Способы измерения диапазонов измерения приборов

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.

На рисунке 1 показан пример выполнения круговой шкалы. Расстояние между серединами двух соседних отметок (штрихов) шкалы или между двумя штрихами называется интервалом деления (или ценой деления) . Цена деления выражается единицей измерения, указанной на шкале.

Для большинства приборов интервал деления шкалы — постоянная величина на всей длине шкалы. Такие шкалы называются равномерными.
Неравномерные шкалы в приборах для линейных измерений в настоящее время не применяются.
Интервал деления шкалы выбирают от 0,9 до 2,5 мм. При таких интервалах делений обеспечивается наилучший результат глазомерной оценки долей деления при расположении стрелки указателя прибора между штрихами шкалы.

Значение измеряемой величины, соответствующее одному делению шкалы, называется ценой деления (с) . Цена деления, как правило, не должна быть меньше погрешности показаний прибора.

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.

В настоящее время созданы электронные приборы и инструменты с непосредственным цифровым отсчетом результатов измерений. У этих приборов шкала заменена многоразрядным цифровым дисплеем, на котором цифрами отображается результат измерения. В каждом разряде обычно цифры от 0 до 9.
Наименьшая разница в младшем разряде называется дискретностью показаний .
Высота цифр у ручных инструментов и приборов (например, штангенциркуля) составляет 7,5…9 мм. У выносных электронных блоков высота цифр составляет 12…15 мм и более.

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.

Пределом измерения прибора называется наибольшая и наименьшая величины, которые могут быть измерены прибором.
Например, микрометр с пределом измерения 50…75 мм имеет диапазон измерения по штриховой шкале 25 мм.
Для индикаторов, измерительных головок и других приборов, предназначенных для относительных измерений на стойках со столиками, пределы измерения высот определяются высотой стойки, а диаметров — вылетом кронштейна, в котором крепится индикатор. В таких случаях обычно указывают отдельно предел измерения диаметров и высот.

Чувствительность прибора

Перемещение измерительного стержня механического прибора передается стрелке через увеличивающий передаточный механизм (рычажный, зубчатый) . У индуктивных и инкрементных преобразователей отсутствует механическая передача — перемещение измерительного стержня преобразуется в электрический сигнал. В обоих случаях свойство прибора реагировать на изменения измеряемой величины называется чувствительностью или разрешением прибора.
Чувствительность прибора очень важная характеристика и оценивается наименьшим изменением значения измеряемой величины, способным вызвать малейшее заметное изменение показаний прибора, и называется порогом чувствительности или разрешающей способностью прибора.

Отношение линейного или углового перемещения стрелки (указателя) или изменение цифрового показания прибора к изменению размера, вызвавшему это перемещение, называется передаточным отношением прибора .
Для штриховых шкал передаточное отношение определяется отношением интервала деления a к цене деления c :

Если стрелка прибора при точных измерениях останавливается между штрихами шкалы, то отсчет производится глазомерной оценкой дробной части деления, пройденного стрелкой.

Точностью отсчета называется точность, достигаемая при отсчете по шкале прибора. Точность отсчета зависит от качества штрихов шкалы, толщины стрелки (указателя) , расстояния между шкалой и стрелкой, освещенности шкалы и квалификации контролера.
Наиболее благоприятная для точного отсчета ширина штрихов шкалы равна 0,1 интервала деления.
У цифровых шкал точность отсчета зависит от дискретности шкалы, то есть последнего разряда показаний и не имеет субъективной ошибки отсчета.

Параллакс

Параллаксом называется кажущееся смещение указателя относительно штрихов шкалы (рис. 2) при наблюдении в направлении, не перпендикулярном плоскости шкалы. Это явление связано с особенностями строения органов зрения человека и может приводить к значительным погрешностям при считывании показаний с измерительного прибора или инструмента.
Погрешности отсчета, вызываемые параллаксом, особенно ощутимо проявляются у штангенциркулей и часто превосходят величину отсчета по нониусу.
Погрешность параллакса, согласно обозначениям, принятым на рис. 2 , будет равна δ = h tg φ .

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

При многократном измерении одного размера вследствие несовершенства механизма прибора (наличия в нем зазоров, трения, и деформаций) повторные показания прибора могут не совпадать.
Наибольшая разность между показаниями прибора при многократном измерении одной и той же величины в одном направлении при неизменных внешних условиях называется вариацией показаний, воспроизводимостью или повторяемостью .

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

Погрешность показаний прибора — это разность между показанием прибора и действительным значением измеряемой величины.
На погрешность влияют многие факторы — совершенство конструкции и техническое состояние средства измерения, способ использования прибора, человеческий фактор (острота зрения, дрожание рук, степень мастерства и профессионализма и т. п.) , а также такие факторы, как измерительное усилие, температура приборов и температура помещения, в котором производится измерение.

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

Все измерительные средства особенно их преобразователи и механизмы защищают от попадания мелких твердых частиц, пыли и воды.
Степень защиты измерительных приборов определена и нормируется российским национальным стандартом ГОСТ 14254-96 и международным стандартом DIN EN 60 529.
Для обозначения степени защиты приборов применяются две цифры: первая цифра определяет защиту от попадания твердых частиц и пыли, вторая — от влаги.
Пример обозначения степени защиты — IP54.
Классификация приборов по степени защиты от твердых частиц и влаги приведена в таблице ниже.

Примечание: точками обозначены недостающие цифры в обозначении степени защиты от другого вредного фактора.

Источник

Термин: Диапазон измерений

Диапазон измерений – это область значений величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерений. Примечание – Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу и сверху (слева и справа), называют соответственно нижним пределом измерений или верхним пределом измерений. Это общепринятое (согласно РМГ 29-99) определение диапазона измерения по смыслу достаточно очевидно. Но при решении практических задач измерения значений физической величины имеется целый ряд особенностей конкретных приборов, связанных с диапазоном измерения. Кратко разберём эти особенности.

Для приборов с двуполярным диапазоном измерения верхний предел измерения по модулю может быть не равен нижнему.

В некоторых приборах диапазон измерения разбит на поддиапазоны. Смена поддиапазонов измерения происходит автоматически, по команде или ручным способом, но в процессе смены поддиапазона измерения, как правило, приостанавливаются.

У некоторых приборов реальный диапазон показаний превышает диапазон измерений, в котором нормированы допускаемые пределы погрешности прибора. Это связано не только с количеством разрядов индикатора, но и с некоторым технологическим запасом, который может быть заложен в данный прибор.

Несмотря на то, что у большинства приборов предельно допустимый входной диапазон превышает диапазон измерений, как минимум, не рекомендуется постоянно эксплуатировать прибор при значении измеряемой физической величины вблизи границ предельно допустимого диапазона.

Для приборов, измеряющих среднеквадратическое значение (СКЗ) переменной физической величины также указывают диапазон измерений СКЗ этой величины, но нередко не указывают реальный рабочий диапазон пиковых (амплитудных) значений этой величины. Это связано с тем, что СКЗ на приборы нормируют либо на синусоидальном сигнале, либо на тестовых измерительных сигналах специального (стандартного) вида. При этом, в тракт измерения прибора закладывают технологический запас по амплитудным значениям измеряемой величины, исходя из стандартных требований для данной области применения. Заметим, что, чем шире полоса частот реального измеряемого сигнала, тем больше диапазон амплитудных значений сигнала по отношению к СКЗ этого сигнала. Таким образом, в случае резко нестандартного сигнала, его амплитудное значение может ограничиться внутри прибора, при том, что СКЗ, измеренное с большой ошибкой, может остаться в рабочем диапазоне. В данной случае, эта ошибка вызвана нелинейностью тракта преобразования из-за превышения входного диапазона сигнала.

Указание в характеристиках прибора входного диапазона измерения СКЗ сигнала при заданном максимальном коэффициенте амплитуды сигнала даёт возможность оценить запас по диапазону измерения данного входа прибора для сигнала общего вида.

Источник

Классификация по пределам и диапазонам измерения

Классификация по пределам и диапазонам измерения

• Очень важной характеристикой всех измерительных приборов является, во-первых, определение их пригодности для предполагаемой цели, пределов измерения, то есть минимальных и максимальных значений, которые могут быть измерены этим измерительным прибором. Нижний и нижний пределы измерения ограничивают диапазон измеряемых значений, определяемых этим прибором. Этот диапазон называется диапазоном измерения.

Для многих измерительных приборов нижний предел измерения равен нулю, поэтому он часто характеризуется сокращением верхнего предела, а не диапазона измерения в качестве предела измерения . Если нижний предел измерения равен нулю, диапазон измерения отображается как O — N (единица измерения). Например, О — 5 кг. 1-100А и т. Д. В некоторых случаях, если нижний предел измерения не равен нулю, диапазон измерения обозначается следующим образом: 25-50 мм, 10-1000 Ом и т. Д.

Контроль отклонений расположения поверхностей в производственных условиях осуществляют с помощью проходных комплексных калибров. Людмила Фирмаль

Строго говоря, для многих приборов со шкалой 0 нижний предел измерения фактически не равен нулю. Точность измерения малых значений значительно снижается, поэтому нижний предел рабочей части шкалы должен быть определенным значением, составляющим 20-30% от верхнего предела. Многие приборы имеют устройства, которые могут изменять диапазон измерений в очень широком диапазоне. В этих случаях должен быть описан общий диапазон измерений, охватываемый измерительным устройством, и отдельные диапазоны, часто называемые отказом термина поддиапазон.

Есть три способа разделить общий диапазон на отдельные диапазоны. 1. Для каждого диапазона нижний предел измерения остается нулевым. Например, общий диапазон измерения 0-100 можно разделить на диапазон 0-0,1. 0-1; 0-10 и 0-100. 2. Общий диапазон делится на ряд равных последовательных диапазонов. Например, общий диапазон 0-5 делится на диапазон 0-1. 1-2; 2-3; 3-4; 4-5. 3. Как и во втором варианте, общий диапазон делится на последовательные диапазоны, но пределы измерения частично перекрываются. Например, общий диапазон 10-15000 делится на диапазон 10-150. 100-1500 и 1000-15000.

• Теперь, если принимается во внимание только верхний предел измерения, давайте вернемся к проблеме неточностей или недостатков в характеристиках диапазона измерения. Многодиапазонное измерительное устройство может характеризоваться только верхним пределом измерения, если нет сомнений в том, что разделение на различные диапазоны выполняется в соответствии с первым методом. Однако, поскольку некоторые измерительные устройства имеют ненулевые шкалы, к характеристикам таких измерительных устройств следует подходить с осторожностью.

Для таких измерительных приборов обязательно отображать пределы диапазона измерения. Отображение только верхнего предела измерения привело к тому, что слова, сокращенные как предел измерения или предел , стали называть диапазон измерения. Такие выражения даже появились в технической литературе и нормативных документах. Ограничения (например, устройство , предел ожидания 10, ошибка не превышает 0,1 или изменение инструкций с ограничением 100 e превышает 1%) Давайте проанализируем их (формула: мультилимитное измерительное устройство ) ошибка в этом термине наиболее выражена, когда мы говорим двухлимитный.

По виду контролируемой поверхности калибры подразделяют па калибры для контроля внутренней резьбы и калибры для контроля наружной резьбы. Людмила Фирмаль

Это означает двухдиапазонное измерительное устройство с двумя пределами измерения. Предел измерения. При пределе 10 погрешность измерения не превышает 0,1 или При пределе 100 показание не превышает 1% . Это означает, что верхний предел измерения находится в диапазоне 10 (или 100). Для инструментов диапазона вы можете видеть, что характеристика (ошибка или изменение в чтении) относится ко всему включенному диапазону.

Вышеприведенное выражение следует понимать так, чтобы оно было точным и грамматически правильным, и чтобы показанные характеристики относились только к ограниченному отображению. Многополосные характеристики прибора имеют свои преимущества и недостатки. Преимущество состоит в том, что один многополосный счетчик заменяет несколько однополосных счетчиков. Это дороже, чем каждая отдельная полоса, но дешевле, чем любое одноканальное устройство, которое оно заменяет. Кроме того, нет необходимости удалять одно устройство и устанавливать на его место другое устройство.

Для хранения многополосного счетчика требуется гораздо меньше места, чем для однополосного счетчика. Недостатки многодиапазонных приборов включают ненадежность получения результатов измерений по сравнению с однополосными приборами из-за наличия различных переключающих устройств, которые могут вызвать дополнительные ошибки. , Чем шире диапазон измерений, тем сложнее отремонтировать оборудование. Калибровка таких измерительных приборов также требует времени. Поскольку между проверками невозможно предсказать каждый случай использования измерительного устройства, необходимо проверить все диапазоны.

Если вам потребуется заказать решение по метрологии вы всегда можете написать мне в whatsapp.

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

Источник