Измерения. Выбор средств измерений

1. Основные положения

2. Измерение геометрических величин (измерение длины)              

3. Измерение физических величин                                                        

4. Измерение давления                                                                          

5. Измерение массы                                                                               

6. Измерение температуры                                                                   

7. Измерение твёрдости                                                                        

8. Измерение силы                                                                                  

9. Измерение электрических величин - напряжения,

силы тока, сопротивления и мощности                                                   

10. Измерение. Методы неразрушающего контроля

Измерение физических величин

Основным критерием выбора средств измерений по точности должно быть соотношение между пределом допускаемой основной абсолютной погрешности измерения выбранного средства измерений (Д) и полем допуска измеряемой величины (Д).

Предел допускаемой основной абсолютной погрешности выбранного средства измерений должен отвечать требованиям:

Δ ≤ 0,33 Д      (7.1)

Предел допускаемой основной погрешности может быть выражен в относительных величинах (относительная погрешность измерения). Тогда она должна быть меньше или равна тридцати трем процентам поля допуска, если нет других специально оговоренных ограничений.

Допуск относительно номинального размера может располагаться односторонне, симметрично и асимметрично. Расположение допуска относительно номинального размера на выбор средств измерений не влияет, так как при расчёте предела допускаемой погрешности следует брать всё поле допуска.

При выборе или разработке рабочих эталонов для метрологической аттестации средств измерений, погрешность рабочих эталонов не должна превышать тридцати процентов от предельной допускаемой погрешности средства измерений.

При определении конкретного соотношения между пределом допускаемой погрешности измерения и полем допуска на измеряемую величину, при назначении средств измерений, применяемых для контроля параметров изделий, сборочных единиц и деталей, должны учитываться требования к их подбору по каждому виду измерений, регламентируемые соответствующей нормативной документацией.

Приоритетность при выборе и назначении средств измерений отдаётся нормативным документам, отражённым в конструкторской документации на изделие.

В зависимости от того, в каком диапазоне измерений находится измеряемая величина (параметр) и каков её допуск следует определять пределы измерений выбираемого средства измерений и допускаемую предельную погрешность (класс точности средства измерений).

Диапазон измерений средств измерений должен выбираться таким, чтобы номинальное значение измеряемой величины было больше двух третей диапазона измерений средств измерений.

Нижний предел рабочей части шкалы (диапазона измерений) средства измерений (измерительной системы) следует определять по формуле:

Нди < nmin - lΔl    (7.2),

где Нди - значение нижнего предела рабочей части шкалы (диапазона измерений);

nmin - наименьшее предельное значение измеряемой величины.

Верхний предел рабочей части шкалы (диапазона измерений) средства измерений (измерительной системы) следует определять по формуле:

Вди <nmax + lΔl    (7.3),

где Вди - значение верхнего предела рабочей части шкалы (диапа-зона*измерений);

nmax - наибольшее предельное значение измеряемой величины.

Если значение измеряемой величины меняется в значительных пределах, и при этом невозможно или нежелательно использование нескольких средств измерений с различными пределами измерений, допускается, чтобы нижнее значение измеряемой величины было менее двух третей диапазона измерений, при условии выполнения требований пункта 7.1.

Выбирая средство измерений следует помнить, что основная погрешность средства измерений является лишь одной из составляющих погрешности измерений. В связи с этим должен быть строгий учёт и достоверная оценка воздействия влияющих факторов, способствующих увеличению погрешности измерений измерительного прибора за счёт дополнительной погрешности.

При определении погрешности измерений в случае, если величина дополнительной погрешности, вносимой в процессе измерений воздействием влияющих факторов значительна, её необходимо учитывать суммированием с основной погрешностью средства измерений.

Если рассчитанная погрешность измерения превышает предельно допускаемую погрешность измерений, а расчёт и учёт поправок на величину, равную погрешности, вносимой в процессе измерений воздействием влияющих факторов невозможен, то следует выбрать более точное средство измерений или создать условия измерений, уменьшающие воздействие влияющих факторов.

Абсолютную погрешность средства измерений с учётом погрешности, вносимой воздействием влияющих факторов, следует определять по формуле (если нет других указаний в сопроводительной документации на это средство измерений):

    (7.4),

где Δи - основная абсолютная погрешность средства измерений

Δвл.i - дополнительная абсолютная погрешность, вносимая в процессе измерения воздействием влияющих факторов.

Допускаемую основную абсолютную погрешность измерительной системы следует определять по формуле:

     (7.5),

где Δд - основная абсолютная погрешность измерительного преобразователя (датчика);

Δi - абсолютная погрешность других элементов измерительной системы, влияющих на результат измерений;

Δn- основная абсолютная погрешность измерительного прибора;

m - количество других элементов измерительной системы.

При необходимости проведения измерений физической величины, принимающей несколько значений в некотором диапазоне, допускается применять одно или несколько средств измерений, пределы измерений которых в сумме перекрывали бы этот диапазон.

При выборе и назначении средств измерений предпочтение следует отдавать стандартизованным средствам измерений отечественного производства включённым в Госреестр. В случае, если таковых в наличии нет, разрешается назначать импортные средства измерений, равноценные по метрологическим характеристикам отечественным или лучше их и имеющие сертификат соответствия Госстандарта РФ.

Допускается в обоснованных случаях и с письменного разрешения главного метролога применение образцовых приборов в качестве рабочих.

При выборе и назначении средств измерений необходимо руководствоваться следующими принципами и условиями:

- соотношение погрешности средств измерений и допуска измеряемого параметра должно соответствовать требованиям нормативных документов;

- условия эксплуатации средств измерений должны соответствовать рабочим условиям выбираемого средства измерений;

- средство измерений должно обеспечивать достоверность измерений при минимальных экономических затратах;

- при прочих равных условиях следует отдавать предпочтение средствам измерений с более высоким уровнем автоматизации;

- отдавать предпочтение унифицированным средствам измерений;

- отдавать предпочтение средствам измерений отечественного производства при идентичности метрологических характеристик средств измерений приобретаемых за рубежом;

- применение средств измерений самых низких классов точности или широко применяемых в случае отсутствия допуска на нефункциональный контролируемый параметр;

- соответствие более высокому классу точности прибора наиболее благоприятных условий для эксплуатации (отвечающих требованиям нормативной документации на данное средство измерений);

-во вновь разрабатываемой документации не должны назначаться средства измерений снятые с производства, но ещё находящиеся в эксплуатации.

Погрешность измерений

Погрешность измерения - отклонение результата измерения (X_изм.) от истинного (действительного) значения измеряемой величины (Х_д.).

   (7.6)

Различают погрешности;

а) по отношению к условиям применения выбранного средства измерений:

1) основную;

2) дополнительную;

б) по способу выражения погрешности:

1) абсолютную ();

2) относительную ();

3) приведенную ().

Основная погрешность средства измерений - погрешность средства измерений, определяемая в нормальных условиях его применения.

Дополнительная погрешность средства измерений - составляющая погрешности средства измерений, возникающая дополнительно к основной погрешности.

Дополнительная погрешность возникает вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от нормального её значения или вследствие её выхода за пределы нормальной области значений.

Абсолютная погрешность средства измерений - погрешность средства измерений, выраженная в единицах измеряемой величины.

Условно можно считать, что абсолютная погрешность это разность между показаниями средства измерений и истинным значением измеряемой величины.

   (7.7),

где Х_п - показание средства измерений,

Х - действительное значение измеряемой величины по 6.7.2.1.

Относительная   погрешность средства   измерений - погрешность средства измерений,    выраженная    отношением   абсолютной по

грешности средства измерений к результату измерений или к действительному значению измеряемой физической величины.

   (7.8)

где Х_д - действительное значение измеряемой величины (Х_д  X).

В случае выбора средств измерений по относительной погрешности следует учитывать, что относительная погрешность на конечном значение шкалы равна приведенной и возрастает по мере приближения к начальному значению шкалы средства измерений.

Значение относительной погрешности на разных значениях шкалы должно рассчитываться по формуле:

   (7.9)

где  - предел допускаемой основной приведенной погрешности средства измерений,

Х_н - нормирующее значение,

Х - показание средства измерений (измерительной системы).

Учитывая вышеизложенное, при выборе средств измерений для контроля параметров следует выбирать верхний предел шкалы средств измерений таким образом, чтобы номинальное значение измеряемой величины находилось в последней трети диапазона измерений.

Приведенная погрешность - относительная погрешность, Сраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений условно принятому значению величины, (нормирующее значение) постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона.

За нормирующее значение Х_н может быть принято:

-         верхний предел измерений,

-         диапазон измерений,

-         длина шкалы и т.д.

   (7.10)

На практике преобразуя формулы (7.7), (7.8), (7.9) находят абсолютную погрешность средств измерений, а также действительное значение измеряемой величины.

Классы точности средств измерений.

Класс точности средств измерений - обобщенная характеристика средства измерений, выражаемая пределами его допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность, значения которых устанавливаются стандартами на отдельные виды средств измерений.

Классы точности присваивают средствам измерений в соответствии с правилами, изложенными в ГОСТ 8.401.

Основой для присвоения измерительным приборам того или иного класса точности является их основная погрешность и способ её выражения в абсолютных, относительных или приведённых величинах.

В случае выражения основной погрешности абсолютными единицами, классы точности приборов принято обозначать в документации и на средствах измерений прописными буквами латинского алфавита или римскими цифрами.

В необходимых случаях к обозначению класса точности буквами латинского алфавита допускается добавлять индексы в виде арабской цифры. Классам точности, которым соответствуют меньшие пределы допускаемых погрешностей, должны соответствовать буквы, находящиеся ближе к началу алфавита, или цифры, означающие меньшие числа.

Пример - Обозначение для средств измерений - М, для документации - класс точности М.

В случае выражения основной погрешности относительными единицами классы точности принято обозначать числами, которые равны пределам допускаемой основной погрешности, выраженной в процентах.

Пример - Обозначение для средств измерений              ,

для документации - класс точности 0,2.

В случае выражения основной погрешности приведенными единицами классы точности принято обозначать числами, которые равны пределам допускаемой основной погрешности, выраженной в процентах.

Примеры

1 Обозначение классов точности для средств измерений –   ^0,5¨, для документации - класс точности 0,5 (если нормирующее значение принято равным длине шкалы или ее части),

2 Обозначение для средств измерений -1,5, для документации - класс точности 1,5 (если нормирующее значение выражено в единицах величины на входе (выходе) средств измерений).

За нормирующее значение принимают:

- значение верхнего предела шкалы (диапазона) средства измерений, если нулевая отметка находится на краю или вне шкалы (диапазона) средств измерений;

- сумму предельных значений шкалы (диапазона) средства измерений без учета знаков, если нулевая отметка находится внутри шкалы (диапазона);

- все числовые отметки (диапазона) для средств измерений с существенно неравномерной (логарифмической или гиперболической) шкалой;

- номинальному значению для средств измерений с установленным номинальным значением.

Указания по выбору нормирующего значения должны быть приведены в стандартах или технических условиях на средства измерений конкретного вида.

В технической документации обозначение средств измерений должно соответствовать указанному в таблицах данного документа.

Допускается не указывать тип прибора и его нормативные документы, а только его наименование и технические характеристики.

Примеры

1 Обозначение в документации вакуумметра показывающего пружинного типа ОБВ1-100 с пределами измерения (-1...0) кгс/см² класса точности 1,5:

Вакуумметр (-1...0) кгс/см²  кл.1,5.

2 Обозначение в документации лабораторного термометра полного погружения с пределами измерения (0... 100) °С ценой деления 0,5 °С и класса точности 1:

Термометр жидкостный (0... 100) °С ц.д. 0,5 °С кл.т. 1.