Н.Г. Розенко Метрологія

Вимірювання фізичних величин, полягає у зіставленні будь-якої величини з однорідною величиною, прийнятої за одиницю. У метрології використовується термін "вимірювання", під яким розуміється знаходження значення фізичної величини досвідченим шляхом за допомогою спеціальних технічних засобів.

Вимірювання, які виконуються за допомогою спеціальних технічних засобів, називають інструментальними. Найпростішим прикладом таких вимірювань є визначення розміру деталі лінійкою з діленнями, тобто порівняння розміру деталі з одиницею довжини, що зберігається лінійкою.

Похідним від терміна "вимірювання" є термін "вимірювати", який широко використовується на практиці. Трапляються терміни "міряти", "обміряти", "заміряти", але застосування їх у метрології неприпустимо.

Для упорядкування вимірювальної діяльності вимірювання класифікують за такими ознаками:

Загальним прийомам отримання результатів – прямі, непрямі, сумісні, сукупні;

Число вимірювань у серії – одноразові та багаторазові;

Метрологічне призначення – технічні, метрологічні;

Характеристики точності – рівноточні та нерівноточні;

Відношення до зміни вимірюваної величини - статистичні та динамічні;

Вираженню результату вимірювань – абсолютні та відносні;

Прямі виміри - виміри, у яких шукане значення величини знаходять безпосередньо з досвідчених даних (вимірювання маси на терезах, температури термометрів, довжини з допомогою лінійних заходів). При прямих вимірах об'єкт дослідження приводять у взаємодію із засобами вимірів і за показаннями останнього відраховують значення вимірюваної величини. Іноді показання приладу множать на коефіцієнт, вводять відповідні поправки тощо. буд. Ці виміри можна записати як рівняння: Х = З · Х П,

де Х – значення вимірюваної величини прийнятих нею одиницях;

С - ціна розподілу шкали або одиничного показання цифрового відлікового пристрою в одиницях вимірюваної величини;

Х П – відлік індикаторного пристрою в поділах шкали.

Непрямі вимірювання-вимірювання, при яких шукане значення знаходять на підставі відомої залежності між цією величиною та величинами, отриманими прямими вимірами (визначення щільності однорідного тіла за його масою та геометричними розмірами, питомого електричного опору провідника з його опору, довжини та площі поперечного перерізу). У випадку цю залежність можна як функції Х = (X1,X2,....,Xn), у якій значення аргументів Х1, Х2, ….,Хn знаходять у результаті прямих, котрий іноді непрямих, спільних чи сукупних вимірів .

Наприклад, щільність однорідного твердого тіла знаходять як відношення маси m до його об'єму V , а масу і об'єм тіла вимірюють безпосередньо: ρ=m/V.

Для підвищення точності вимірювань щільності ρ вимірювання маси m та об'єму V виробляють багаторазово. В цьому випадку щільність тіла

ρ = m/V , m – результат вимірювання маси тіла, m = 1/n Σ m i ;

V=ΣVi/n - результат виміру об'єму тіла Π.

Сукупні виміри-виміри кількох однорідних величин, у яких шукане значення величин знаходять рішенням системи рівнянь, одержуваних при прямих вимірах різних поєднань цих величин (вимірювання у яких маса окремих гир набору перебувають у відомій масі однієї з них і за результатами прямих порівнянь мас різних поєднань гирь ).

Спільні виміри- одночасні виміри двох або кількох різноіменних величин для знаходження залежності між ними (виміри збільшення довжини зразка, що проводяться одночасно, залежно від змін його температури і визначення коефіцієнта лінійного розширення).

Спільні та сукупні виміри за способами знаходження значень вимірюваних величин дуже близькі. Відмінність ж у тому, що з сукупних вимірах одночасно вимірюють кілька однойменних величин, а за спільних - різноіменних. Значення вимірюваних величин х1, ..., хп визначають виходячи з сукупних рівнянь;

F1 (X1, ..., Хm, Х11, ..., Х1n);

F2 (X1, ..., Хm, Х21, ..., Х1n);

Fn (X1, ..., Хm, Хk1, ..., Хkn),

де Х11, Х21, ……………..Хk n - величини, що наміряються прямими методами.

Спільні виміри ґрунтуються на відомих рівняннях, що відбивають існуючі у природі зв'язку між властивостями об'єктів, тобто. між величинами.

Абсолютні виміри-виміри, засновані на прямих вимірах однієї або декількох основних величин і використання фізичних констант.

Відносні виміри-одержання відношення величини до однойменної величини, що грає роль одиниці, або зміна величини по відношенню до однойменної величини, що приймається за вихідну.

Одноразові виміри-вимірювання, що виконується один раз (вимірювання конкретного часу по годинах).

Багаторазові виміри-виміри однієї і тієї ж фізичної величини, результат яких отримують з кількох наступних один за одним вимірів. Зазвичай багаторазовими вимірами вважаються ті, що виробляються понад три рази.

Технічні виміри- виміри, виконувані з допомогою робочих засобів вимірювань з метою контролю та управління науковими експериментами, контролю параметрів виробів тощо. (Вимірювання тиску повітря в автомобільній камері).

Метрологічні вимірювання - вимірювання за допомогою еталонів та зразкових засобів вимірювань з метою нововведення одиниць фізичних величин або передачі їх розмірів робочим засобам вимірювань.

Рівноточні виміри- ряд вимірів будь-якої величини, виконаних однаковими за точністю засобами вимірів в одних і тих же умовах.

Нерівноточні виміри- ряд вимірів будь-якої величини, виконаних різними за точністю із засобами вимірів й у різних умовах.

Статичні виміри-виміри фізичної величини, що приймається відповідно до конкретної вимірювальної задачі за незмінну протягом часу виміру (вимірювання розміру деталі при нормальній температурі).

Динамічні виміри-виміри фізичної величини, розмір якої змінюється з часом (вимірювання відстані до рівня землі з літака, що знижується) .

Засоби вимірювань

Засоби вимірів - це технічні засоби, що використовуються при вимірах та мають нормовані метрологічні властивості. Від засобів вимірів залежить правильне визначення значення вимірюваної величини у процесі її вимірів. До засобів вимірювання відносять: заходи: вимірювальні прилади, вимірювальні установки, вимірювальні системи.

Міра – засіб вимірювань, призначений для відтворення фізичної величини заданого розміру (гиря – міра маси, генератор – міра частоти електричних коливань). Заходи, у свою чергу, поділяють на однозначні та багатозначні.

Однозначна міра-міра, що відтворює фізичну величину одного розміру (плоскопаралельна кінцева міра довжини, нормальний елемент, конденсатор постійної ємності),

багатозначна міра - міра, що відтворює Ряд однойменних фізичних величин різного розміру (лінійка: міліметровими поділами, конденсатор змінної ємності).

Набір заходів - спеціально підібраний комплект заходів, що застосовуються не лише окремо, а й у різних поєднаннях з метою відтворення ряду однойменних величин різного розміру (набір гирь, набір плоскопаралельних кінцевих заходів довжини).

Вимірювальний прилад засіб вимірювання, призначений для вироблення сигналу вимірювальної інформації у формі, доступної для безпосереднього сприйняття спостерігачем. Результати вимірювань видаються відліковими пристроями приладів, які можуть бути шкальними, цифровими та реєструючими.

Шкальні відлікові пристрої складаються з шкали, що представляє собою сукупність відміток і чисел, що зображують ряд послідовних значень величини, що вимірювається, і покажчика (стрілки, електронного променя та інших), пов'язаного з рухомою системою приладу.

Позначки шкали з представленими числовими значеннями називають числовими відмітками шкали. Основні характеристики шкали - довжина розподілу шкали, що виражається відстанню між осями двох сусідніх штрихів шкали, і ціна розподілу шкали, що представляє значення вимірюваної величини, що викликає переміщення вказівника на один розподіл.

Прийнято також виділяти поняття: діапазон вимірювань та діапазон показань.

Діапазон вимірювань є частиною діапазону показань, для якого нормовані межі похибок засобів вимірювань, що допускаються. Найменше та найбільше значеннядіапазону вимірювань називають відповідно нижньою та верхньою межами вимірювань.

Значення величини, що визначається за відліковим пристроєм засобу вимірювань і виражене в одиницях прийнятих цієї величини, називають показанням засобу вимірювань.

Виміряне значення визначається або шляхом множення кількості поділів шкали на ціну розподілу шкали або множенням числового значення, ліченого за шкалою, на постійну шкалу.

В даний час широке поширення мають або механічні або світлові цифрові відлікові пристрої.

Реєструючі відлікові пристрої складаються з друкарського механізму та стрічки. Найпростіший пристрій є перо, заповнене чорнилом, що фіксує результат вимірювання на паперовій стрічці. У складніших пристроях запис результату вимірювань може проводитися світловим або електронним променем, переміщення якого залежить від значень вимірюваних величин.

За призначенням СІ ділять такі групи:

• заходи;
• вимірювальні перетворювачі;
• вимірювальні прилади;
• вимірювальні установки;
• Вимірювальні системи.

Міроюназивається СІ, призначене для відтворення та (або) зберігання фізичної величини одного або декількох заданих розмірів, значення яких виражені у встановлених одиницях і відомі з необхідною точністю.

Заходи бувають:

Однозначні- Відтворюють фізичну величину одного розміру (гиря).

Багатозначні- відтворюють ряд однойменних величин різного розміру (вимірювальна лінійка).

Набори заходів- Комплект заходів, що застосовуються не тільки окремо, а й у різних поєднаннях з метою відтворення ряду однойменних величин різного розміру (набір гирь, набір кінцевих заходів).

Магазини заходів- Набір заходів, об'єднаних в одне конструктивне ціле, зі спеціальними перемикачами, пов'язаними з відліковим пристроєм.

Штрихові заходи- Це заходи, розмір яких визначається відстанню між осями двох вимірювальних штрихів.

Кінцеві заходи– це заходи, розмір яких визначається відстанню між двома плоскими взаємно паралельними гранями металічного паралелепіпеда.

Стандартні зразкиє мірою для відтворення одиниці величини, що характеризує властивості або склад речовин і матеріалів (наприклад, зразки твердості, шорсткості, зразки сталі з атестованим вмістом хімічних елементів).

Зразкові речовини- це заходи, що є речовини з відомими властивостями, відтвореними за дотримання умов приготування, зазначених у затвердженої специфікації («чиста» вода, «чисті» гази, «чисті»метали).

Вимірювальний перетворювач- це СІ, що служить для вироблення вимірювальної інформації у формі, зручної передачі на відстань, зберігання, обробки, але не піддається безпосередньому сприйняттю спостерігача.

Вимірювальні перетворювачі класифікуються за низкою ознак.

За місцезнаходженням у вимірювальному ланцюгу перетворювачі діляться на первинні та проміжні. Якщо вхідний величиною перетворювача є фізична величина, що вимірювається, то вимірювальний перетворювач називається первинним. Конструктивно відокремлений первинний перетворювач, якого надходять вимірювальні сигнали, називається датчиком. Датчик може бути винесений на значну відстань від засобу вимірювання, що приймає його сигнали. Проміжні перетворювачі розташовуються у вимірювальному ланцюзі після первинного.

По виду вхідних та вихідних величин вимірювальні перетворювачі діляться:

• аналогові, що перетворюють одну аналогову величину в іншу аналогову величину;
• на аналого-цифрові (АЦП), призначені для перетворення аналогового вимірювального сигналу цифровий код;
• цифроаналогові (ЦАП), призначені перетворення цифрового коду в аналогову величину.

Вимірювальний перетворювач називається передавальним, якщо призначений для дистанційної передачі сигналу вимірювальної інформації. Прикладами можуть бути індуктивний або пневматичний перетворювачі. Вимірювальний перетворювач, призначений для зміни величини в задане число разів, називається масштабним (наприклад, вимірювальний трансформаторструму, дільник напруги, вимірювальний підсилювач).

Вимірювальний пристрій- це СІ, призначене розробки сигналу вимірювальної інформації у формі, доступної сприйняття спостерігача.

Вимірювальні прилади є найчисленнішою групою СІ і класифікуються за різними ознаками. Найбільш загальними є класифікації за типом структурної схеми та способом видачі вимірювальної інформації.

На кшталт структурної схеми прилади поділяються на прилади прямої дії та прилади порівняння.

У приладах прямої дії передбачено одне або кілька змін сигналів вимірювальної інформації Xу вихідну величину Yу напрямі від входу до виходу, тобто. без застосування зворотного зв'язку. Прикладами приладів прямої дії можуть бути манометри, ртутно-скляні термометри, амперметри та ін.

Прилади порівняння – це вимірювальні прилади, призначені для безпосереднього порівняння вимірюваної величини Xз величиною X 0,та різницева величина DX = X - X 0використовується для отримання результату виміру. Прикладами приладів порівняння є рівноплечі ваги, електровимірювальний потенціометр (компенсатор), компаратор для лінійних заходів та ін.

За способом видачі вимірювальної інформації вимірювальні прилади поділяються на реєструючі, що показують і реєструють.

Показують прилади дозволяють здійснити відрахування показань; реєструючі - відрахування, а також реєстрацію вимірюваної величини або функції часу, або функції іншої величини.

До показу приладів відносяться аналогові та цифрові прилади.

Відлікові пристрої аналогових приладів складаються з шкали та покажчика - стрілки, показання цих приладів є безперервною функцією вимірюваної величини.

Шкала засобів вимірювань- частина показуючого пристрою СІ, що є впорядкованим рядом позначок разом із пов'язаною з ними нумерацією. Позначка шкали - це знак на шкалі СІ (рисочка, зубець, точка тощо), що відповідає певному значенню фізичної величини. Для цифрових шкал самі числа є еквівалентами позначок шкали.

Ціна розподілу шкали-це різниця значень величини, що відповідають двом сусіднім позначкам шкали СІ. Позначки наносяться на шкалу під час градуювання приладу, тобто. при подачі з його вхід сигналу з виходу зразкової багатозначної міри. У частині позначок шкали проставляються числові значення величини, що подається з заходу. Ці позначки стають числовими.

Шкала СІ має початкове та кінцеве значення. Вони відповідають найменшому та найбільшому значенням вимірюваної величини, які можуть бути відраховані за шкалою СІ. При вимірі з показуючого пристрою зчитується показання. Кожне СІ характеризується діапазоном показань та діапазоном вимірювань. Діапазоном показаньназивається область значень шкали СІ, обмежена її початковим та кінцевим поділами . Діапазоном вимірівназивається область значень фізичної величини (ФВ), у межах якої нормовані межі похибки СІ, що допускаються. Значення величини, що обмежують діапазон знизу та зверху (ліворуч і праворуч), називаються відповідно нижньою та верхньою межами вимірювань. Діапазон вимірювань завжди менший або дорівнює діапазону показань.

Вимірювальна установка- це сукупність функціонально-об'єднаних засобів вимірювань (мір, вимірювальних перетворювачів, вимірювальних приладів), призначених для вироблення сигналів вимірювальної інформації та розташованих компактно.

Вимірювальні установки застосовуються в лабораторіях для наукових досліджень, контролю якості матеріалів.

Вимірювальна установка- сукупність вимірювальних перетворювачів, вимірювальних приладів та допоміжних пристроїв, з'єднаних між собою каналами зв'язку, призначена для вироблення інформації, зручної для автоматичної обробки, передачі та використання в системах управління.

Всі СІ по метрологічних функціях ділять на зразки, робочі зразки і робочі СІ.

Еталон одиниці фізичної величини- це СІ (або комплекс СІ), що забезпечує відтворення та зберігання одиниці з метою передачі її розміру нижчим за перевірочною схемою засобам вимірювань, офіційно затвердженим у встановленому порядку. Робочий зразок - це СІ, що служить для повірки або калібрування за ними інших засобів вимірювання та затверджений як робочий зразок.

Перевірка- це визначення метрологічним органом похибки засобів вимірювання та встановлення його придатності до застосування.

Робочі засоби вимірювання- це СІ, що застосовуються у технічних вимірах.

Перевірочна схема- це затверджений у порядку документ, встановлює кошти, способи і точність передачі обсягу одиниць від зразка до робочим СИ. Головною частиною перевірочної схеми є метрологічна ланцюг передачі розмірів одиниці від первинного зразка робочим засобом виміру.

Методи виміру.

Методи виміру (МІ)– спосіб отримання результату вимірювань шляхом використання принципів та засобів вимірювань.

МІ поділяються на:

· Метод безпосередньої оцінки – значення вимірюваної величини знімається безпосередньо з відлікового пристрою вимірювального приладу прямої дії.

Перевага – швидкість вимірів, що зумовлює незамінність для практичного застосування. Нестача – обмежена точність.

· Метод порівняння із мірою - Вимірювана величина порівнюється з величиною, що відтворюється мірою. Приклад: Вимірювання довжини лінійкою.

Перевага – більша точність виміру, ніж за методу безпосередньої оцінки. Нестача – великі витрати часу на вибір заходів.

· Метод протиставлення - Вимірювана величина і величина, що відтворюється мірою, одноразово діє на прилад порівняння, за допомогою якого встановлюють співвідношення між цими величинами.

Наприклад, зважування на рівноплечних терезах, при якому вимірюється маса, визначається як сума маси гир, її врівноважують, і показань за шкалою терезів.

Перевага – зменшення на результати вимірювання чинників, які впливають спотворення сигналів вимірювальної інформації. Нестача – збільшення часу зважування.

· Диференціальний (різницевий) метод – характеризується різницею вимірюваної та відомою (відтворюваною мірою) величинами. Наприклад, вимірювання шляхом порівняння з робочим еталоном на компаторі, що виконуються при перевірці заходів довжини.

Перевага - отримання результатів з високою точністю, навіть при застосуванні щодо грубих засобів для вимірювання різниці.

· Нульовий метод – метод порівняння з мірою, у якій результуючий ефект на прилад порівняння доводять до нуля.

· Метод збігу – метод порівняння з мірою, в якій різницю між значеннями шуканої та відтворюваної мірою величин вимірюють, використовуючи збіг позначок шкал або періодичних сигналів.

Перевага – метод дозволяє суттєво збільшити точність порівняння із мірою. Недолік – витрати на придбання складніших СрІзм, необхідність наявності професійних навичок у оператора.

· Метод заміщення - заснований на порівнянні з мірою, при якому вимірювану величину замінюють відомою величиною, що відтворюється мірою, зберігаючи всі умови незмінними. Наприклад, зважування з почерговим приміщенням вимірюваної маси і гир на ту саму чашку терезів.

Переваги – похибка вимірювань мала, оскільки визначається переважно похибкою міри та зоною нечутливості приладу (нуль – індикатор). Недолік – необхідність застосування багатозначних заходів.

· Непрямий метод виміру - Вимірювання фізичної величини одного найменування, пов'язаної з іншою шуканою величиною, певною функціональною залежністю, з подальшим розрахунком шляхом рішення управління. Непрямі методи широко застосовуються за хімічних методів випробування.

Переваги – можливість виміру величин, котрим відсутні методи безпосередньої оцінки або де вони дають достовірних результатів чи пов'язані зі значними затратами. Недоліки – підвищені витрати часу та коштів на вимір.

Фізичні вінличини. Одиниці фізичних величин

Широкий розвиток та поширення методів та засобів метрології зумовило створення цілих систем одиниць вимірів державних та міжнародних організацій. На даний момент загальної глобалізації роль метрології та складність завдань значно зростає. Кожну якісну особливість фізичного об'єкта називають фізичною величиною (довжина, маса, швидкість). Фізична величина має певний розмір, що виражається через одиницю виміру. Серед фізичних величин розрізняють основні та перетворені з основних. Обидві ці фізичні величини утворюють систему одиниць. У час існували різні системи одиниць виміру. Система МКС – метр, кілограм, секунда. Система СГС включала сантиметр, грам, секунда тощо. На основі їх була побудована Міжнародна система одиниць (СІ), яка була прийнята на XI Міжнародній конференції з мір і ваг у 1960 р для запровадження одноманітності в одиницях вимірювання у всьому світі.

У СІ встановлено сім основних одиниць, використовуючи які можна вимірювати всі механічні, електричні, магнітні, акустичні, світлові та хімічні параметри, а також характеристики іонізуючих випромінювань. Основними одиницями СІ є:

метр (м) – для виміру довжини;

кілограм (кг) – для виміру маси;

секунда (с) – для виміру часу;

ампер (А) – для виміру сили електричного струму;

кельвін (К) – для вимірювання термодинамічної температури;

моль (моль) – для вимірювання кількості речовини;

кандела (кд) – для виміру сили світла.

У СІ прийнято нове визначення одиниці довжини – метра. До введення СІ як міжнародного та національних еталонів метра використовували штрихові заходи, виготовлені з платиново-іридієвого сплаву та мають у поперечному перерізі Х-подібну форму. Метр визначили при температурі 20 про З між осями двох середніх штрихів міри з точністю ±0,1 мкм.

У новій системі одиниць 1 м виражений у довжинах світлових хвиль атома криптону, тобто пов'язані з природною величиною. Тепер метр – це довжина, що дорівнює 1650 763,73 довжин хвиль у вакуумі випромінювання, що відповідає помаранчевій лінії спектру криптону-86. При новому зразку довжина 1 м відтворюється сьогодні з похибкою 0,002 мкм, що менше похибки старого штучного зразка метра 50 раз.

Метод вимірів– прийом чи сукупність прийомів порівняння вимірюваної фізичної величини та її одиниці відповідно до реалізованого принципу вимірювань.

Метод вимірів зазвичай обумовлений пристроєм засобів вимірів. Розрізняють кілька основних методів вимірювань: безпосередньої оцінки, порівняння з мірою, диференціальний, або різницевий, нульовий, контактний та безконтактний.

Вимірювальний засіб та прийоми його використання в сукупності утворюють метод виміру. За способом отримання значень вимірюваних величин розрізняють два основних методи вимірювань: метод безпосередньої оцінки та метод порівняння із мірою.

Метод безпосередньої оцінки– метод вимірювання, при якому значення величини визначають безпосередньо за відліковим пристроєм вимірювального приладу прямої дії.

Наприклад, вимірюючи довжину за допомогою лінійки, розміри деталей – мікрометром, штангенциркулем, набули значення розміру

Малюнок 7.1– Схема вимірювань методом порівняння із мірою

Метод порівняння із мірою– метод вимірювання, при якому вимірювану величину порівнюють з величиною, що відтворюється мірою. Наприклад, для вимірювання висоти Lдеталі 1 (рис.7.1) мініметр 2 закріплюють у стійці. Стрілку мініметра встановлюють на нуль за будь-яким зразком (набір кінцевих заходів). 3), має висоту N,рівну номінальній висоті Lвимірюваної деталі. Потім приступають до виміру партій деталей. Про точність розмірів Lсудять за відхиленням ±∆ стрілки мініметра щодо нульового положення.

Залежно від взаємозв'язку показань приладу з вимірюваною фізичною величиною виміру поділяють на прямі та непрямі, абсолютні та відносні.

При прямомуВимірюване значення величини знаходять безпосередньо в процесі вимірів, наприклад вимірювання кута кутоміром, діаметра - штангенциркулем, маси - на циферблатних вагах.

При непрямомувимірюванні значення величини визначають на підставі залежності між цією величиною і величинами, що піддаються прямим вимірюванням, наприклад визначення середнього діаметра різьблення за допомогою трьох зволікань на вертикальному довгомірі, кута - за допомогою синусної лінійки і т.д.

При вимірі лінійних величин, незалежно від розглянутих методів, розрізняють контактний та безконтактний методи вимірювань.

Контактний методздійснюється шляхом контакту між вимірювальними поверхнями інструменту або приладу та деталлю, що перевіряється. Недолік його – необхідність певного зусилля при вимірі, що спричиняє додаткові похибки (наприклад, виміри штангенциркулем, мікрометром, важільно-механічними приладами).

Безконтактний методпозбавлений нестачі контактного, оскільки у процесі виміру немає контакту між засобом контролю та виробом. Це перевірка на проекторах, мікроскопах за допомогою пневматичних приладів.

Вимірювання поверхонь деталей, що мають складну геометричну форму (різьблення, шліцеві з'єднання), може бути проведено або поелементним, або комплексним методом.

Поелементним методом,наприклад, проводиться перевірка різьблення середнього діаметра – методом трьох зволікань, зовнішнього діаметра – мікрометром, кута профілю – на універсальному мікроскопі.

Комплексним методомкористуються при контролі різьблення за допомогою різьбових пробок і кілець на свинчуваність, одночасно перевіряють крок, кут профілю та середній діаметр різьблення.

Вимірювальні засоби (прилади) класифікують за призначенням, конструктивно-функціональними ознаками та технологічними особливостями виготовлення. На заводах спеціалізовані цехи та ділянки виготовляють такі групи вимірювальних засобів.

1. Оптичні прилади:

а) прилади для вимірювання довжин та кутів – довгоміри, профілометри, сферометри, інструментальні та універсальні вимірювальні мікроскопи, лінійні вимірювальні, машини, оптичні ділильні головки, гоніометри,

рефрактометри, автоколімаційні труби, катетометри тощо;

б) мікроскопи (бінокулярні, інтерференційні, біологічні та ін.);

в) наглядові прилади – галілеївські та призмові біноклі, стереотруби, перископи;

г) геодезичні прилади – нівеліри, теодоліти, світлодіамери;

д) призмові та дифракційні спектральні прилади – мікрофотометри, інтерферометри, спектропроектори.

2. Важільно-оптичні прилади: оптиметри, ультраоптиметри та ін.

3. Важільно-механічні прилади:

а) власне важільні (мініметри та ін.);

б) зубчасті (індикатори годинного типу та ін.);

в) важільно-зубчасті (мікрометри та ін.);

г) важільно-гвинтові (індикатор-мікрометр);

д) із пружинною передачею (мікрокатори та ін.).

4. Пневматичні прилади з манометром та ротаметром.

5. Механічні прилади:

а) штрихові, забезпечені ноніусом (штангенінструменти та універсальні кутоміри);

б) мікрометричні, засновані на застосуванні гвинтової передачі (мікрометри, мікрометричні нутроміри, глибиноміри та ін.).

6. Електрифіковані прилади (індуктивні, ємнісні, фотоелектричні тощо).

7. Автоматичні прилади: контрольні та контрольно-сортувальні автомати, прилади активного контролю та ін.

Вид засобів вимірювань– це сукупність засобів вимірів, призначених для вимірів цього виду фізичної величини.

Вид засобів вимірювань може містити кілька типів. Наприклад, амперметри та вольтметри (взагалі) є видами засобів вимірювань відповідно сили електричного струму та напруги.

Відліковий пристрійпоказує приладу може мати шкалу та покажчик. Покажчиквиконується у вигляді стрілки, світлового променя і т. д. В даний час широке застосування отримують відлікові пристрої з цифровою індикацією. Шкалаявляє собою сукупність відміток та проставлених у деяких із них чисел відліку або інших символів, що відповідають ряду послідовних значень величини. Проміжок між двома сусідніми відмітками шкали називається розподілом шкали.

Інтервал розподілу шкали- Відстань між двома сусідніми відмітками шкали. Більшість вимірювальних засобів інтервал розподілу становить від 1 до 2,5 мм.

Малюнок 7.2– Області значень шкали

Ціна розподілу шкали- Різниця значень величин, що відповідають двом сусіднім відміткам шкали. Наприклад, у індикатора ціна розподілу 0,002 мм.

Початковеі кінцеве значення шкали (межа вимірів)– відповідно найменше та найбільше значення вимірюваної величини, зазначені на шкалі, що характеризують можливості шкали вимірювального засобу та визначають діапазон показань.

1.5 Похибка виміру та її джерела

При аналізі вимірі порівнюють справжні значення фізичних величин з результатами вимірів. Відхилення ∆ результату виміру Xвід справжнього значення Qвимірюваної величини називають похибкою виміру:

∆=Х-Q.

Похибки вимірів зазвичай класифікують через їх виникнення і виду похибок. Залежно причин виникнення виділяють такі похибки вимірювань.

Похибка методу– це складова похибки виміру, що є наслідком недосконалості методу вимірів. Сумарна похибка методу виміру визначається сукупністю похибок окремих його складових (показів приладу, кінцевих заходів, зміни температури тощо).

Похибка відліку– складова похибки виміру, що є наслідком недостатньо точного відліку показань засобу вимірів і залежить від індивідуальних здібностей спостерігача.

Інструментальна похибка– складова похибки вимірювання, що залежить від похибок засобів вимірювань, що застосовуються. Розрізняють основну та додаткову похибки засоби вимірювань. за основну похибкуприймають похибку засобу вимірів, що використовується в нормальних умовах. Додаткова похибкаскладається з додаткових похибок вимірювального перетворювача та заходи, спричинених відхиленням від нормальних умов.

Якщо температура виробу, що перевіряється, буде відрізнятися від температури, при якій ведеться контроль, то це викликає похибки, що є результатом теплового розширення. Щоб уникнути появи їх, всі вимірювання повинні проводитися при нормальній температурі (+20°С).

Неточність установки деталіпри контролі та похибки установки приладутакож впливають на точність виміру. Наприклад, штангенциркуль при вимірюванні повинен встановлюватись перпендикулярно до вимірюваної поверхні. Тим не менш, у процесі виміру можуть бути перекоси, що призводить до похибки виміру.

До перерахованих похибок можна додати помилки, що виникають при відліку розміру виконавцем внаслідок його суб'єктивних даних, помилки від не щільності контакту між вимірювальними поверхнями та виробом.

Усі похибки виміру поділяють з вигляду систематичні, випадкові і грубі.

Під систематичнимирозуміють похибки, постійні чи закономірно змінюються при повторних вимірах однієї й тієї величини. Випадковіпохибки – складові похибки виміру, що змінюються випадковим чином при повторних вимірах однієї й тієї величини. До грубимвідносяться випадкові похибки, що значно перевершують похибки, очікувані за даних умов вимірювання (наприклад, неправильний відлік за шкалою, поштовхи та удари приладу).

Калібрування – встановлення метрологічних характеристик засобів вимірювальної техніки, на які не поширюється державний метрологічний нагляд; калібрування проводиться калібрувальними лабораторіями.

Поріг чутливості (реагування) – це найменший приріст вхідної величини, який зумовлює помітну зміну вихідної величини.

Елементарна похибка – така складова похибки, яку у заданому аналізі немає потреби далі розчленовувати на складові. Універсальних методів виявлення систематичних помилок немає. Тому застосовують різні способи їх зменшення чи виключення. Грубі помилки результатів вимірювання виключаються за допомогою критерію аномальних результатів, за які приймаю інтервал щодо центру розподілу в частках середньоквадратичного відхилення. Зазвичай, якщо значення виміру більше 3 σ, то таке відхилення відносять до аномальних.

Задля більшої метрологічного єдності вимірів проводиться метрологічна атестація засобів вимірювальної техніки у вимірювальних лабораторіях.

Перевірка– встановлення придатності засобу вимірювань до застосування на підставі відповідності експериментально визначених метрологічних характеристик та контролю за встановленими вимогами.

Основною метрологічною характеристикою засобу вимірювань, що визначається під час перевірки, є його похибка. Як правило, вона знаходиться на підставі порівняння повіреного засобу вимірів із зразковим засобом вимірів або еталоном, тобто з більш точним засобом, призначеним для проведення повірки.

Розрізняють повірки: державну та відомчу, періодичну та незалежну, позачергову та інспекційну, комплексну, поелементну та ін. Повірка виконується метрологічними службами, яким дано на це право в установленому порядку. Перевірку проводять спеціально навчені фахівці, які мають посвідчення на право проведення.

Результати перевірки засобів вимірювань, визнаних придатними до застосування, оформляються видачею свідоцтв про перевірку, нанесенням повірного тавра і т. д. Повірці підлягають всі засоби вимірювань, що застосовуються в народному господарстві.

На підприємствах основним засобом збереження заходів довжини є кінцеві заходи. Усі цехові засоби вимірювань підлягають перевірці у контрольно-вимірювальних лабораторіях зразковими засобами вимірювань.

Засіб вимірювань (СІ) – технічний засіб, призначений для вимірювань, що має нормовані метрологічні характеристики, що відтворює або зберігає одиницю фізичної величини, розмір якої приймають незмінною протягом певного інтервалу часу.

Наведене визначення виражає суть засобу вимірювань, яке, по-перше, зберігає чи відтворює одиницю, по-друге, ця одиниця незмінна. Ці найважливіші чинники обумовлюють можливість проведення вимірів, тобто. роблять технічний засіб саме засобом вимірів. Цим засоби вимірювання відрізняються від інших технічних пристроїв. До засобів вимірювань відносяться заходи, вимірювальні: перетворювачі, прилади, установки та системи.

Міра фізичної величини – засіб вимірювань, призначений для відтворення та (або) зберігання фізичної величини одного або кількох заданих розмірів, значення яких виражені у встановлених одиницях та відомі з необхідною точністю. Приклади заходів: гирі, вимірювальні резистори, кінцеві заходи довжини, радіонуклідні джерела та ін. Заходи, що відтворюють фізичні величини лише одного розміру, називаються однозначними (гиря), кількох розмірів – багатозначні (міліметрова лінійка – дозволяє виражати довжину як у мм, так і в див). Крім того, існують набори та магазини заходів, наприклад магазин ємностей або індуктивностей. При вимірах з використанням заходів порівнюють вимірювані величини з відомими величинами, відтворюваними мірами. Порівняння здійснюється різними шляхами, найбільш поширеним засобом порівняння є компаратор, призначений для звіряння однорідних мір величин. Прикладом компаратора є ваги важеля. До заходів відносяться стандартні зразки та зразкова речовина, які являють собою спеціально оформлені тіла або проби речовини певного та строго регламентованого змісту, одна з властивостей яких є величиною з відомим значенням. Наприклад, зразки твердості, шорсткості.

Вимірювальний перетворювач (ІП) - технічний засіб з нормативними метрологічними характеристиками, що служить для перетворення вимірюваної величини на іншу величину або вимірювальний сигнал, зручний для обробки, зберігання, індикації або передачі. Вимірювальна інформація на виході ІП зазвичай недоступна для безпосереднього сприйняття спостерігачем. Хоча ІП є конструктивно відокремленими елементами, вони найчастіше входять як складові в складніші вимірювальні прилади або установки і самостійного значення при проведенні вимірювань не мають.

Перетворювана величина, що надходить вимірювальний перетворювач, називається вхідний, а результат перетворення – вихідний величиною. Співвідношення між ними визначається функцією перетворення, яка є його основною метрологічною характеристикою. Для безпосереднього відтворення вимірюваної величини є первинні перетворювачі, на які безпосередньо впливає вимірювана величина і в яких відбувається трансформація вимірюваної величини для її подальшого перетворення або індикації. Прикладом первинного перетворювача є термопара ланцюга термоелектричного термометра. Одним із видів первинного перетворювача є датчик – конструктивно відокремлений первинний перетворювач, від якого надходять вимірювальні сигнали (він «дає» інформацію). Датчик може бути винесений на значну відстань від засобу вимірювання, що приймає його сигнали. Наприклад, датчик метеорологічного зонда. В області вимірювань іонізуючого випромінювання датчиком часто називають детектор.

За характером перетворення ІП можуть бути аналоговими, аналого-цифровими (АЦП), цифро-аналоговими (ЦАП), тобто, що перетворюють цифровий сигнал на аналоговий або навпаки. При аналоговій формі представлення сигнал може приймати безперервну множину значень, тобто він є безперервною функцією вимірюваної величини. У цифровій (дискретній) формі він представляється як цифрових груп чи чисел. Прикладами ІП є вимірювальний трансформатор струму, термометри опорів.

Вимірювальний прилад – засіб вимірювань, призначений для отримання значень фізичної величини, що вимірюється, у встановленому діапазоні. Вимірювальний прилад представляє вимірювальну інформацію у формі, доступної безпосереднього сприйняття спостерігачем.

За способом індикації розрізняють прилади, що показують і реєструють. Реєстрація може здійснюватися у вигляді безперервного запису вимірюваної величини або друкування показань приладу в цифровій формі.

Прилади прямої дії відображають вимірювану величину на пристрої, що має градуювання в одиницях цієї величини. Наприклад, амперметри, термометри.

Прилади порівняння призначені для порівняння вимірюваних величин із величинами, значення яких відомі. Такі прилади використовуються для вимірювання з більшою точністю.

По дії вимірювальні прилади поділяють на інтегруючі та підсумовуючі, аналогові та цифрові, самописні та друкуючі.
Вимірювальна установка та система – сукупність функціонально об'єднаних заходів, вимірювальних приладів та інших пристроїв, призначених для вимірювань однієї або кількох величин та розташована в одному місці (установка) або у різних місцях об'єкта вимірювань (система). Вимірювальні системи, як правило, є автоматизованими і по суті вони забезпечують автоматизацію процесів вимірювання, обробки та представлення результатів вимірювань. Прикладом вимірювальних систем є автоматизовані системи радіаційного контролю (АСРК) на різних ядерно-фізичних установках, таких, як ядерні реактори або прискорювачі заряджених частинок.

За метрологічним призначенням кошти вимірів поділяються на робітники та зразки.

Робоче СІ - засіб вимірів, призначений для вимірів, не пов'язане з передачею розміру одиниці іншим засобам вимірів. Робочий засіб вимірювання може використовуватися і як індикатор. Індикатор – технічний засіб чи речовина, призначене встановлення наявності будь-якої фізичної величини чи перевищення рівня її порогового значення. Індикатор немає нормованих метрологічних характеристик. Прикладами індикаторів є осцилограф, лакмусовий папір тощо.

Еталон - засіб вимірювань, призначений для відтворення та (або) зберігання одиниці та передачі її розміру іншим засобам вимірювань. У тому числі можна назвати робочі зразки різних розрядів, які раніше називалися зразковими засобами вимірів.

Класифікація засобів вимірювань проводиться і за іншими різними ознаками. Наприклад, за видами вимірюваних величин, видом шкали (з рівномірною або нерівномірною шкалою), у зв'язку з об'єктом вимірювання (контактні або безконтактні).