятия и определения он трактует по—своему, используя свой жизненный опыт и следуя своим инстинктам, своему жизненному кредо. А для метрологии очень важно толковать термины однозначно для всех, поскольку такой подход дает возможность оптимально и целиком понимать какое— либо жизненное явление. Для этого был создан специальный стандарт на терминологию, утвержденный на государственном уровне. Поскольку Россия на сегодняшний момент воспринимает себя частью мировой экономической системы, постоянно идет работа над унификацией терминов и понятий, создается международный стандарт. Это, безусловно, помогает облегчить процесс взаимовыгодного сотрудничества с высокоразвитыми зарубежными странами и партнерами. Итак, в метро логии используются следующие величины и их определения:
1) физическая величина, представляющая собой общее свойство в отношении качества большого количества физических объектов, но индивидуальное для каждого в смысле количественного выражения;
2) единица физической величины, что подразумевает под собой физическую величину, которой по условию присвоено числовое значение, равное единице;
3) измерение физических величин, под которым имеется в виду количественная и качественная оценка физического объекта с помощью средств измерения;
4) средство измерения, представляющее собой техническое средство, имеющее нормированные метрологические характеристики. К ним относятся измерительный прибор, мера, измерительная система, измерительный преобразователь, совокупность измерительных систем;
5) измерительный прибор представляет собой средство измерений, вырабатывающее информационный сигнал в такой форме, которая была бы понятна для непосредственного восприятия наблюдателем;
6) мера – также средство измерений, воспроизводящее физическую величину заданного размера. Например, если прибор аттестован как средство измерений, его шкала с оцифрованными отметками является мерой;
7) измерительная система, воспринимаемая как совокупность средств измерений, которые соединяются друг с другом посредством каналов передачи информации для выполнения одной или нескольких функций;
8) измерительный преобразователь – также средство измерений, которое производит информационный измерительный сигнал в форме, удобной для хранения, просмотра и трансляции по каналам связи, но не доступной для непосредственного восприятия;
9) принцип измерений как совокупность физических явлений, на которых базируются
Термин: Диапазон измерений
Диапазон измерений – это область значений величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерений. Примечание – Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу и сверху (слева и справа), называют соответственно нижним пределом измерений или верхним пределом измерений. Это общепринятое (согласно РМГ 29-99) определение диапазона измерения по смыслу достаточно очевидно. Но при решении практических задач измерения значений физической величины имеется целый ряд особенностей конкретных приборов, связанных с диапазоном измерения. Кратко разберём эти особенности.
Для приборов с двуполярным диапазоном измерения верхний предел измерения по модулю может быть не равен нижнему.
В некоторых приборах диапазон измерения разбит на поддиапазоны. Смена поддиапазонов измерения происходит автоматически, по команде или ручным способом, но в процессе смены поддиапазона измерения, как правило, приостанавливаются.
У некоторых приборов реальный диапазон показаний превышает диапазон измерений, в котором нормированы допускаемые пределы погрешности прибора. Это связано не только с количеством разрядов индикатора, но и с некоторым технологическим запасом, который может быть заложен в данный прибор.
Несмотря на то, что у большинства приборов предельно допустимый входной диапазон превышает диапазон измерений, как минимум, не рекомендуется постоянно эксплуатировать прибор при значении измеряемой физической величины вблизи границ предельно допустимого диапазона.
Для приборов, измеряющих среднеквадратическое значение (СКЗ) переменной физической величины также указывают диапазон измерений СКЗ этой величины, но нередко не указывают реальный рабочий диапазон пиковых (амплитудных) значений этой величины. Это связано с тем, что СКЗ на приборы нормируют либо на синусоидальном сигнале, либо на тестовых измерительных сигналах специального (стандартного) вида. При этом, в тракт измерения прибора закладывают технологический запас по амплитудным значениям измеряемой величины, исходя из стандартных требований для данной области применения. Заметим, что, чем шире полоса частот реального измеряемого сигнала, тем больше диапазон амплитудных значений сигнала по отношению к СКЗ этого сигнала. Таким образом, в случае резко нестандартного сигнала, его амплитудное значение может ограничиться внутри прибора, при том, что СКЗ, измеренное с большой ошибкой, может остаться в рабочем диапазоне. В данной случае, эта ошибка вызвана нелинейностью тракта преобразования из-за превышения входного диапазона сигнала.
Указание в характеристиках прибора входного диапазона измерения СКЗ сигнала при заданном максимальном коэффициенте амплитуды сигнала даёт возможность оценить запас по диапазону измерения данного входа прибора для сигнала общего вида.
Основы стандартизации, сертификации и метрологии (стр. 9 )
 | Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
Относительной погрешностью характеризуют обычно точность измерений, выполняемых дифференциальным или нулевым методом, например, при измерении частоты, сопротивления, индуктивности или емкости.
Диапазон измерений СИ – область значений величины, в пределах которой нормированы (официально установлены) допускаемые пределы погрешности СИ. Нельзя путать диапазон измерений с диапазоном показаний.
Диапазон показаний – область значений шкалы, ограниченная конечным и начальным значением шкалы. На рис. 10 диапазон показаний СИ совпадает с диапазоном измерений. Если предположить, что шкала данного прибора ограничена значениями от минус 50 до 50, то диапазон измерений (от минус 30 до 30) не будет совпадать с диапазоном показаний (от минус 50 до 50).
Пример. Найти значение абсолютной, относительной и приведенной погрешности вольтметра с верхним пределом измерений 150 В, если при действительном значении измеряемого напряжения 120,6 В показание вольтметра составило 120 В.
Исходя из условия задачи, идентифицируем основные понятия и их числовые значения. Нормирующее значение в данном случае равно верхнему пределу измерений вольтметра Хн=150 В, действительное значение измеряемой величины Хд=120,6 В, измеренное значение величины Х=120 В.
Тогда, используя выше рассмотренные формулы, получаем:
6.9. Класс точности средств измерений
Погрешность, вносимая средством измерений в результат измерения, определяется исходя из класса точности используемого средства измерения.
Класс точности СИ – это обобщенная характеристика данного СИ, определяемая пределами основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками СИ, влияющими на точность, значения которых устанавливаются в стандартах или в другой технической документации, утвержденной в установленном порядке. Класс точности обычно выражается числом и выбирается из ряда значений, установленных в ГОСТ 8.401-80:
Основной погрешностью называется погрешность средства измерений, соответствующая нормальным условиям применения средств измерений. Нормальные условия устанавливаются ГОСТ 8.395-80 «ГСИ. Нормальные условия измерений при поверке. Общие технические требования» и составляют: температура (20 ± 5) ° С или (293 ± 5) К, влажность (65 ± 15) %, давление (100 ± 4) кПа или (750 ± 30) мм рт. ст. Наибольшая основная погрешность средств измерений, при которой средство измерений по техническим требованиям может быть признано годным и допущено к применению, называется пределом допускаемой основной погрешности.
Дополнительной погрешностью называется составляющая погрешности средства измерений, возникающая вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин (внешней температуры, влажности и т. п.) от нормального ее значения или вследствие ее выхода за пределы, установленные для нормальных условий. При этом наибольшая дополнительная погрешность, вызываемая изменением влияющей величины в пределах «рабочей» области, при которой средство измерений по техническим требованиям может быть допущено к применению, называется пределом допускаемой дополнительной погрешности.
СИ должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к метрологическим характеристикам, установленным для присвоенного им класса точности. Метрологические характеристики, определяемые классами точности, нормируют следующим образом. Пределы основной и дополнительной погрешностей выражаются в форме приведенных, относительных и абсолютных погрешностей в зависимости от характера изменения погрешности в пределах диапазона измерений, а также от условий применения и назначения СИ конкретного вида. Пределы допускаемых погрешностей выражают в форме:
— приведенных погрешностей, если указанные границы можно полагать практически неизменными в пределах диапазона измерений. Например, пределы допускаемых погрешностей показывающих амперметров выражают в форме приведенных погрешностей, так как границы погрешностей средств измерений данного типа практически неизменны в пределах диапазона измерений;
— относительных погрешностей, если указанные границы нельзя полагать постоянными;
— абсолютных погрешностей (т. е. в единицах измеряемой величины или в делениях шкалы средств измерений), если погрешность результатов измерений в данной области измерений принято выражать в единицах измеряемой величины или в делениях шкалы. Например, пределы допускаемых погрешностей мер массы (длины) выражают в форме абсолютных погрешностей, так как погрешности результатов измерений массы (длины) принято выражать в единицах массы (длины).
Согласно ГОСТ 8.401-81, классы точности для различных средств измерений выражаются одним числом или дробью, указывающими предельное значение допускаемой погрешности. Пределы допускаемых абсолютной и относительной погрешностей выражаются в форме абсолютной, относительной и приведенной погрешностей, приведенных в табл. 5.
Пределы допускаемых погрешностей, выраженные в форме абсолютных (относительных) погрешностей, устанавливают:
— по формулам (1) и (2), если границы абсолютных погрешностей можно полагать практически неизменными;
— по формуле (4), если границы относительных погрешностей можно полагать практически неизменными;
— по формулам (2) и (5), если границы абсолютных погрешностей можно полагать изменяющимися практически линейно;
— в виде функции, графика или таблицы, если границы погрешностей необходимо принять изменяющимися нелинейно.
Обозначение классов точности в документации и на средствах измерений
Формула для
опре-деления пределов допускаемой основной погрешности
Пределы
допускаемой основной погрешности
1.5.2. Нормируемые метрологические характеристики
Нормируемые метрологические характеристики (НМХ) – характеристики СрИзм, предназначенные для обеспечения единства измерения с требуемой точностью и устанавливаемые нормативными и/или техническими документами.
Содержание:
Отметка шкалы
Штрих или иное условное обозначение на шкале СрИзм. Например, отметкой шкалы на линейке, на циферблатных весах служит штрих. Отметка шкалы может отсутствовать на цифровых, печатающих и иных СрИзм.
Цена деления
Разность значений величины, соответствующей двум соседним отметкам шкалы. Например, цена деления линейки может быть 1 мм, 1 см, 5 см и т.д., цена деления циферблатных весов 5 или 10 г.
Диапазон показаний (ДП)
Область значения шкалы, ограниченная начальным конечным значениям шкалы. Например, школьная линейка может иметь диапазон показаний от 0 до 30,3 или 50,3 см; циферблатные весы ВНУ от 0 до 1 кг. Диапазон показаний эталона мтра (экземпляр № 28), переданного в 1889 г. России составлял 1,02 м, а диапазон измерений – 1 м.
Диапазон измерений (ДИ)
Оласть значения измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности. Например, диапазон измерений на циферблатных весах составляет от 5 г до 5 или 10 кг. Диапазон измерений не всегда совпадает с диапазоном показаний, а может быть больше или меньше последнего. Об этом свидетельствуют диапазоны показаний и измерений циферблатных весов (ДИ>ДП), эталоны метра – экземпляра № 28 (ДИ