Виды измерительных приборов в метрологии

Метрология



В результате измерения определяют числовое значение измеряемой величины, равное отношению измеряемой величины к единице измерения или эталону.
В зависимости от конкретных условий, применяемых измерительных средств и приемов их использования измерения могут производиться различными способами или методами. С точки зрения общих приемов получения результатов измерения различают измерения непосредственные, т. е. прямые и косвенные.

Прямые измерения

При прямых измерениях искомая величина определяется непосредственно показаниями прибора или измерительной шкалы инструмента.
К прямым измерениям относятся измерения длин линейками, штангенинструментом, микрометрами, широкодиапазонными инкрементными измерительными головками с цифровым отсчетом, высотомерами, измерения углов — угломерами и др.

Косвенные измерения

При косвенных измерениях искомая величина (размер или отклонение) определяется по результатам прямых измерений одной или нескольких величин, связанных с искомой величиной определенной функциональной зависимостью, т. е. после определения косвенных величин, влияющих на искомую, определяют искомую величину, используя математические методы вычислений или преобразований.

Примером косвенных измерений могут служить измерения диаметра вала по длине его окружности с помощью рулетки или обкатного ролика, измерения на координатно-измерительных машинах (КИМ), и др.

На рисунке представлен пример косвенного измерения диаметра вала с помощью рулетки, при этом измеряется длина окружности и с помощью известной зависимости D = L/π определяется ее диаметр.

Прямые измерения более просты и сразу приводят к результату измерения, поэтому они имеют преимущественное распространение в машиностроении.
Однако в ряде случаев прямые измерения не могут быть осуществлены, например, при измерении штангенциркулем расстояния между осями отверстий, при измерениях на КИМ, при измерении валов большого диаметров и др.

Прямые измерения иногда уступают по точности косвенным измерениям, как это имеет место при измерении углов угломерами, погрешности которых в десятки раз превышают погрешности синусных линеек.

Косвенные измерения широко применяют при координатных измерениях, потому что результат измерения всегда получают расчетом по определенным при измерении координатам двух или нескольких точек.

Каждое измерение может производиться абсолютным или относительным методом.

Абсолютный метод измерения

При абсолютном методе весь измеряемый размер определяется непосредственно по показаниям прибора. В настоящее время большинство приборов и инструментов измеряют абсолютным методом – штангенинструмент, микрометры, широкодиапазонные индикаторы и преобразователи, высотомеры, КИМ, угловые энкодеры и др.

Относительный метод измерения

Относительный (сравнительный) метод измерения дает только отклонение размера от установочной меры или образца, по которым прибор был установлен на ноль. Определение размера в этом случае производится алгебраическим суммированием размера установочной меры и показаний прибора при измерении.

Приборы для относительных измерений требуют дополнительной затраты времени для предварительной настройки прибора по установочной мере, что существенно снижает производительность измерений при небольших партиях проверяемых деталей.

Снижение производительности становится несущественным, если после настройки прибором производят большое число измерений.

Относительный метод измерения применяется на контрольных приспособлениях и автоматах, в приборах активного контроля.

Кроме того, методы измерения делятся на комплексные и дифференцированные.

Комплексный метод измерения

Комплексный метод измерения заключается в сопоставлении действительного контура проверяемого объекта с его предельными контурами, определяемыми величинами и расположением полей допусков отдельных элементов этого объекта.

Комплексный метод измерения обеспечивает проверку накопленных погрешностей взаимосвязанных элементов объекта, ограниченных суммарным допуском. Этот метод измерения является наиболее надежным с точки зрения обеспечения взаимозаменяемости и обычно осуществляется проходными калибрами, сконструированными по принципу подобия.

Примером комплексного метода измерения может служить проверка резьбы гайки проходной резьбовой пробкой.

Дифференцированный метод измерения

Дифференцированный метод измерения сводится к независимой проверке каждого элемента отдельно. Этот метод не может непосредственно гарантировать взаимозаменяемости изделий.
Например, при дифференцированной проверке среднего диаметра, шага и половины угла профиля резьбы необходимо дополнительно подсчитать приведенный средний диаметр резьбы, включающий отклонения перечисленных выше элементов резьбы, и убедиться, что он находится в заданных пределах.

Комплексный метод измерения применяется преимущественно при проверке изделий, а дифференцированный метод — при проверке инструментов, настройке станков и при выявлении причин размерного брака изделий.

При проверке изделий предельными калибрами обычно сочетаются комплексные и дифференцированные методы измерений.
Каждый из перечисленных выше методов измерения может осуществляться контактным или бесконтактным способом.

Контактный метод измерения

Контактный метод измерения осуществляется путем непосредственного соприкосновения измерительных поверхностей (наконечников) прибора или инструмента с поверхностью контролируемого объекта.

Бесконтактный метод измерения

Бесконтактный метод измерения характеризуется отсутствием измерительного контакта прибора с проверяемым объектом (например, при пневматическом методе измерения, при измерении на проекторах, микроскопах, лазерных приборах, лазерных итерферометрах и т.п.).
В последнее время получил большое распространение бесконтактный метод измерения с помощью лазерного сканирования, в том числе 3D сканирования и лазерных триангуляционных измерениях.

***



Измерительные средства, применяемые в металлообрабатывающей промышленности, можно разделить на три основные группы:

• меры и калибры;
• универсальные инструменты и приборы, специальные средства измерений — контрольные приспособления, контрольные автоматы, приборы активного контроля;
• координатно-измерительные машины.

Мерами называются средства измерения, служащие для воспроизведения одного или нескольких известных значений данной величины.

Калибрами называются меры, служащие для проверки правильности размеров, форм и взаимного расположения частей изделия.
Калибры долгое время являлись одними из наиболее распространенных измерительных средств, но с повышением точности металлообработки, распространением станков с ЧПУ, появлением индикаторов, электронных приборов и инструментов с цифровым отсчетом и КИМ применение калибров существенно снизилось.

Универсальные инструменты и приборы служат для определения значений измеряемой величины.
Они различаются по конструктивным признакам, по целевому назначению, по степени механизации, пределам измерения, цене деления аналогового или цифрового отсчета и прочим показателям.

Классификация средств измерения

Универсальные измерительные инструменты и приборы классифицируются по конструктивным признакам на:

• механические инструменты, снабженные штриховой шкалой и нониусом — штангенинструменты и (штангенциркули, штангенглубиномеры, штангенрейсмасы и др.) и универсальные угломеры;
• электронные штангенинструменты с цифровым отсчетом (штангенциркули, штангенглубиномеры, штангенрейсмасы);
• микрометрические инструменты, основанные на применении микропар (микрометры, микрометрические нутромеры, глубиномеры и др.);
• электронные микрометрические инструменты с цифровым отсчетом (микрометры, нутромеры, глубиномеры и др.);
• механические индикаторы со шкалой и стрелкой;
• электронные индикаторы с цифровым отсчетом;
• оптические приборы (длиномеры, интерферометры, проекторы, микроскопы, лазерные приборы и др.);
• индуктивные приборы;
• широкодиапазонные приборы (емкостные, индуктивные и фотоэлектрические);
• пневмоиндуктивные приборы;
• высотомеры;
• координатно-измерительные машины (КИМ).

Кроме того, существуют специальные приборы — контрольные приспособления, контрольные автоматы и приборы активного контроля, предназначенные для контроля одной или нескольких однотипных деталей после их обработки на станке или в процессе обработки.

По числу одновременно проверяемых размеров приборы разделяются на одномерные и многомерные.
По установившейся на производстве терминологии простейшие измерительные средства — калибры, линейки, штангенинструмент, микрометры, уровни — именуются измерительным инструментом.

***

Основные характеристики средств измерения



Олимпиады и тесты

Источник: http://k-a-t.ru/metrologia/metrologia_6/index.shtml

Виды средств измерений в метрологии / Классификация измерительных приборов

Средствами измерений (СИ) называются технические средства, применяемые для измерения единицы физической величины (ФВ) на практике. Для СИ установлены нормированные погрешности.

Средства измерений классифицируются по следующим критериям:

• вид;
• принцип действия;
• метрологическое назначение.

К основным видам средств измерений относятся следующие:

• эталон;
• мера;
• измерительный преобразователь;
• измерительный прибор;
• измерительная установка;
• измерительная система.

Мера, эталон

Мерой является средство измерений, которое предназначено для воспроизведения заданного размера физической величины. К примеру, гиря является мерой массы, резистор – мерой электрического сопротивления.

Различают одно- и многозначные меры, а кроме того, наборы и магазины мер.

С помощью однозначной меры воспроизводится величина лишь одного размера. Примером такой меры является гиря. Многозначными мерами воспроизводятся несколько размеров ФВ. Примером многозначной меры может служить миллиметровая линейка, с помощью которой можно выразить длину предмета как в миллиметрах, так и в сантиметрах.

Меры с наивысшим порядком точности называются эталонами, подробнее о которых вы можете прочитать в материале «Средства измерения в метрологии».

 

Под измерительным преобразователем подразумевается СИ, которое преобразует сигнал измерительной информации в форму, удобную для его передачи, последующего преобразования, а затем обработки и хранения, но при этом сигнал в таком виде не предназначен для непосредственного восприятия наблюдателем.

Этот сигнал подается в показывающее устройство, с которого и происходит это непосредственное восприятие. По данной причине преобразователь либо входит в конструкцию измерительного прибора, либо совместно с ним применяется.

К примеру, использоваться преобразователь может с целью передачи данных в память компьютера. Преобразуемая величина носит название входной, а итог преобразования называется выходной величиной. Основная метрологическая характеристика преобразователя и определяется соотношением этих величин (входной и выходной), которое носит название «функция преобразования».

Измерительный прибор. Классификация измерительных приборов

Измерительным прибором называется СИ, которое, в отличие от преобразователя, служит для выработки сигнала в форме, которая доступна для непосредственного восприятия наблюдателем.

Существуют различные классификации измерительных приборов, это:

• назначение;
• конструктивное устройство;
• степень автоматизации.

Назначение измерительных приборов

По данному признаку различают измерительные приборы (ИП):

• универсальные, применяемые в контрольно-измерительных лабораториях всех типов производств, а кроме того в цехах мелкосерийных и единичных производств;
• специальные, применяемые для измерения одного или нескольких параметров деталей определенного типа;
• для контроля: приемочного (калибры), активного (при изготовлении деталей) или статистического.

Конструктивное устройство

По этому признаку различают приборы:

• механические: штангенциркуль, микрометр, щупы, рычажные скобы и т.д.;
• оптические: микроскоп, проектор, оптиметр и др.;
• пневматические: длинномеры, или ротаметры, и т.д.;
• электрические: индуктивные приборы, кругломеры, профилографы и др.

Степень автоматизации

По данному признаку приборы бывают:

• ручного действия;
• механизированными;
• полуавтоматическими;
• автоматическими.

Измерительная установка

Измерительная установка – это совокупность СИ (меры, измерительные приборы и преобразователи) и вспомогательных устройств, объединенных функционально. Предназначение составляющих измерительной установки – выработка сигналов в удобной для непосредственного восприятия наблюдателем форме. Сама измерительная установка располагается на одном месте (испытательный стенд).

Измерительная система

Измерительная система представляет собой такую же совокупность, но составляющие ее звенья соединены между собой каналами связи, которые размещены в разных точках контролируемого пространства. Цель измерительной системы – измерить одну или несколько ФВ, которые свойственны данному пространству.

Вас также может заинтересовать:

Источник: http://gauss-instruments.ru/vidy-sredstv-izmerenij/

1.5. Виды средства измерений

Средство измерений (СрИзм) — это техническое средство (или комплекс средств), используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики.

СрИзм позволяют не только обнаружить физическую величину, но и измерить ее, т.е. сопоставить неизвестный размер с известным.

Если физическая величина известного размера есть в наличии, то она непосредственно используется для сравнения (измерение плоского угла транспортиром, массы – с помощью весов с гирями).

Если же физической величины известного размера в наличии нет, то сравнивается реакция (отклик) прибора на воздействие измеряемой величины с проявившейся ранее реакцией на воздействие той же величины, но известного размера (измерений силы тока амперметром).

СрИзм можно классифицировать по двум признакам:

1. конструктивное исполнение;
2. метрологическое назначение.

По конструктивному исполнению СрИзм подразделяют на меры, измерительные преобразователи; измерительные приборы, измерительные установки, и системы, измерительные принадлежности.

Мера

Это средство измерения, предназначенное для воспроизведения физических величин заданного размера. К данному виду средств измерений относятся гири, концевые меры длины и т.п. На практике используют однозначные и многозначные меры, а также наборы и магазины мер.

Однозначные меры воспроизводят величины только одного размера (гиря).

К однозначным мерам можно отнести стандартные образцы (СО). СО состава вещества (материала) – стандартный образец с установленными значениями величин, характеризующих содержание определенных компонентов в веществе (материале).

СО свойств веществ (материалов) – стандартный образец с установленными значениями величин, характеризующих физические, химические, биологические и другие свойства.

Многозначные меры воспроизводят несколько размеров физической        величины. Например, миллиметровая линейка дает возможность выразить длину предмета в сантиметрах и в миллиметрах.

Измерительные преобразователи

СрИзм, предназначенные для преобразования измеряемой величины в другую однородную или неоднородную величину с целью представления измеряемой величины в форме, удобной при обработке, хранении, передаче в показывающее устройство. Измерительные преобразователи не имеют устройств отображения измерительной информации, поэтому они входят в измерительные приборы или применяются вместе с ними.

Различают:

• Первичные преобразователи — предназначены для непосредственного восприятия измеряемой величины, как правило, неэлектронной и преобразовывая ее в электрическую (например, датчики).
• Промежуточные преобразователи – преобразователи, расположенные в измерительной цепи первичного преобразователя и обычно по измеряемой физической величине, однородные с ним.

Пример: овременные измерительные преобразователи нередко оснащаются и цифровыми, и аналоговыми выходными цепями. Примерами таких преобразователей являются Е854ЭЛ, Е856ЭЛ и Е849ЭЛ

Совокупность конструктивно объединенных первичных и промежуточных преобразователей носит название «измерительные приборы».

Измерительные приборы

Комплектная измерительная установка PN25 тип LC/LCR для газовозов или стационарных систем

Это средства измерений, которые позволяют получать измерительную информацию в форме, удобной для восприятия пользователем. Различают измерительные приборы прямого действия и приборы сравнения.

• Приборы прямого действия отображают измеряемую величину на показывающем устройстве, имеющем соответствующую градуировку в единицах этой величины. Изменения рода физической величины при этом не происходит. К приборам прямого действия относят, например, амперметры, вольтметры, термометры и т.п.
• Приборы сравнения предназначаются для сравнения измеряемых величин с величинами, значения которых известны, например, аналитические весы. Такие приборы широко используются в научных целях.

Измерительные установки и системы

Это совокупность средств измерений, объединённых по функциональному признаку со вспомогательными устройствами, для измерения одной или нескольких физических величин объекта измерений. Обычно такие системы автоматизированы и обеспечивают ввод информации в систему, автоматизацию самого процесса измерения, обработку и отображение результатов измерений для восприятия их пользователем.

Измерительные принадлежности

Это вспомогательные средства измерений величин. Они необходимы для вычисления поправок к результатам измерений, если требуется высокая степень точности.

По метрологическому назначению СрИзм делят на два вида – рабочие средства измерений и эталоны.

Рабочие средства измерений

Калибратор-измеритель унифицированных сигналов эталонный ИКСУ-2012ПК

Применяют для определения параметров (характеристик)  технических устройств, технологических процессов, окружающей среды и др.

Производственные средства обладают устойчивостью к воздействиям различных факторов производственного процесса:  температуры, влажности, вибрации и т.п., что может сказаться на достоверности и точности показаний приборов.

Полевые средства работают в условиях, постоянно изменяющихся в широких пределах внешних воздействий.

Эталон

Это высокоточная мера, предназначенная для воспроизведения и хранения единицы величины с целью передачи её размера другим средствам измерений. От эталона единица величины передаётся разрядным эталонам, а от них – рабочим средствам измерений. Эталоны классифицируют на:

• Первичный эталон – это эталон,  воспроизводящий единицу физической величины с наивысшей точностью, возможной в данной области измерений на современном уровне  научно-технических достижений. Первичный эталон может быть национальным (государственным) и международным.
• Вторичные эталоны могут утверждаться либо Госстандартом РФ, либо государственными научными метрологическими центрами, что связано с особенностями их использования.
• Рабочие эталоны воспринимают размер единицы от вторичных эталонов и в свою очередь служат для передачи размера менее точному рабочему эталону (или эталону более низкого разряда и рабочим средствам  измерений.

Презентация на тему Классификация видов средств измерений  

57

Методы измерений

Еще полезные статьи:

Источник: https://suplicio.ru/2011-09-10-16-07-06/62-15-measuring-instruments.html

Классификация средств измерений

Средства измерений классифицируются по весьма разнообразным признакам, которые в большинстве случаев взаимно независимы и в каждом средстве измерений могут находиться почти в любых сочетаниях.

К числу этих признаков относятся: тип и вид контролируемых физических величин; назначение; число проверяемых параметров при одной установке объекта измерения; принцип действия; способ образования показаний; способ получения числового значения измеряемой величины; точность; условия применения; степень защищенности от внешних магнитных и электрических полей; прочность и устойчивость против механических воздействий и перегрузок; стабильность; чувствительность; пределы и диапазоны измерений; роль, выполняемой в системе обеспечения единства измерений; уровень автоматизации; уровень стандартизации; отношению к измеряемой физической величине.

Классификация СИ по типу контролируемых величин

Классификация средств измерения и контроля по типу контролируемых физических величин представлена на рис. 7.8.

Рис. 7.7. Классификация средств измерения и контроля по типу физических величин

В условиях расширяющейся автоматизации технологических процессов обработки деталей и сборки узлов и агрегатов машин, повышения требований к производительности, точности и качеству обработки при массовом производстве машин все большее значение приобретают автоматические средства контроля. Они классифицируются по числу проверяемых параметров, степени автоматизации, способу преобразования измерительного импульса, месту установки в технологическом процессе, воздействию на технологический процесс (рис. 7.8).

Отнесение контрольных операций к ручным, полуавтоматическим или автоматическим можно выполнять по отношению времени, затрачиваемому на ручные операции, к общему (суммарному) времени контроля tx. Если tp/tz< 0,5, то контроль считается ручным (например, контроль ручными калибрами или шкальными средствами измерения).

Если 0,02 < tv/tz< 0,5, то контроль считается полуавтоматическим (например, установка объекта контроля на стол контрольного приспособления выполняется вручную, а последующий процесс контроля показаний - автоматически).

Если tp/tz < 0,02, то контроль считается автоматическим (установка объекта контроля, его измерение, оценка результатов и снятие объекта контроля выполняются без участия оператора).

По назначению

По назначению СИ делятся на универсальные и специальные;

По числу проверяемых параметров

По числу проверяемых параметров при одной установке объекта измерения — одномерные и многомерные;

Ту или иную величину можно измерять при помощи средств измерений, отличающихся одно от другого принципом действия. Различия этих принципов связаны с использованием различных физических явлений. Например, для измерения длины применяют механические, оптические, пневматические и электрические устройства.

Кроме того, могут быть различными способы использования одного и того же физического явления. Так, различие принципа действия электроизмерительных устройств, в которых используется взаимодействие электрического тока и магнитного потока, заключается в способе получения, форме и характере магнитного потока.

По способу образования показаний

По способу образования показаний измерительные приборы можно разделить на три основные группы: показывающие, самопишущие и приборы с наводкой.

Рис. 7.8. Классификация автоматических средств контроля

Показывающие измерительные приборы, если на них воздействует измеряемая величина, дают показание, не требуя от наблюдателя каких-либо дополнительных операций. Указатель отсчетного устройства перемещается без воздействия человека и наблюдается визуально.

Самопишущие измерительные приборы, кроме шкалы и указателя, содержат механизм, записывающий показания прибора и измерения изменяющейся величины в виде диаграммы.

По способу получения значения измеряемой величины приборы можно разделить на две группы: приборы непосредственной оценки и компарирующие приборы (приборы сравнения).

Для каждого средства измерения устанавливают границы условий их применения, имея в виду, что .именно в пределах этих границ нормируются и обеспечиваются те их свойства, которые определяют уровень точности их показаний.

Постоянно действующей, влияющей на средства измерений, величиной является магнитное тюле Земли. В каждой точке поверхности Земли оно приблизительно постоянно. Магнитное поле Земли и другие магнитные поля влияют на показания ряда средств измерений, принцип действия которых основан на использовании магнитных и электромагнитных явлений.

Так как защита от влияния магнитных полей всегда усложняет и удорожает средства измерений, то применяют не только при наличии таких магнитных полей, которые могут повлиять на него. В зависимости от напряженности магнитных полей используют средства измерений, соответствующим образом защищенные от них.

Для электроизмерительных приборов разработана классификация по степени защищенности их от влияния магнитных полей. Введены две категории защищенности: I и II. Категории I соответствует большая степень защищенности (ГОСТ 1845-59).

На показания измерительных приборов, основанных на использовании электростатистических явлений, влияют электрические поля. На степени защищенности от влияния электрических полей также введены категории.

Классификация по прочности и устойчивости против механических воздействий и перегрузок

Существуют внешние явления, воздействие которых не выражается в непосредственном влиянии на показания средств измерений, но они могут явиться причиной порчи и нарушения действий механизма. На средства измерений могут воздействовать вода, другие жидкости и газы, пыль и т. д.

От воздействия этих факторов средства измерений защищают кожухами или выполняют их в корпусах из особых материалов с применением защитных покрытий.

По степени защиты от внешних воздействий различают средства измерений обыкновенные, пылезащищенные, брыз-гозащищенные, водозащищенные, герметические, газозащищенные, взрывобезопасные.

Классификация по стабильности показаний средств измерений. Значения мер или показания измерительных приборов изменяются нередко и без воздействия внешних факторов по истечении более или менее длительного времени. Причиной таких изменений в большинстве случаев являются внутренние структурные изменения материалов, из .которых изготовлены основные детали средства измерения. Таким изменениям, называемым старением, в большей степени подвержены сплавы металлов и органические материалы.

По роли, выполняемой в системе обеспечения единства измерений

По роли, выполняемой в системе обеспечения единства измерений, СИ делятся на:

• метрологические, предназначенные для метрологических целей — воспроизведения единицы и (или) ее хранения или передачи размера единицы рабочим СИ;
• рабочие, применяемые для измерений, не связанных с передачей размера единиц.

Подавляющее большинство используемых на практике СИ принадлежат ко второй группе. Метрологические средства измерений весьма немногочисленны. Они разрабатываются, производятся и эксплуатируются в специализированных научно-исследовательских центрах.

По уровню стандартизации

По уровню стандартизации средства измерений подразделяются на:

• стандартизованные, изготовленные в соответствии с требованиями государственного или отраслевого стандарта;
• нестандартизованные (уникальные), предназначенные для решения специальной измерительной задачи, в стандартизации требований к которым нет необходимости.

Основная масса СИ являются стандартизованными. Они серийно выпускаются промышленными предприятиями и в обязательном порядке подвергаются государственным испытаниям. Нестандартизованные средства измерений разрабатываются специализированными научно-исследовательскими организациями и выпускаются единичными экземплярами. Они не проходят государственных испытаний, их характеристики определяются при метрологической аттестации.

По отношению к измеряемой физической величине

По отношению к измеряемой физической величине средства измерений делятся на:

• основные — это СИ той физической величины, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей
• вспомогательные — это СИ той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерения необходимо учесть для получения результатов измерения требуемой точности.

Похожие материалы

Источник: https://www.metalcutting.ru/content/klassifikaciya-sredstv-izmereniy