ОТСЧЕТНОЕ ИНДИКАТОРНОЕ УСТРОЙСТВО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРИБОРА

Предлагаемая полезная модель относится к области метрологии и может быть использована в стрелочных измерительных устройствах для индикации и съема информации.
Известны индикаторные устройства, включающие стрелочный указатель и шкалу с нанесенными на нее делениями, соответствующими значениям измеряемого параметра в определенном диапазоне измерений, например, термометры манометрические (Термометры манометрические конденсационные показывающие сигнализирующие ТКП-160Сг, техническое описание и инструкция по эксплуатации 2.820.219 ТО).
Однако указанные устройства не обеспечивают метрологическую корректность и достоверность измеренных данных, поскольку погрешность измерения любого параметра определяется классом точности средства измерения в процентах от максимального значения диапазона измерения и для каждого значения измеряемого параметра она различна.
Известно отсчетное устройство, содержащее несколько шкал, диаметрально расположенных относительно друг друга, например, две и, соответственно, столько же указательных стрелок (RU 2265805, G01D 13/02, 2004).
Известное устройство за счет получения информации о среднем арифметическом значении двух показаний, фактически позволяет увеличить лишь диапазон, но не точность измерения.
Таким образом, в известных устройствах измерение осуществляют только путем измерения номинала измеряемой величины, а метрологическую характеристику определяют вне процесса собственно измерения, например, вычислением или снятием данных с маркировки на шкале устройства или с описания измерительного устройства.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание отсчетного индикаторного устройства, обеспечивающего повышение достоверности измерения за счет получения информации о метрологической характеристике измеряемой величины непосредственно в процессе считывания номинального значения измеряемой величины.
Поставленная задача достигается тем, что отсчетное индикаторное устройство измерительного прибора, содержащее циферблат с выполненной на нем шкалой с рисками, соответствующими номиналам измеряемого параметра, и стрелочный указатель, согласно полезной модели, снабжено расположенной параллельно или концентрично первой шкале дополнительной шкалой с рисками, соответствующими метрологическим числам, выполненной в виде последовательности интервалов чисел точности измерения, используемых для определения погрешности значения номинала непосредственно в процессе измерения, причем каждый указанный интервал расположен под группой значений номиналов, соответствующих этому интервалу.
Целесообразно:
- в качестве чисел точности использовать логарифм отношения абсолютной погрешности к относительной погрешности метрологического числа;
- интервалы чисел точности измерения выполнять разного цвета.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 и 2 изображено предлагаемое устройство, соответственно, с линейной и концентричной шкалами, в таб.1, 2 представлены данные, иллюстрирующие возможности использования устройства.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Как известно, результат измерения не есть рациональное число, т.е. математическое число с ограниченным числом разрядов. Результат измерения описывается принципиально иным, так называемым «метрологическим числом». Метрологическое число имеет в отличие от рационального числа две компоненты - номинал и метрологическую характеристику. Метрологическая характеристика измерительного устройства не определяет метрологические характеристики самого измерения.
Основной метрологической характеристикой в современной метрологии является понятие погрешности или ошибки, являющейся имманентной принадлежностью любого процесса измерения, а не следствием небрежности процесса измерения.
Поэтому в качестве основной метрологической характеристики предлагается использовать не понятие ошибки, а понятие точности.
Под точностью обычно понимают безразмерную величину, обратную относительной погрешности. Однако при этом получаются большие числа, например, точность 1250, точность 11511 и т.д. Представляется очевидным, что такие числа обладают малой наглядностью, сложны для понимания и запоминания, и потому их использование в качестве меры точности в метрологии, рассчитанной на широкий круг лиц, затруднительно.
Предлагается использовать в качестве меры точности числа точности, которые определятся аналогично единице децибел в различных областях науки и техники.
где A - метрологическое число, T - точность метрологического числа в числах точности (децибелах), U - номинал метрологического числа, O - относительная погрешность метрологического числа, ∆ - абсолютная погрешность метрологического числа, квадратные скобки означают округление до ближайшего целого значения.
Число точности округляется до ближайшего целого значения. Это связано с тем, что точность требуется знать с небольшой точностью. Вообще, все метрологические характеристики для практических целей требуется знать с малой точностью. Например, возьмем метрологическое число измеренной скорости света. Номинал этого числа может иметь десять разрядов. Но ошибка измерения может иметь чрезвычайно малую точность. Например, ошибка в 0.1 мм/с или 0.12 мм/с с точки зрения метрологии характеризуют одну и ту же точность. Вот почему вычисленное значение точности округляется до ближайшего целого значения.
Таким образом, можно сформировать удобную и простую меру точности, выраженную в целых, по преимуществу, двузначных числах. Максимально достигнутая в современной науке и технике точность составляет 120 единиц (эталон времени).
Число точности легко воспринимается и запоминается. Точности 10 соответствует значение относительной погрешности 0,1; 20 - 0,01; 30 - 0,001 и т.д. Промежуточные значения представлены в таблице 1.
Переход к другим значениям точности требует только добавления нулей впереди. Информация об относительной погрешности и номинала позволяет определить и абсолютную погрешность. Таким образом, число точности полностью определяет все метрологические характеристика измерения. При этом для определения чисел точности вовсе не требуется использования сложных логарифмических вычислений, достаточно запомнить простую таблицу.
Предлагаемое устройство изображено на фиг.1 и 2 и состоит из циферблата 1 с расположенными на нем двумя линейными или концентричными шкалами 2 и 3 и стрелочным указателем 4.
Параллельно или концентрично шкале номиналов 2 нанесена метрологическая шкала 3, определяемая на основе метрологических характеристик измерительного устройства, таким образом, чтобы в процессе измерения можно было одновременно определять номинал метрологического числа и его метрологическую характеристику.
Наиболее предпочтительно использовать при этом метрологическую шкалу, промаркированную в числах точности. При этом метрологическая шкала разделена на интервалы таким образом, что все значения номиналов, принадлежащих одной точности, размещаются против одного интервала.
При измерении одновременно снимаются и значения номинала, и значения точности.
Метрологические шкалы наносятся на все визуальные измерительные устройства - на стрелочные электрические приборы, на линейки, штангенциркули, микрометры, приборы для измерения углов, давлений, веса и т.д. На новые устройства шкала может наноситься при производстве приборов, а имеющиеся приборы несложно модифицировать.
Для удобства считывания информации весь ряд чисел точности целесообразно разбить на интервалы чисел точности с единым значением величины интервала, например, 5 единиц чисел точности, и, соответственно, метрологическая шкала измерительного прибора разбивается на линейные интервалы, соответствующие этим интервалам чисел точности, каждому линейному интервалу присваивается свой цвет, например, как показано в таблице 2.
При производстве и планировании измерений задается лишь цвет (цвета) линейного интервала (интервалов), в котором (которых) должен находиться номинал измеряемой величины.
Ниже приведен пример использования предлагаемого устройства.
Например, при измерении температуры показание по основной шкале (номинал) составляет 235°С, чему соответствует число точности 17 (показания дополнительной шкалы). Числу точности 17 соответствует относительная погрешность ±0,02% (см. таблицу) или абсолютная погрешность ±0,047°C.
Абсолютная погрешность применяется пользователем в качестве поправки к номиналу со знаком «+» или «-» в каждом конкретном случае в соответствии с методикой выполнения измерения (иной нормативно-технической документации) или согласно положениям учетной политики предприятия (при взаимных расчетах между поставщиком и получателем).
Таким образом, действительная величина температуры в первом случае составляет 235°С+0,047°С=235,047°С, а во втором 235°С-0,047°С=234,953°С