Диапазон измерений и диапазон показаний 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.
Метрологические показатели и характеристики средств измерений
Метрологический показатель средств измерения характеризует одно из его свойств, влияющее на результат измерения.
К метрологическим показателям относятся:
4. диапазон измерений- диапазон изменения физической величины, которая может измеряться данным прибором
5. чувствительность СИ и порог чувствительности
6. вариация показаний измерительного прибора
Один и тот же прибор измеряя одну физическую величину в одинаковых физических условиях будет давать, тем не менее различные результаты, что связано с наличием случайных погрешностей, т.е. неучтенных нами причин, которые вызывают изменение показаний прибора. Кроме того у нас в любом приборе существует гистерезис, т.е. показания прибора, когда он подходит к измеряемой величине снизу, с меньших величин, отличается от показаний прибора, если к той же измеряемой величине он подходит сверху, т.е. от больших величин. И все вот эти причины накладывают на показания прибора некую такую область и контрастность полученной характеристики уменьшается, поэтому возникает диапазон при измерении одной и той же величины, который называется вариацией.
9. предел допустимой погрешности СИ.
Связан с систематической погрешностью, регламентируется у рабочих приборов.
10. класс точности СИ.
Существует в первую очередь для рабочих приборов, характеризует систематическую погрешность прибора во всем диапазоне измерения. Он есть у тех приборов, у которых в паспорте не указана градуировочная характеристика.
Метрологические характеристики СИ.
Важнейшей характеристикой является статическая характеристика прибора. Различают линейную и лиониризованную характеристики. Необходимо стремится к линейной характеристике, т. к. будет проще обработка и погрешность измерения будет постоянна (рис. 85).
В случае линейной шкалы чувствительно прибора 
, что обеспечивает постоянство абсолютных погрешностей измерения во всем диапазоне измерений.
Лиониризованные характеристики бывают двух видов. Представим, что Y по Х имеет некий нелинейный вид. Если известна теория взаимодействия измеряемой величины с соответствующей системой измерительных преобразователе, то тогда мы имеем возможность непосредственно изменить образом величину Y, чтобы лиониризовать эту характеристику. Если теория не известна, то в применяют метод проб и ошибок. Если удается простым образом ввести функцию от измеряемой величины, то в этом случае вводят соответствующий измерительный преобразователь, который осуществит лиониризацию. Такой прибор называется функциональным измерителем-преобразователем, т.е. дополняется система ИП функциональным ИП, который служит для лиониризации. Другой тип прибора выполняет какую-либо операцию над сигналом Y, в результате у нас характеристики так же лиониризуются, и называется операционным ИП.
Метрологические показатели устанавливаются в результате метрологических процессов: поверка, аттестация, градуировка, юстировка, ревизия.
Важнейшими показателями средств измерений являются такие показатели, от которых зависит качество получаемой с помощью этих средств измерительной информации.
Метрологический показатель средства измерений — показатель одного из свойств средства измерений, влияющий на результат измерения и его погрешность.
ГОСТ 8.009-84 устанавливает комплекс нормируемых метрологических показателей средств измерений.
Рассмотрим наиболее часто встречающиеся метрологические показатели средств измерений, которые обеспечиваются определенными конструктивными решениями средств измерений и их отдельных узлов.
1. Длина деления шкалы — расстояние между осями (центрами) двух соседних отметок шкалы, измеренное вдоль воображаемой линии проходящей через середины самых коротких отметок шкалы.
2. Цена деления шкалы — разность значений измеряемой величины,
соответствующих двум соседним отметкам шкалы.
3. Диапазон показаний шкалы — область значений шкалы, ограниченная
конечным и начальным значениями шкалы, т.е. наибольшим и наименьшим
значениями измеряемой величины.
5.Порог чувствительности средства измерений — показатель
средства измерений, выражаемый наименьшим значением изменения
физической величины, начиная с которой может осуществляться ее измерение
данным средством.
6. Вариация показаний измерительного прибора — разность показаний
прибора в одной и той же точке диапазона измерений при плавном подходе к
этой точке со стороны меньших и больших значений измеряемой величины.
7. Чувствительность — отношение изменения показаний прибора к вызвавшему его изменению измеряемой величины.
8. Стабильность средства измерения — качество средства измерения, отражающее неизменность во времени его метрологических свойств.
9. Измерительное усилие прибора — сила, создаваемая прибором при контакте с изделием и действующая по линии измерения.
Погрешности средств измерений возникают в результате воздействия большого числа факторов, обусловленных их изготовлением, хранением, эксплуатацией и условиями проведения измерений.
На погрешность средств измерений большое влияние оказывают условия его применения. Величина, которую не измеряют данным средством измерения, но которая оказывает влияние на результаты измерений этим средством, называется влияющей физической величиной. Этой величиной может быть температура, давление, влажность, запыленность окружающей среды, механические и акустические вибрации и т.п.
Погрешность средства измерения, возникающая при использовании его в нормальных условиях, когда влияющие величины находятся в пределах нормальной области значений, называют основной. Если значение влияющей физической величины выходит за пределы нормальной области значений, появляется дополнительная погрешность.
§ 27.5. Погрешность и точность средств измерений. Класс точности средств измерений. Общие принципы выбора средств измерений.
Погрешность средств измерения определяется систематической и случайной составляющей. Она может быть определена в результате градуировки прибора.
В результате в этой точке у нас будет разброс, и аналогично в других точках. Таким образом, обрабатывая соответствующие поля и предполагая, что известен закон распределения можно в каждой точке получить соответствующее распределение. Строим соответствующую кривую математического ожидания для заданной величины и составляем границу предельных погрешностей. Причем, систематическую составляющую мы можем исключить из общей погрешности прибора, введением поправки. Мы знаем показания прибора, введем поправку и придем к статической характеристике прибора. Так работают образцовые приборы, которые используются в метрологической практике.
Класс точности средств измерения.
Характеризуется приведенной (относительной) погрешностью средств измерения.
Класс точности численно равен этой относительной приведенной погрешности, которая трактуется следующим образом:
. (27.4)
Важнейшей характеристикой рабочих приборов (т.е. не служащих для передачи точности) является класс точности, т.к. в их паспорте не приводится статическая характеристика. Поэтому о величине погрешности измерений во всем диапазоне измерений приходится судить по величине |Δxmax|, этой характеристики в паспорте нет, следовательно, мы можем говорить, что погрешность измерения рабочим прибором не может превышать, т.е. выходить за это поле, которое определяется Δxmax. Отсюда качественное измерение рабочим прибором можно выполнять только в последних двух третях шкалы. При стремлении измеряемой величины к xmin относительная погрешность недопустимо возрастает и первая треть шкалы является нерабочей.
Выбор средств измерений.
Выбор средства измерения определяется измеряемой величиной, принятым методом измерения и требуемой точностью результата измерения.
Одну и ту же метрологическую задачу можно решить с помощью различных измерительных средств, которые имеют не только разную стоимость, но и различные точность и другие метрологические показатели, а следовательно, дают неодинаковые результаты измерения. Измерения с применением средств измерений недостаточной точности малоценны, даже вредны, так как могут быть причиной неправильных выводов. Применение излишне точных средств измерений экономически не выгодно. При выборе средств и метода измерений также учитывают диапазон измерений измеряемой величины, условия измерений, эксплуатационные качества средств измерений, их стоимость. Стремятся выполнить условие:
(27.5)
— суммарная погрешность измерения,
— предельная погрешность метода измерения,
∆си — предельная погрешность средства измерения,
∆усл — дополнительная погрешность условий измерения,
— допускаемая погрешность измерения.
Величина предельной погрешности средства измерения Аси будет определяться выбранным средством измерения, а допускаемая погрешность измерений 8 зависит от допуска измеряемого параметра. Допускаемые погрешности измерения приняты следующими:
— для грубых допусков 
;
— для остальных допусков 
,
где Т— допуск контролируемого параметра, задаваемый конструктором.
Допускаемая погрешность измерения включает случайные и неучтенные систематические погрешности измерения.
Предельная погрешность средства измерения должна быть меньше допускаемой погрешности измерений, т.е. ∆си PH, то соответствующая жидкость выдавливается в трубку, соединенную с мерой (эталоном).
Разновидностью дифференциального вида является нулевой метод, когда средство измерения при нагружении его измеряемой величиной возвращается в исходное положение.
Нулевой метод более точный, т. к. погрешность сосредоточена преимущественно в эталоне, т. е. какова погрешность эталона, такова и погрешность данного метода.
В методе замещения об измеряемой величине судят по изменению измерительного сигнала при замене объекта измерения эталоном.
Рассмотрим нагруженный динамометр, который проградуирован в единицах массы (рис. 89).
Вместо измеряемой величины нагружаем средство измерения эталоном.
Об измеряемой величине судим по соотношению:
чем ближе эталон к измеряемой величине, тем точнее будет измерение.
В методе совпадений разность между измеряемой величиной и воспроизводимой мерой определяется с помощью совпадения каких – либо периодических сигналов, например отметок шкалы (штангенциркуль).
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
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