Мерит давление прибор
Критерии выбора тонометра, особенности автоматических и механических приборов для измерения артериального давления
Если человек страдает перепадами давления, ему просто необходимо дома иметь качественный прибор, контролирующий показатели артериального давления. Гипертоникам не обойтись без домашнего тонометра, используемого не только для предупреждения нежелательных последствий гипертонической болезни, но также других заболеваний. Однако аппараты для измерения давления бывают разных видов, обладают определенными достоинствами и недостатками.
Любой вид тонометров позволяет человеку осуществлять мониторинг показателей артериального давления (АД). Приборами пользуются не только больные, но и врачи для контроля силы давления крови на поверхность стенок сосудов в определенные моменты:
- показатель наибольшего расслабления сердечной мышцы – это нижнее значение, называемое диастолическим давлением;
- показатель наивысшего сократительного момента сердечной мышцы – это верхнее значение, называемое систолическим давлением.
Единицей измерения АД установлен один миллиметр ртутного столбца независимо от того, используется механический тонометр или другой вид прибора. Чтобы получить правдивую информацию о своем давлении, важно его измерять по правилам.
- Измеряйте давление в состоянии покоя, отдохнув минут 10-15 до процедуры.
- За 30 минут до замера показателей откажитесь от курения, приема бодрящих напитков.
- Во время измерения АД расслабьтесь, сидя ровно или лежа при пустом мочевом пузыре.
Следуя несложным правилам, мониторинг вашего состояния будет всегда достоверным. Точность домашних измерений необходима не только гипертониками и гипотоникам, но и людям, страдающим другими заболеваниями для контроля эффективности медикаментозной терапии.
- Механические приборы – наиболее простые устройства для ручного измерения артериального давления.
- Автоматический аналог считается самым точным и наиболее удобным аппаратом для ежедневного контроля АД.
- Полуавтоматический тип устройства сочетает функции механического и автоматического метода контроля показателей.
- Тонометры, надеваемые на запястье, удобны в использовании, но не гарантируют высокой достоверности результата.
Чтобы определиться с выбором аппарата для регулярных замеров артериального давления, стоит подробнее ознакомиться с каждым видом приборов. Ведь от результатов регулярного измерения давления в быту зависит самочувствие больных людей, констатация необходимости обращения к специалисту.
В комплект механического прибора для самостоятельного измерения артериального давления входит манжета, которую одевают на руку выше локтевого сгиба. Механический способ накачивания воздуха осуществляется при помощи резиновой груши, что позволяет посредством стетоскопа легко прослушать пульс. Показатели давления можно определить по шкале манометра.
Простой в использовании тонометр пользуется популярностью благодаря доступной цене, высокой надежности и долговечности механизма. Но для получения верных результатов проверки придется немного попрактиковаться.
Как правильно пользоваться механическим аппаратом:
- для обеспечения точности измерения АД необходима тишина в помещении;
- руку для одевания манжеты следует освободить от одежды выше локтя;
- процесс нагнетания воздуха в манжету должен быть медленным, без рывков;
- предел наполнения манжеты воздухом – максимум 220 мм рт. ст.;
- фонендоскоп следует располагать именно над артерией по месту локтевого сгиба;
- плавно спуская воздух, следите за стрелкой на манометре и слушайте шумы;
- цифра, соответствующая первым звукам пульсации, указывает на систолическое давление;
- значение, соответствующее завершающему удару, считается диастолическим показателем.
Важно: используя механический тонометр, измерение артериального давления выполняйте сидя за столом, но избегайте сильного сдавливания руки лентой манжеты. Если груша тугая и вам трудно ее накачивать самостоятельно, пусть измерение проведет близкий человек.
Главным отличием процедуры, выполняемой автоматическим тонометром, является отсутствие ручного нагнетания воздуха. Этот тип приборов считается самым точным и наиболее комфортным аппаратом для ежедневного контроля артериального давления. В его составе манжета и небольшое устройство с монитором. Манжету также одевают на плечо, но для накачивания воздуха на приборе предусмотрена кнопка. В отличие от механического прибора, автоматическое устройство для измерения давления обладает рядом преимуществ:
- автоматическое наполнение манжеты воздухом до необходимого объема;
- удобство эксплуатации без приложения особых усилий;
- отсутствие необходимости соблюдать тишину для измерения давления;
- результаты измерительного процесса отобразятся на экране;
- высокая точность показателей.
Несмотря на то, что аппарат может работать как от сети, так и на батарейках, к его недостаткам можно отнести высокую цену устройства. Кроме того, приходится следить за сроком годности батареек, если не произвести регулярной замены, показатели артериального давления будут недостоверными.
Тонометры этой группы по точности и методу пользования аналогичны приборам автоматического типа, но стоит они гораздо дешевле. Отличие между двумя видами аппаратов – наличие груши для ручного нагнетания воздуха. Освобождение манжеты от воздуха и замер давления происходят автоматически, показатели артериального давления и частоты пульса также высвечиваются на электронном табло полуавтомата.
- В прошлом артериальное давление контролировали ртутными тонометрами. По принципу устройства устаревший прибор аналогичен механическому тонометру, но работа манометра основана на использовании ртути. Поскольку вещество является токсичным, подобные модели сегодня не используют, ведь поломка устройства с выходом ртути наружу опасна для здоровья человека.
- Медработники пользуются в основном мембранными тонометрами. Это тот же механический прибор для измерения давления, но с закрепленным в манжете фонендоскопом. Для определения показателей (систолический и диастолический) следует слушать тоны сердца, фиксируя при этом положение стрелки на манометре. По причине низкой стоимости, пользоваться устройством предпочитают пожилые люди.
- В отдельную группу аппаратов выделены надеваемые на запястье устройства. Приборы пригодны для частых измерений АД, их удобно носить с собой, контролировать состояние полных людей. Однако запястная модель не подойдет для больных атеросклерозом из-за возможных повреждений сосудов на запястье. Кроме того, запястная модель работает на батарейках, что может отразиться на точности результата при выходе из строя элементов питания.
- В группе приборов для измерения артериального давления особый интерес вызывают тонометры, одеваемые на палец. Это компактные и очень простые в использовании устройства, оснащенные оксиометром (контроль насыщенности крови кислородом). Для снятия показателей подушечку пальца просто прикладывают к прибору и уже через несколько секунд можно на табло ознакомиться с результатами.
- На людей пожилых либо полностью потерявших зрения ориентирован вариант автоматических тонометров, оснащенных голосовой функцией для озвучивания результатов измерения. Пока измеряется артериальное давление, а также во время наполнения манжеты воздухом, есть возможность прослушивания фоновой музыки. Можно отрегулировать громкость проговаривания показателей. Это и все преимущества нового вида прибора, особой точности он не гарантирует.
Вывод: наиболее точными считаются механические модели, а также автоматические тонометры, работающие от сети. Дополнительное преимущество автоматов – сохранение в памяти результата с автоматическим подсчетом пульса.
Чтобы выбрать прибор для домашнего контроля показателей давления, важно определить цель применения аппарата, учесть параметры его надежной работы.
- При каких заболеваниях будет использоваться тонометр. При гипертонии мониторинг давления необходим постоянно, чтобы снять угрозу опасных последствий. Поэтому необходим наиболее точный и надежный прибор по доступной цене. Этим критериям отвечают механические модели. Если есть возможность, лучше остановиться на полуавтоматическом варианте, который оснащен показателями пульса и наличия аритмии.
- Учет частоты измерений. При необходимости регулярного контроля показателей, обеспечении высокой точности результатов, стоит не пожалеть средств для приобретения автоматического аппарата для измерения артериального давления. Интеллектуальные функции электронного тонометра актуальны для людей, имеющих слабый пульс, а также симптомы тахикардии.
- Особенности манжеты. Полным людям, имеющим нестандартный обхват руки, приходится в первую очередь ориентироваться на ширину манжеты. Поэтому им лучше подойдут варианты тонометров, одеваемых на запястье. Однако следует учесть, что запястная модель подходит людям до 40 лет, сосуды которых еще не затронуты атеросклеротическими изменениями, снижающими точность результата.
- Вариант пальчикового тонометра можно считать забавным гаджетом, непригодным для серьезного контроля показателей артериального давления. Уровень современных технологий пока не гарантирует точность результатов, основанных на снятии показателей сосудов пальца.
Следует учесть, что высокую точность гарантируют модели, обладающие высокой стоимостью. Это автоматические устройства, оснащенные разнообразными функциональными возможностями, что гарантирует особый комфорт. Наиболее популярными считаются приборы нескольких зарубежных производителей.
В отличие от механических аналогов, современные аппараты японской корпорации (Киото) снабжены возможностью интеллектуальных измерений благодаря технологии Intellisence с графическим отображением показателей давления. Однако не каждый пациент в состоянии приобрести для домашнего контроля артериального давления дорогостоящее чудо высокоточной электроники.
Производителем приборов также является японская компания (Токио), завоевавшая лидирующие позиции среди производителей медицинской техники. Благодаря высокому качеству аналогово-цифровой аппаратуры, производители гарантирую 10-летний срок службы техники, наделенной удобным функционалом, включающим сигнал оповещения об аритмии, расчет и демонстрацию среднего значения по последним измерениям.
Десятилетняя гарантия, заявленная швейцарским производителем, это возможность пользоваться тонометром всем членам семьи, брать на работу. Прибор с наличием голосовой функции и звуковых сигналов оповещения имеет внушительный объем памяти (200 измерений), календарь с часами, цветное отображение показателей с подсветкой кнопок.
Хотя устройства, изготовленные по современным технологиям, знамениты отменным качеством и удобным набором функциональных возможностей, падение спроса на механические приборы не отмечается. Недорогие устройства успешно справляются с мониторингом показателей давления, несмотря на отсутствие множества удобных характеристик. Важно иметь дома надежный прибор в рабочем состоянии, а какой будет модель, зависит от возможностей пациента.
Какой аппарат выбрать для измерения давления в повседневной жизни
Гипертоникам необходим постоянный контроль за уровнем значений кровяного давления. Своевременное определение повышения показателей позволяет быстро и эффективно купировать негативный синдром и тем самым избежать губительных последствий. Для стабильного контроля АД в домашних условиях необходимо иметь аппарат для измерения давления – тонометр.
Прибор для измерения давления человека называется тонометром. Такой аппарат измеряет давление учитывая звуковую волну при сдавливании артерии. Этот метод называется аускультативным и был изобретен Коротковым в 19 веке. До этого измерение сопротивления сосудистой стенки проводилось с помощью ртутного тонометра. Методика аускультативного измерения позволяет контролировать показатели давления в домашних условиях людям, не имеющим отношения к медицине.
Стандартный аппарат состоит из следующих частей:
- манжета;
- устройство, нагнетающее воздух в манжету;
- манометр – прибор, фиксирующий показатели давления в манжете;
- стетоскоп.
Современные аппараты могут значительно отличаться от первичной модели.
В сети аптек можно приобрести тонометры различной конфигурации и цены. Они могут быть механические, полуавтоматические и автоматические. Помимо этого, у них имеются различные характеристики:
- размер экрана;
- точность определения;
- звуковое сопровождение;
- определение пульса.
Аппарат для измерения артериального давления механический – наиболее проверенная модель, отличающаяся точным измерением. Однако для использования необходимо обладать хорошим слухом и уметь им пользоваться. Механизм измерения включает следующие этапы:
- надеть манжету на плечо;
- нагнести воздух в манжету до цифр, превышающих пульсацию на 30 мм рт. ст.;
- с помощью стетоскопа, установленного на локтевую артерию, выслушивать пульсацию, одновременно спуская воздух с манжеты;
- определить показатели АД;
- убрать аппарат.
Однако для людей пожилого возраста эта манипуляция зачастую неудобна и доставляет проблемы в техническом исполнении. Современная медицина предлагает полуавтоматические и автоматические типы измерителей артериального давления. Такие аппараты значительно упрощают контроль показателей и дополнительно определяют пульс.
Для постоянного контроля за состоянием гемодинамики потребуется приобрести прибор для измерения артериального давления. На что обратить внимание при выборе аппарата в личное пользование:
- какой тонометр вам больше подойдет: механический, полуавтоматический или автоматический;
- соответствие размера манжеты по комплекции и возрасту;
- при выборе полуавтоматического или автоматического немаловажным значением обладает дисплей – хорошо ли на нем видно изображение (особенно людям со снижением зрения);
- относится ли прибор к точным измерительным аппаратам.
Помимо привычных тонометров существует еще механический сфигмоманометр, при измерении которым необходимо выслушивать пульсовую волну с помощью стетоскопа. Такой аппарат более точный, но менее удобный в домашнем применении, особенно когда АД измерять необходимо ежедневно и самостоятельно.
Автоматические приборы для измерения давления значительно упрощают процесс контроля показателей кровяного давления. Это основное преимущество автомата. Однако такой аппарат имеет ряд недостатков:
- за удобство приходится платить – стоимость полного автомата значительно выше полуавтоматического, а тем более механического;
- при выборе тонометра на палец или запястье человек жертвует точностью определения показателей;
- такие приспособления быстрее выходят из строя, чем полуавтоматические аналоги.
Простота устройства – залог долгого срока службы. В этом плане автоматический тонометр проигрывает полуавтоматическому. В автомате помимо измерительной функции встроено нагнетание воздуха в манжету и его спуск, а это дополнительная нагрузка на прибор.
Вывод. Автоматический тонометр хорошо использовать пожилым. Простота измерения позволяет без проблем снимать показатели, не затрачивая при этом усилия. При этом цена немного завышена, а долгосрочность службы не очень высока.
Полуавтоматический тонометр самостоятельно определяет пульсовую волну и давление, однако просто нажать на кнопку будет недостаточно. Полуавтоматическая модель подразумевает самостоятельное нагнетание воздуха в манжету. Однако этот недостаток также является и плюсом прибора:
- Снижение нагрузки на мотор прибора значительно продлевает срок его службы.
- Вместе с упрощением модели снижается стоимость.
- Точность полуавтоматического тонометра выше, чем у его автоматических аналогов. Для ее повышения следует выбрать манжету на плечо, т. к. при выборе запястных или пальцевых конструкций теряется точность замеров.
Перед использованием прибора необходимо разобраться в инструкции, описание алгоритма измерения вполне простое и понятно каждому.
Измерение сфигмоманометром больше подходит специалистам, однако при желании технику применения может освоить каждый (за исключением людей с нарушением функции слуха). Главным отличием механики будет необходимость выслушивать пульс с помощью стетоскопа.
В остальном механизм измерения не отличается от полуавтоматического собрата. Главными достоинствами механики являются точность измерения и долгосрочность службы.
Тонометры автоматические и полуавтоматические могут отличаться по месту крепления манжеты:
- Манжета на запястье. Тонометр полностью автоматический и подходит для измерения в любой ситуации. Такой измеритель очень удобен в использовании, однако при заболеваниях сосудов точность показателей давления будет значительно снижена.
- Плечевая манжета. Тонометр более точный, однако для измерения давления необходима спокойная обстановка и удобное положение тела. Помимо измерения АД такие аппараты часто оснащены дополнительными функциями: подсчитывают пульс, имеют память, где сохраняются показатели прошлых исследований. Плечевой тонометр прост в использовании, но отличается от запястных приборов габаритами. Его уже не возьмешь в дорогу.
При выборе между запястным и плечевым аппаратом следует учитывать 2 главных показателя:
- Объем руки. При большом весе плечевая манжета не удобна в использовании.
- Заболевания сосудистой сети – при атеросклерозе или других нарушениях кровообращения лучезапястный прибор будет давать погрешности в показателях.
После того, как вы определились с выбором прибора, необходимо учесть размер манжеты. Существуют аппараты с 3 типами размеров. Некоторые фирмы выпускают прибор с полным комплектом. В такой комплектации есть детская манжета и взрослые.
- Маленькая манжета приспособлена к измерению людей худощавой комплекции с объемом руки до 21 см.
- Среднюю стоит выбрать лицам, имеющим объем руки от 21 до 35 см.
- При объеме свыше 35 см следует обратить внимание на большой размер.
- Для измерения АД детям следует выбрать детские манжеты в зависимости от возраста и роста малыша.
Больным, имеющим избыточную массу тела, предпочтительнее приобрести запястный прибор.
При необходимости контролировать показатели сосудистого сопротивления круглосуточно можно приобрести специальный прибор. Манжета надевается на плечо, а сам аппарат помешается на пояс или в карман. Особенностью данного прибора будет круглосуточный контроль за АД. С интервалом в 15 минут аппарат измеряет давление днем, а в ночное время интервал составляет 30 минут.
- Достоинством такого агрегата будет постоянный контроль за показателем АД.
- К недостаткам можно отнести неудобство в ношении.
Независимо от того, чем занят больной, аппарат по времени измеряет давление. При нагнетании воздуха в манжету человек вынужден остановиться, опустить руку в расслабленном состоянии и дождаться окончания процедуры. В ночное время процесс измерения может мешать спать.
При покупке тонометра от компании, отвечающей за качество своей продукции, аппарат прослужит значительно дольше. Список самых распространенных производителей:
- Omron– японская компания, выпускающая автоматические тонометры, отличающиеся высокой точностью в измерении артериального давления и имеющие функцию измерения пульса. Также аппарат выявляет аритмию. В комплект входит универсальная манжета и сетевой адаптер.
- Microlife – компания, выпускающая оборудование домашнего и медицинского использования. Особенностью данного аппарата является трехкратное измерение артериального давления. По техническим характеристикам это наиболее отвечает методике правильного контроля артериального давления.
- Rossmax – компания отличается выпуском препаратов высокой точности по низкой цене. Тонометром легко управлять, он имеет индикатор аритмии. По окончанию измерения аппарат выводит значения артериального давления и пульса на экран.
Советы по получению точных данных с автоматических тонометров
Для получения достоверной информации при работе тонометра следует соблюдать простые правила:
- Измерение артериального давления должно проводиться в спокойном состоянии в положении лежа или сидя.
- Перед контролем АД не следует употреблять пищу, кофе, чай, алкоголь, табак.
- Сразу после физических нагрузок контроль состояния кровеносной системы не проводится.
- Измерять артериальное давление следует ежедневно 3 раза в сутки. При ухудшении состояния (головная боль, слабость, шум в ушах) необходим контроль АД и последующая помощь при повышенных или пониженных значениях. После оказания помощи артериальное давление измеряется спустя 30-40 минут и через 2 часа.
- Для получения достоверных данных методика измерения предполагает трехкратное измерение.
Важность измерения АД для гипертоников сложно переоценить. Даже при систематическом приеме лекарственных веществ контроль за состоянием кровеносной системы имеет огромное значение. Наблюдение за показателями позволяет вовремя скорректировать лечение и избежать осложнений в виде инсульта и инфаркта, что способствует продлению полноценной жизни больного. Также следует помнить, что измерение давления без лечения не имеет смысла. Все важно в комплексе.
Приборы для измерения давления
1. Классификация приборов для измерения давления по типу чувствительного элемента
По виду упругого чувствительного элемента пружинные приборы делятся на следующие группы [1]:
1) приборы с трубчатой пружиной, или собственно пружинные (рис. 1а,б);
2) мембранные приборы, у которых упругим элементом служит мембрана (рис. 1в), анероидная или мембранная коробка (рис. 1г,д), блок анероидных или мембранных коробок (рис. 1е,ж);
3) пружинно-мембранные с гибкой мембраной (рис. 1з);
4) приборы с упругой гармониковой мембраной (сильфоном) (рис. 1к);
5) пружинно-сильфонные (рис. 1и).
Рис. 1. Типы пружинных устройств
2. Определение понятия «давление», точное измерение давления и соотношение между ними
Давление является одним из важнейших параметров химико-технологических процессов. От величины давления часто зависит правильность протекания процесса химического производства. Под давлением в общем случае понимают предел отношения нормальной составляющей силы к площади, на которую действует сила. При равномерном распределении сил давление равно частному от деления нормальной составляющей силы давления на площадь, на которую эта сила действует. Величина единицы давления зависит от выбранной системы единиц (табл. 1).
Различают абсолютное и избыточное давление. Абсолютное давление Pа — параметр состояния вещества (жидкостей, газов и паров). Избыточное давление ри представляет собой разность между абсолютным давлением Pа и барометрическим давлением Рб (т. е. давлением окружающей среды):
Если абсолютное давление ниже барометрического, то
где Pв — разрежение [1].
Единицы измерения давления: Па (Н/м 2 ); кгс/см 2 ; мм вод. ст.;
Соотношение между единицами давления:
атм. (техническая атмосфера)
атм. (физичеc-кая атмосфера)
1 атм. (техническая атмосфера)
Окончание табл. 1
1 атм. (физическая атмосфера)
3. Классификация приборов для измерения давления и разрежения
Приборы для измерения давления подразделяются на:
а) манометры – для измерения абсолютного и избыточного давления;
б) вакуумметры – для измерения разряжения (вакуума);
в) мановакуумметры – для измерения избыточного давления и вакуума;
г) напоромеры – для измерения малых избыточных давлений (верхний предел измерения не более 0,04 МПа);
д) тягомеры – для измерения малых разряжений (верхний предел измерения до 0,004 МПа);
е) тягонапорометры – для измерения разряжений и малых избыточных давлений;
ж) дифференциальные манометры – для измерения разности давлений;
з) барометры — для измерения барометрического давления атмосферного воздуха [1].
4. Понятие «поверка» рабочего измерительного прибора
Поверка рабочего измерительного прибора — операция сравнения его показаний с показаниями образцового измерительного прибора при прямом и обратном ходе. Цель поверки — определение погрешностей рабочего прибора или поправок к его показаниям. При этом показания образцового прибора принимаются за действительные значения измеряемой величины [2].
5. Возможные источники систематических погрешностей приборов с упругим чувствительным элементом
Возможные источники систематических погрешностей могут быть следующими:
Переход за предельное по шкале давление при измерении, хотя бы один раз за всё время измерений. Предельное давление, при котором еще сохраняется линейная зависимость между перемещениями конца трубки (чувствительного элемента) и давлением, называется пределом пропорциональности трубки. При переходе давления за предел пропорциональности трубка приобретает остаточную деформацию и становится непригодной для измерения.
Механическая характеристика трубки, т.е. значение предела пропорциональности и величина перемещения свободного конца, зависит от ряда факторов, из которых наиболее важными являются отношение осей сечения трубки, толщина ее стенок, модуль упругости материала и радиус дуги изгиба трубки.
Трение трубки о внутренние части прибора в результате их поломки.
Периодическое изменение температуры при измерениях. Материал трубки по-разному сжимается и разгибается в зависимости от температуры [1].
6. Классификация погрешностей измерения
Любое измерение не может быть выполнено абсолютно точно, его результат всегда содержит некоторую ошибку. В задачу измерений входит не только измерение контролируемой величины, но и оценка допущенной при измерении погрешности. Причины возникновения погрешностей измерений можно подразделить на группы: инструментальные, методические и субъективные.
Инструментальные погрешности — это составляющая погрешностей измерения, зависящая от погрешностей применяемых средств измерения. Инструментальные погрешности являются следствием недостатков конструкции измерительных приборов, несоблюдения технологии их изготовления, несовершенства применяемых материалов, трения в механизмах, несовершенства упругих чувствительных элементов и т.п. Эти погрешности могут быть частично устранены регулировкой прибора. К инструментальным погрешностям относятся и погрешности, вызванные изменением внешних условий. Например, в зависимости от температуры изменяется жесткость пружин, мембран и других деталей, от размеров деталей передаточного механизма прибора, электрического сопротивления проводников — магнитные свойства материалов и т. п.
В некоторых случаях температурные погрешности можно определить расчетным путем, а в показания прибора могут вноситься соответствующие поправки. Инструментальные погрешности измерительного прибора складываются из погрешностей преобразователей (звеньев), составляющих прибор. Инструментальные погрешности в процессе эксплуатации прибора могут изменяться (например, погрешности трения могут возрастать от засорения механизма прибора пылью, из-за коррозии деталей, нарушения нормальной смазки и т. п.).
Чтобы быть уверенным, что инструментальная погрешность находится в допустимых пределах, приборы подвергают поверке.
Методические погрешности являются следствием неточности метода измерения или недостаточного знания всех обстоятельств, сопровождающих измерение.
Субъективные погрешности зависят от индивидуальных особенностей лица, производящего измерение (недостаточно точное отсчитывание показаний и т. п.).
Статические погрешности измерения в зависимости от причин появления принято подразделять на систематические, грубые (промахи) и случайные.
Систематическими называются погрешности, величина которых одинакова во всех измерениях, проводящихся одним и тем же методом с использованием одних и тех же измерительных приборов. К систематическим погрешностям относятся инструментальные; погрешности, вызванные неправильной установкой прибора (например, установкой не по отвесу или уровню); методические.
Перед каждым измерением необходимо выявить возможные источники систематических погрешностей и принять меры к их исключению или определению; в большинстве случаев учет систематических погрешностей затруднителен. Сложность задачи исключения систематических погрешностей заключается в том, что нельзя предложить общий способ решения этой задачи. Для определения систематических погрешностей необходимо их изучить, что делается с помощью специально поставленных экспериментов.
Наиболее ответственные измерения выполняют различными методами, чтобы получить несколько результатов, независимых друг от друга по источникам погрешностей, и затем сопоставить их. Если даже все систематические погрешности учтены, т. е. вычислены и введены все поправки, то и в этом случае результаты измерений все же не свободны от случайных погрешностей.
Грубыми (промахами) называются погрешности, которые явно искажают результат измерения. Эти погрешности получаются, например, из-за неправильной записи результатов измерения, неверной схемы включения прибора и т. п. Измерения, содержащие грубые погрешности, исключаются из ряда измерений по соответствующему критерию.
Случайными называются погрешности, не подчиняющиеся какой-либо известной закономерности. Они возникают в результате влияния на процесс измерения случайных факторов (вибрация прибора, влияние посторонних электромагнитных полей, физиологические изменения органов чувств наблюдателя и т.п.). Случайные погрешности всегда присутствуют в эксперименте; они в равной степени могут быть как положительными, так и отрицательными. Случайные погрешности не могут быть исключены опытным или расчетным путем. Для учета влияния случайных погрешностей на результат измерения одну и ту же величину измеряют многократно. К ряду значений применяют законы теории вероятностей и методы статистики, на основании которых учитывают влияние случайных погрешностей на результат измерения [1].
7. Абсолютная, относительная, приведённая погрешности измерительного прибора. Вариация показаний прибора
Абсолютной погрешностью измерительного прибора называется разность между его показанием и истинным значением измеряемой величины. Так как истинное значение измеряемой величины установить невозможно, в измерительной технике используется так называемое действительное значение, полученное с помощью образцового прибора [1].
где Хп — значение, полученное при измерении величины рабочим измерительным прибором; Q0 — действительное значение измеряемой величины.
Относительная погрешность измерительного прибора — это отношение абсолютной погрешности к действительному значению, выраженное в %:
.
При вычислении относительной погрешности абсолютную погрешность можно также относить к показанию рабочего прибора Xп.
Если прибор работает в условиях, отличных от условий, оговоренных в паспорте, то возникает дополнительная погрешность, увеличивающая общую погрешность прибора. К дополнительным погрешностям относятся: температурная погрешность, вызванная отклонением температуры окружающей среды от нормальной; инструментальная погрешность, обусловленная отклонением положения прибора от нормального рабочего положения и т.п. За нормальную температуру окружающего воздуха принимают 20° С, а за нормальное атмосферное давление — 101325 Н/м 2 (760 мм рт. ст.).
Приведённая погрешность – это отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению:
,
где Хнорм — деление шкалы поверяемого прибора (чаще всего).
Вариацией измерительного прибора N называется наибольшая экспериментально полученная разность между показаниями измерительного прибора при прямом и обратном ходе, соответствующими одному и тому же действительному значению измеряемой величины при одинаковых условиях измерения. Вариации вызываются трением в механизме прибора, зазорами (люфтами) в кинематических парах, гистерезисом и упругим последействием чувствительных элементов прибора. Таким образом, N — это абсолютная вариация прибора.
Приведенная вариация прибора :
,
где ΔN – абсолютная вариация прибора; Nmax и Nmin – соответственно верхнее и нижнее предельные значения шкалы прибора.
8. Класс точности приборов
Обобщенной характеристикой средств измерения является класс точности, определяемый предельными значениями допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средств измерения, влияющими на точность, значение которых устанавливается в стандартах на отдельные виды средств измерений. Класс точности средств измерений характеризует их точностные свойства, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этих средств. Например, класс точности вольтметра характеризует пределы допускаемой основной погрешности и допускаемых изменений показаний, вызываемых внешним магнитным полем и отклонением от нормальных значений температуры, частоты переменного тока и некоторых других влияющих факторов [1].
В настоящее время в нашей стране используются два вида классов точности: 1) по абсолютным погрешностям (порядковые номера классов); 2) по относительным погрешностям. В последнем случае класс точности — это отношение абсолютной погрешности Δ к диапазону шкалы прибора, выраженное в процентах.
Государственными стандартами для разных приборов установлены различные классы точности. Класс точности обозначается на циферблате прибора либо в паспорте прибора.
Согласно ГОСТ 8.401-80 (взамен ГОСТ 13600-68) классы точности выбираются из ряда:
Средства измерений с двумя и более шкалами могут иметь соответственно два и более классов точности.
9. Устройство и принцип действия, и область применения приборов с упругими пружинными чувствительными элементами
Действие пружинных приборов основано на измерении величины деформации различного вида упругих элементов. Деформация упругого чувствительного элемента преобразуется передаточными механизмами того или иного вида в угловое или линейное перемещение указателя по шкале прибора [1].
Наиболее широко применяются приборы (манометры, вакуумметры, мановакуумметры и дифманометры) с одновитковой трубчатой пружиной. Основная деталь прибора с одновитковой трубчатой пружиной — согнутая по дуге окружности трубка эллиптического или плоскоовального сечения (рис. 2). Одним концом трубка заделана в держатель, оканчивающийся ниппелем с резьбой для присоединения к полости, в которой измеряется давление. Внутри держателя есть канал, соединяющийся с внутренней полостью трубки (рис. 2).
Если в трубку подать жидкость, газ или пар под избыточным давлением, то кривизна трубки уменьшится, и она распрямляется; при создании разрежения внутри трубки кривизна ее возрастает, и трубка скручивается. Так как один конец трубки закреплен, то при изменении кривизны трубки ее свободный конец перемещается по траектории, близкой к прямой, и при этом воздействует на передаточный механизм, который поворачивает стрелку показывающего прибора.
Свойство изогнутой трубки некруглого сечения изменять величину изгиба при изменении давления в ее полости является следствием изменения формы сечения. Под действием измеряемого давления внутри трубки эллиптическое или плоскоовальное сечение, деформируясь под действием силы F=P*S, где S=площадь воздействия давления, приближается к круговому сечению (малая ось эллипса или овала увеличивается, а большая уменьшается).
Приборы для измерения давления
1. Классификация приборов для измерения давления по типу чувствительного элемента
По виду упругого чувствительного элемента пружинные приборы делятся на следующие группы [1]:
1) приборы с трубчатой пружиной, или собственно пружинные (рис. 1а,б);
2) мембранные приборы, у которых упругим элементом служит мембрана (рис. 1в), анероидная или мембранная коробка (рис. 1г,д), блок анероидных или мембранных коробок (рис. 1е,ж);
3) пружинно-мембранные с гибкой мембраной (рис. 1з);
4) приборы с упругой гармониковой мембраной (сильфоном) (рис. 1к);
5) пружинно-сильфонные (рис. 1и).
Рис. 1. Типы пружинных устройств
2. Определение понятия «давление», точное измерение давления и соотношение между ними
Давление является одним из важнейших параметров химико-технологических процессов. От величины давления часто зависит правильность протекания процесса химического производства. Под давлением в общем случае понимают предел отношения нормальной составляющей силы к площади, на которую действует сила. При равномерном распределении сил давление равно частному от деления нормальной составляющей силы давления на площадь, на которую эта сила действует. Величина единицы давления зависит от выбранной системы единиц (табл. 1).
Различают абсолютное и избыточное давление. Абсолютное давление Pа — параметр состояния вещества (жидкостей, газов и паров). Избыточное давление ри представляет собой разность между абсолютным давлением Pа и барометрическим давлением Рб (т. е. давлением окружающей среды):
Если абсолютное давление ниже барометрического, то
где Pв — разрежение [1].
Единицы измерения давления: Па (Н/м 2 ); кгс/см 2 ; мм вод. ст.;
Соотношение между единицами давления:
атм. (техническая атмосфера)
атм. (физичеc-кая атмосфера)
1 атм. (техническая атмосфера)
Окончание табл. 1
1 атм. (физическая атмосфера)
3. Классификация приборов для измерения давления и разрежения
Приборы для измерения давления подразделяются на:
а) манометры – для измерения абсолютного и избыточного давления;
б) вакуумметры – для измерения разряжения (вакуума);
в) мановакуумметры – для измерения избыточного давления и вакуума;
г) напоромеры – для измерения малых избыточных давлений (верхний предел измерения не более 0,04 МПа);
д) тягомеры – для измерения малых разряжений (верхний предел измерения до 0,004 МПа);
е) тягонапорометры – для измерения разряжений и малых избыточных давлений;
ж) дифференциальные манометры – для измерения разности давлений;
з) барометры — для измерения барометрического давления атмосферного воздуха [1].
4. Понятие «поверка» рабочего измерительного прибора
Поверка рабочего измерительного прибора — операция сравнения его показаний с показаниями образцового измерительного прибора при прямом и обратном ходе. Цель поверки — определение погрешностей рабочего прибора или поправок к его показаниям. При этом показания образцового прибора принимаются за действительные значения измеряемой величины [2].
5. Возможные источники систематических погрешностей приборов с упругим чувствительным элементом
Возможные источники систематических погрешностей могут быть следующими:
Переход за предельное по шкале давление при измерении, хотя бы один раз за всё время измерений. Предельное давление, при котором еще сохраняется линейная зависимость между перемещениями конца трубки (чувствительного элемента) и давлением, называется пределом пропорциональности трубки. При переходе давления за предел пропорциональности трубка приобретает остаточную деформацию и становится непригодной для измерения.
Механическая характеристика трубки, т.е. значение предела пропорциональности и величина перемещения свободного конца, зависит от ряда факторов, из которых наиболее важными являются отношение осей сечения трубки, толщина ее стенок, модуль упругости материала и радиус дуги изгиба трубки.
Трение трубки о внутренние части прибора в результате их поломки.
Периодическое изменение температуры при измерениях. Материал трубки по-разному сжимается и разгибается в зависимости от температуры [1].
6. Классификация погрешностей измерения
Любое измерение не может быть выполнено абсолютно точно, его результат всегда содержит некоторую ошибку. В задачу измерений входит не только измерение контролируемой величины, но и оценка допущенной при измерении погрешности. Причины возникновения погрешностей измерений можно подразделить на группы: инструментальные, методические и субъективные.
Инструментальные погрешности — это составляющая погрешностей измерения, зависящая от погрешностей применяемых средств измерения. Инструментальные погрешности являются следствием недостатков конструкции измерительных приборов, несоблюдения технологии их изготовления, несовершенства применяемых материалов, трения в механизмах, несовершенства упругих чувствительных элементов и т.п. Эти погрешности могут быть частично устранены регулировкой прибора. К инструментальным погрешностям относятся и погрешности, вызванные изменением внешних условий. Например, в зависимости от температуры изменяется жесткость пружин, мембран и других деталей, от размеров деталей передаточного механизма прибора, электрического сопротивления проводников — магнитные свойства материалов и т. п.
В некоторых случаях температурные погрешности можно определить расчетным путем, а в показания прибора могут вноситься соответствующие поправки. Инструментальные погрешности измерительного прибора складываются из погрешностей преобразователей (звеньев), составляющих прибор. Инструментальные погрешности в процессе эксплуатации прибора могут изменяться (например, погрешности трения могут возрастать от засорения механизма прибора пылью, из-за коррозии деталей, нарушения нормальной смазки и т. п.).
Чтобы быть уверенным, что инструментальная погрешность находится в допустимых пределах, приборы подвергают поверке.
Методические погрешности являются следствием неточности метода измерения или недостаточного знания всех обстоятельств, сопровождающих измерение.
Субъективные погрешности зависят от индивидуальных особенностей лица, производящего измерение (недостаточно точное отсчитывание показаний и т. п.).
Статические погрешности измерения в зависимости от причин появления принято подразделять на систематические, грубые (промахи) и случайные.
Систематическими называются погрешности, величина которых одинакова во всех измерениях, проводящихся одним и тем же методом с использованием одних и тех же измерительных приборов. К систематическим погрешностям относятся инструментальные; погрешности, вызванные неправильной установкой прибора (например, установкой не по отвесу или уровню); методические.
Перед каждым измерением необходимо выявить возможные источники систематических погрешностей и принять меры к их исключению или определению; в большинстве случаев учет систематических погрешностей затруднителен. Сложность задачи исключения систематических погрешностей заключается в том, что нельзя предложить общий способ решения этой задачи. Для определения систематических погрешностей необходимо их изучить, что делается с помощью специально поставленных экспериментов.
Наиболее ответственные измерения выполняют различными методами, чтобы получить несколько результатов, независимых друг от друга по источникам погрешностей, и затем сопоставить их. Если даже все систематические погрешности учтены, т. е. вычислены и введены все поправки, то и в этом случае результаты измерений все же не свободны от случайных погрешностей.
Грубыми (промахами) называются погрешности, которые явно искажают результат измерения. Эти погрешности получаются, например, из-за неправильной записи результатов измерения, неверной схемы включения прибора и т. п. Измерения, содержащие грубые погрешности, исключаются из ряда измерений по соответствующему критерию.
Случайными называются погрешности, не подчиняющиеся какой-либо известной закономерности. Они возникают в результате влияния на процесс измерения случайных факторов (вибрация прибора, влияние посторонних электромагнитных полей, физиологические изменения органов чувств наблюдателя и т.п.). Случайные погрешности всегда присутствуют в эксперименте; они в равной степени могут быть как положительными, так и отрицательными. Случайные погрешности не могут быть исключены опытным или расчетным путем. Для учета влияния случайных погрешностей на результат измерения одну и ту же величину измеряют многократно. К ряду значений применяют законы теории вероятностей и методы статистики, на основании которых учитывают влияние случайных погрешностей на результат измерения [1].
7. Абсолютная, относительная, приведённая погрешности измерительного прибора. Вариация показаний прибора
Абсолютной погрешностью измерительного прибора называется разность между его показанием и истинным значением измеряемой величины. Так как истинное значение измеряемой величины установить невозможно, в измерительной технике используется так называемое действительное значение, полученное с помощью образцового прибора [1].
где Хп — значение, полученное при измерении величины рабочим измерительным прибором; Q0 — действительное значение измеряемой величины.
Относительная погрешность измерительного прибора — это отношение абсолютной погрешности к действительному значению, выраженное в %:
.
При вычислении относительной погрешности абсолютную погрешность можно также относить к показанию рабочего прибора Xп.
Если прибор работает в условиях, отличных от условий, оговоренных в паспорте, то возникает дополнительная погрешность, увеличивающая общую погрешность прибора. К дополнительным погрешностям относятся: температурная погрешность, вызванная отклонением температуры окружающей среды от нормальной; инструментальная погрешность, обусловленная отклонением положения прибора от нормального рабочего положения и т.п. За нормальную температуру окружающего воздуха принимают 20° С, а за нормальное атмосферное давление — 101325 Н/м 2 (760 мм рт. ст.).
Приведённая погрешность – это отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению:
,
где Хнорм — деление шкалы поверяемого прибора (чаще всего).
Вариацией измерительного прибора N называется наибольшая экспериментально полученная разность между показаниями измерительного прибора при прямом и обратном ходе, соответствующими одному и тому же действительному значению измеряемой величины при одинаковых условиях измерения. Вариации вызываются трением в механизме прибора, зазорами (люфтами) в кинематических парах, гистерезисом и упругим последействием чувствительных элементов прибора. Таким образом, N — это абсолютная вариация прибора.
Приведенная вариация прибора :
,
где ΔN – абсолютная вариация прибора; Nmax и Nmin – соответственно верхнее и нижнее предельные значения шкалы прибора.
8. Класс точности приборов
Обобщенной характеристикой средств измерения является класс точности, определяемый предельными значениями допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средств измерения, влияющими на точность, значение которых устанавливается в стандартах на отдельные виды средств измерений. Класс точности средств измерений характеризует их точностные свойства, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этих средств. Например, класс точности вольтметра характеризует пределы допускаемой основной погрешности и допускаемых изменений показаний, вызываемых внешним магнитным полем и отклонением от нормальных значений температуры, частоты переменного тока и некоторых других влияющих факторов [1].
В настоящее время в нашей стране используются два вида классов точности: 1) по абсолютным погрешностям (порядковые номера классов); 2) по относительным погрешностям. В последнем случае класс точности — это отношение абсолютной погрешности Δ к диапазону шкалы прибора, выраженное в процентах.
Государственными стандартами для разных приборов установлены различные классы точности. Класс точности обозначается на циферблате прибора либо в паспорте прибора.
Согласно ГОСТ 8.401-80 (взамен ГОСТ 13600-68) классы точности выбираются из ряда:
Средства измерений с двумя и более шкалами могут иметь соответственно два и более классов точности.
9. Устройство и принцип действия, и область применения приборов с упругими пружинными чувствительными элементами
Действие пружинных приборов основано на измерении величины деформации различного вида упругих элементов. Деформация упругого чувствительного элемента преобразуется передаточными механизмами того или иного вида в угловое или линейное перемещение указателя по шкале прибора [1].
Наиболее широко применяются приборы (манометры, вакуумметры, мановакуумметры и дифманометры) с одновитковой трубчатой пружиной. Основная деталь прибора с одновитковой трубчатой пружиной — согнутая по дуге окружности трубка эллиптического или плоскоовального сечения (рис. 2). Одним концом трубка заделана в держатель, оканчивающийся ниппелем с резьбой для присоединения к полости, в которой измеряется давление. Внутри держателя есть канал, соединяющийся с внутренней полостью трубки (рис. 2).
Если в трубку подать жидкость, газ или пар под избыточным давлением, то кривизна трубки уменьшится, и она распрямляется; при создании разрежения внутри трубки кривизна ее возрастает, и трубка скручивается. Так как один конец трубки закреплен, то при изменении кривизны трубки ее свободный конец перемещается по траектории, близкой к прямой, и при этом воздействует на передаточный механизм, который поворачивает стрелку показывающего прибора.
Свойство изогнутой трубки некруглого сечения изменять величину изгиба при изменении давления в ее полости является следствием изменения формы сечения. Под действием измеряемого давления внутри трубки эллиптическое или плоскоовальное сечение, деформируясь под действием силы F=P*S, где S=площадь воздействия давления, приближается к круговому сечению (малая ось эллипса или овала увеличивается, а большая уменьшается).
