Средство измерения (СИ) - техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным в пределах установленной погрешности в течение известного интервала времени.
В отличие от таких технических средств как индикаторы,предназначенных для обнаружения физических свойств (лакмусовая бумага, компас, осветительная электрическая лампочка), СИ позволяют не только обнаружить ФВ, но и измерить ее, т.е. сопоставить неизвестный размер с известным.
Другими отличительными признаками СИ являются, во-первых, «умение» хранить (или воспроизводить) единицу ФВ; во-вторых, неизменность размера хранимой единицы (в противном случае невозможно получить результат с требуемой точностью).
СИ можно классифицировать по двум признакам:
· Конструктивное исполнение;
· Метрологическое назначение.
По конструктивному исполнению СИ подразделяют на:
ü меры,
ü измерительные устройства,
ü измерительные установки и
ü измерительные системы.
Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения ФВ одного или нескольких заданных размеров.
Различают меры:
· однозначные (гиря, конденсатор постоянной емкости);
· многозначные (линейка, конденсатор переменной емкости);
· наборы мер (набор гирь).
Сравнение с мерой выполняют с помощью специальных технических средств – компараторов (рычажные весы, измерительный мост и т.д.).
К однозначным мерам относят стандартные образцы (СО) состава и свойств.
СО состава вещества (материала) – стандартный образец с установленными значениями величин, характеризующих содержание определенных компонентов в веществе (например, СО состава углеродистой стали определенной марки).
СО свойств веществ (материалов) – стандартный образец с установленными значениями величин, характеризующих физические, химические, биологические и другие свойства (например, так называемая шкала твердости Мооса, которая представляет собой набор 10 эталонных минералов для определения числа твердости по условной шкале).
В практике метрологическими службами используются СО разной категории (межгосударственные, государственные, отраслевые и предприятий) для выполнения различных задач. Так, например, созданы государственные и отраслевые образцы состава почв, аттестованные на содержание макро- и микроэлементов (марганца, кобальта, цинка, меди, молибдена, бора) и другие характеристики (величина рН и др.). Они предназначены для градуировки приборов, поверки СИ, для контроля правильности анализов почв.
Меры, как правило, непосредственно в технологических измерениях применяются редко, они служат для проверки рабочих измерительных устройств.
Измерительное устройство – применяется самостоятельно или в составе измерительных установок и измерительных систем. В зависимости от формы представления сигнала измерительной информации измерительные устройства подразделяются на измерительные приборы и измерительные преобразователи.
Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия оператора.
Измерительный преобразователь (датчик) – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но непосредственно не воспринимается оператором. Измерительные преобразователи подразделяются на первичные (к ним подводится измеряемая величина, которая преобразуется в форму, удобную для дальнейшего использования), промежуточные (занимают в измерительной цепи место после первичного преобразователя и предназначены для осуществления всех необходимых преобразований) и передающие (предназначены для дистанционной передачи сигналов измерительной информации).
Измерительные установки представляют собой совокупность функционально и конструктивно объединенных средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей), предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем.
Измерительные системы – совокупность функционально объединенных соответствующими каналами связи средства измерений и вспомогательных устройств, предназначенных для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и использования в автоматических системах управления, а также доступной для непосредственного восприятия оператором.
По метрологическому назначению все СИ подразделяются на два вида:
· рабочие СИ,
· эталоны.
Рабочие СИ применяют для определения параметров технических устройств, технологических процессов, окружающей среды и др.
Рабочие СИ могут быть:
лабораторными (для научных исследований – самые точные и чувствительные);
производственными (для обеспечения и контроля заданных характеристик технологических процессов – устойчивые к воздействиям различных факторов производственного процесса: температуры, влажности, вибрации и т.п.);
полевыми (для самолетов, автомобилей, судов и т.п. – повышенная стабильность в условиях резкого перепада температур, высокой влажности).
Эталон — это высокоточная мера, предназначенная для воспроизведения и хранения единицы величины с целью передачи ее размера другим средствам измерений. Размер единицы передается «сверху вниз» от более точных СИ к менее точным по цепочке «первичный эталон → вторичный эталон → рабочий эталон 0-го разряда → рабочий эталон 1-го разряда → … → рабочее СИ».
Передача размера осуществляется в процессе поверки СИ. Цель поверки – установление пригодности СИ к применению.
Эталоны по подчиненности классифицируют на
· первичные (исходные),
· вторичные (подчиненные),
· рабочие (подчиненные).
Первичный эталон — это эталон, воспроизводящий единицу физической величины с наивысшей точностью, возможной в данной области измерений на современном уровне научно-технических достижений.
Первичные эталоны могут иметь разновидность - специальные первичные эталоны.
Специальные эталоны воспроизводят единицы в условиях, когда прямая передача размера единицы от первичного эталона с требуемой точностью технически не осуществима (высокие и сверхвысокие частоты, малые и большие энергии, давление или температуры, особые состояния вещества и т. п.).
Первичный эталон может быть
· национальным (государственным) и
· международным.
Национальный эталон утверждается в качестве исходного средства измерения для страны национальным органом по метрологии (Росстандарт РФ).
Международные эталоны хранит и поддерживает Международное бюро мер и весов (МБМВ). Важнейшая задача деятельности МБМВ состоит в систематических международных сличениях национальных эталонов разных стран с международными эталонами, а также и между собой, что необходимо для обеспечения достоверности, точности и единства измерений. Сличению подлежат как эталоны основных величин системы СИ, так и производных. Установлены определенные периоды сличения. Например, эталоны метра и килограмма сличают каждые 25 лет, а электрические и световые эталоны — один раз в 3 года.
Первичному эталону соподчинены вторичные и рабочие (разрядные) эталоны. Размер воспроизводимой единицы вторичным эталоном сличается с государственным эталоном.
Вторичные эталоны (их иногда называют "эталоны-копии") могут утверждаться либо Росстандартом РФ, либо государственными научными метрологическими центрами.
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.
Поверочная схема − это утвержденный в установленном порядке документ, регламентирующий средства, методы и точность передачи размера единицы физической величины от государственного эталона рабочим средствам измерений.
Поверочные схемы в зависимости от области распространения подразделяются на следующие виды:
− государственные поверочные;
− ведомственные поверочные;
− локальные.
Государственная поверочная схема распространяется на все средства измерений данной физической величины, применяемые в стране, т. е. устанавливают порядок передачи информации о размере единицы в масштабе страны. Они разрабатываются метрологическими институтами. Они возглавляются первичными и специальными эталонами.
Ведомственная поверочная схема распространяется на средства измерений, подлежащие поверке внутри ведомства. Они согласовываются с главным центром государственных эталонов и утверждаются руководством ведомства.
Локальная поверочная схема распространяется на средства измерений, подлежащие поверке в данном органе государственной метрологической службы или в органе метрологической службы юридического лица. Локальная схема разрабатывается метрологической службой юридического лица, согласовывается с территориальным органом Госстандарта.
Основные требования к эталонам:
Неизменность – способность удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы в течение длительного интервала времени.
Воспроизводимость – воспроизведение единицы с наименьшей погрешностью для данного уровня развития измерительной техники.
Сличаемость – способность не претерпевать изменений и не вносить каких-либо искажений при проведении сличений.