3. Методы измерения и классификация. Контрольно-измерительных приборов

Прямые измерения осуществляются четырьмя основными методами: непосредственной оценки, нулевым (компенсационным), дифференциальным и замещения.

При методе непосредственной оценки измеряемый параметр непосредственно сравнивают с мерой или определяют отсчетом на измерительном приборе. Примерами применения этого метода могут служить измерение температуры – термометром или давления – манометром.

При нулевом методе измерения воздействие, производимое измеряемым параметром, сопоставляют (компенсируют) в измерительном устройстве с противоположным по направлению воздействием другого, известного, параметра таким образом, чтобы результативное воздействие было равно нулю. Совпадение значений измеряемого и известного параметров отмечают при помощи нулевого указателя (нуль-индикатора), например, при измерении температуры с помощью термопары, подключенной к потенциометру.

В дифференциальном методе используют как компенсацию, так и непосредственную оценку. Воздействие, производимое измеряемым параметром, частично уравновешивают противоположно направленным воздействием известного параметра, а затем непосредственным отсчетом измеряют нескомпенсированную часть. Например, при измерении напряжения в 720 мВ оно компенсируется противоположно направленным напряжением 700 мВ, а стрелочным милливольтметром измеряется остаточное напряжение, равное 20 мВ, Если бы это измерение осуществлялось методом непосредственной оценки на милливольтметре с классом точности 0,5 и шкалой 0‑1500 мВ, то погрешность измерения составила бы ±7,5 мВ. При дифференциальном методе с милливольтметром такого же класса точности можно использовать шкалу 0‑45 мВ, что обеспечит погрешность ±0,225 мВ. Следовательно, точность дифференциального метода значительно выше (в данном примере в 33 раза).

Измерение методом замещения осуществляют следующим образом: воздействие неизвестного параметра определяют каким-либо прибором, затем он замещается известным параметром, дающим такое же воздействие и определенным тем же прибором. При этом значение измеряемого параметра приравнивают значению замещающей величины. Например, для измерения неизвестного электрического сопротивления проводника его включают в цепь с источником тока и гальванометром. Зафиксировав показание последнего, вместо указанного проводника включают различные резисторы из набора резисторов до тех пор, пока показание гальванометра не станет таким же.

Контрольно-измерительные приборы можно классифицировать по различным признакам: способу отсчета измеряемого параметра, метрологическому назначению, роду измеряемого параметра и месту выдачи информации.

По способу отсчета измеряемой величины приборы подразделяют на компарирующие (приборы с ручной наводкой), показывающие, регистрирующие, интегрирующие, сигнализирующие и комбинированные.

Компарирующие приборы служат для сравнения мер друг с другом или для сравнения измеряемого параметра с мерами или образцами. К числу таких приборов относят весы, потенциометры и т. д.

Показывающие приборы дают значения измеряемого параметра в момент измерения. Они бывают стрелочными или цифровыми.

В стреловых приборах либо стрелка перемещается вдоль шкалы, либо шкала перемещается относительно неподвижной стрелки.

В цифровых показывающих приборах как правило используют люминесцентные или газоразрядные элементы (индикаторы) и электронно-лучевые трубки.

Регистрирующие приборы автоматически записывают результаты измерения в течение всего времени работы прибора. Запись, как правило, ведется на бумажной ленте или бумажном диске, что позволяет по характеру кривой судить о всех изменениях измеряемого параметра за тот или иной промежуток времени.

Наиболее распространены две формы записи. В первом случае перо вычерчивает на диаграмме непрерывную кривую, во втором случае специальное печатающее устройство периодически отмечает на диаграмме значение измеряемого параметра.

Регистрирующие приборы выпускают одноканальные и многоканальные (с числом каналов 2, 3, 6, 12 и 24). Последние позволяют регистрировать значение параметра в нескольких аппаратах или печах, число которых равняется числу каналов прибора.

Интегрирующие приборы (счетчики) позволяют определить суммарное значение измеряемого параметра.

Сигнализирующие приборы предназначены для непрерывного измерения значения контролируемого параметра и сигнализации о его отклонении от заданного.

Комбинированные приборы представляют собой сочетание различных приборов: например, счетчики монтируют в одном корпусе с показывающим или самопишущим прибором. В комбинированные приборы могут встраиваться и регулирующие устройства.

По метрологическому назначению приборы подразделяют на рабочие, контрольные, образцовые и эталонные.

Рабочие приборы предназначены для обычных измерений, их, в свою очередь, подразделяют на лабораторные и технические.

Первые, как правило, работают более точно и снабжены поправками к показаниям, учитывающим влияние условий применения. Вторые (технические) приборы используют в действующем производстве.

Контрольные приборы изготовляют более высокого класса точности и применяют для поверки технических приборов на месте их установки. Поверкой называют сравнение показаний рабочего и контрольного приборов для определения погрешности первого или поправки, требующейся к его показаниям.

Образцовые приборы применяют для поверки и градуировки контрольных и рабочих приборов.

Эталонные приборы служат для хранения единиц измерения наивысшей точности и поверки образцовых приборов.

По роду измеряемого параметра, т. е. по функции приборы подразделяют на следующие группы: контроля температуры, контроля давления и разряжения, контроля расхода и количества, контроля уровня и т. п.

Решение такой важной народнохозяйственной задачи, какой является проблема обеспечения качества продукции, в значительной степени зависит от достижений единства и достоверности измерений в масштабах всего народного хозяйства. С этой целью в СССР создана Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ), базирующаяся на комплексах нормативно-технических документов. Основными документами ГСИ являются государственные стандарты. На основе этих стандартов конкретизируются общие требования к методикам выполнения измерений и их областям.

С целью достижения качественного единообразия средств измерений и систем автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в СССР разработана Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП). Это система обобщает и согласует метрологические показатели и эксплуатационные характеристики приборов, а также обеспечивает общую технологическую базу для их производства.

Для обеспечения контроля и внедрения указанных систем (ГСИ и ГСП) в СССР создана Государственная метрологическая служба, которая также занимается государственными испытаниями всех средств измерений, предназначенных для серийного производства.

За эксплуатируемыми средствами измерения осуществляется метрологический надзор, включающий комплекс правил и положений по организации и порядку проведения работ по поверке, ревизии и экспертизе средств измерения.

Основной формой государственного надзора является поверка средств измерения. Измерительные приборы подвергают первичной, периодической и инспекционной поверкам. Первичная поверка проводится при изготовлении или после ремонта прибора.

Периодическая поверка осуществляется в период эксплуатации и хранения прибора через определенные интервалы времени, устанавливаемые метрологической службой производства.

Все виды поверок проводят работники метрологического надзора. При положительных результатах поверки на прибор накладывается поверочное клеймо и выдается свидетельство о поверке. При установлении несоответствия поверяемого прибора своему классу точности последний снимается с эксплуатации до устранения недостатков.

Контрольные вопросы и задания

1. Что называется измерениями и как они подразделяются?

2. Расскажите о Международной системе единиц измерения (СИ).

3. Что такое абсолютная погрешность и как она определяется?

4. Какие бывают виды погрешностей?

5. Как определяется класс точности прибора и что он характеризует?

6. Как классифицируются методы измерения?

7. Расскажите о классификациях измерительных приборов.

8. Что понимают под поверкой прибора?