Средства измерений (СИ) – технические устройства с нормированными характеристиками для определения физических величин с заданной точностью, передачи, хранения и воспроизведения результатов. Единица измерений величины при этом остается без изменений.
Основные понятия и определения в области измерений, обеспечения их унификации регламентируются законом РФ № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений».
Различают несколько типов СИ по конструктивному исполнению:
Меры. Такой тип средства измерения представляет собой физическое тело или вещество, воспроизводящее величину или состав. Существуют одно- многозначные меры, магазины, наборы мер. Примером меры служит метр, гиря заданной массы, песочные часы, магазин образцовых сопротивлений.
Устройства. Тип включает измерительные преобразователи для трансформации одной физической величины в другую для последующей обработки, отправки на устройство индикации или хранения и измерительные приборы для непосредственного получения и отображения результата измерений.
Установки. Тип СИ представляет собой комплекс устройств, мер для измерений в одной точке. Пример измерительной системы: термопара – вторичный прибор.
Системы. СИ этого типа – совокупность средств и устройств для измерений в различных точках контролируемого объекта. Измерительные системы также подразделяются на информационные (ИИС), контролирующие (ИКС) и управляющие (ИУС). Примерный состав системы – несколько разнородных датчиков – устройства усиления – передатчики – преобразователи – микропроцессорная панель оператора или ПК.
Преобразователи, относящиеся к измерительным устройствам также делятся по типу сигнала на аналоговые, аналогово-цифровые, цифро-аналоговые. По расположению в цепи измерений различают следующие преобразователи:
Первичные, подвергающиеся непосредственному воздействию контролируемой физической величины.
Промежуточные, преобразующие сигнал с первичного преобразователя в величину, удобную для измерения вторичным прибором.
Существуют также передающие устройства для отправки сигнала на удаленное устройство или прибор и масштабные преобразователи для изменения измерительного сигнала. К последним относятся измерительные трансформаторы в высоковольтных сетях. Устройства кратно уменьшают ток и напряжение для последующего измерения вольтметром или амперметром.
Рассмотрим классификацию средств измерений по другим критериями.
По метрологическому назначению различают рабочие и эталонные средства измерений. Первые обычно применяются для непосредственного определения значений физической величины. Различают следующие виды рабочих СИ:
Лабораторные. Используют в научных изысканиях, проектных разработках, медицинских исследованиях и системах.
Производственные. Применяются для измерений технологических параметров в промышленности, инженерных системах, торговле, других отраслях.
Эталонные средства измерений и используют для хранения, воспроизведения, передачи точного значения величины другим СИ с меньшей точностью.
Различают первичные, вторичные и рабочие эталонные СИ 4 разрядов, чем выше разряд, тем меньше погрешность воспроизведения и передачи физической величины. Основные положения об эталонах отражены в ГОСТ Р 8.885-2015.
По способу отображения данных различают:
Показывающие СИ с непосредственной индикацией значений на шкале или дисплее. Приборы такого типа в свою очередь подразделяются на аналоговые и цифровые.
Регистрирующие приборы, сохраняющие значения за определенный период во встроенной или съемной памяти.
Сигнализирующие, подающие световой или звуковой сигнал при определенном пороговом значении контролируемого параметра.
Компарирующие, принцип действия которых основан на сравнении с образцом, например весы с гирями, мосты сопротивлений.
Существуют также комбинированные средства измерений, объединяющие функции показывающих, регистрирующих и сигнализирующих средств измерений.
По методу определения результатов измерения различают:
Прямого действия. СИ для непосредственной оценки контролируемого параметра без сравнения с аналогичной величиной, значение которой известно.
Сравнительного действия. Приборы определяют значение величины путем сравнения с заранее известным значением.
Пример средств измерений прямого типа – манометры, приборы для измерения силы тока, напряжения. К средствам измерения сравнительного действия относят двухчашечные весы, мосты сопротивления.
Различают стандартизированные и нестандартизированные средства измерений. Характеристики первых соответствуют требованиям отраслевых стандартов или ГОСТ, что подтверждают испытаниями по утвержденным методикам. СИ вносят в ГосРесстр Средств Измерений РФ.
Нестандартизируемые средства измерений – узкоспециализированные приборы, устройства или системы с ограниченными, локальными и вспомогательными задачами. Как правило, это приборы штучного или мелкосерийного исполнения. Область применения таких СИ – одно или несколько предприятий.
По этому критерию различают:
Автоматические средства измерений, осуществляющие определение контролируемой величины, обработку, регистрацию и отправку результатов без участия оператора.
Автоматизированные. Приборы, установки и системы, осуществляющие часть измерительных операций без участия человека.
Неавтоматизированные СИ. Средства измерения и контроля без функций автоматики.
Примером полностью автоматических СИ могут служить коммерческие системы учета электроэнергии, установки для контроля технологических параметров. К неавтоматизарованным приборам относят рулетки, линейки и ряд геодезических приборов.
По значимости различают основные и вспомогательные средства измерений. Основные используются непосредственно для контроля величины, которую необходимо определить для решения данной измерительной задачи.
Вспомогательные СИ применяют для измерений величин, влияющих на основные приборы или объект измерений, с целью получения точного результата.
Например, необходимо измерить плотность жидкой среды в трубопроводе. Для решения этой задачи применяют бесконтактный плотномер, который является основным средством измерения. Чтобы исключить влияние температуры и давления использует термометр и манометр, которые в этом случае применяют как вспомогательные средства измерений. Зная зависимость контролируемой величины от температуры и давления, результат измерения плотности определяют с поправкой на показания вспомогательных приборов.
По этому критерию различают нормируемые и ненормируемые приборы, устройства и системы. К первым относятся все средства измерений с заданной погрешностью, классом точности. К вторым – сигнализаторы и индикаторы.
По такому признаку различают приборы для измерения расхода, плотности, давления, электрической мощности, силы тока, для определения содержания химических элементов в неоднородной среде и др.
По сложности различают:
Простые средства измерений, например стрелочные приборы для определения электрических величин.
Приборы средней сложности, например расходомеры перепада давления, оптические датчики.
Сложные средства измерений, например ультразвуковые, радиоизотопные приборы, анализаторы состава и др.
Классификация по сложности определяется по конструкции и расчетным параметрам. Так, простые приборы не имеют вычислительного блока и не могут определять значения с поправкой на вспомогательные величины. СИ средней сложности могут вычислять значение параметра по 2 значениям одной физической величины, например расходомер с соплом Вентури. Сложные приборы могут выполнять вычисления по нескольким величинам.
