Структура средств измерений

Классификация средств измерительной техники

Средства измерительной техники

Средство измерений – техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.

Приведенное определение вскрывает суть средства измерений, заключающуюся, во-первых, в "умении" хранить (или воспроизводить) единицу физической величины; во-вторых, в неизменности размера хранимой единицы. Эти важнейшие факторы и обусловливают возможность выполнения измерения (сопоставление с единицей), то есть "делают" техническое средство средством измерений. Если размер единицы в процессе измерений изменяется более, чем установлено нормами, таким средством нельзя получить результат с требуемой точностью. Это означает, что измерять можно тогда, когда техническое средство, предназначенное для этой цели, может хранить единицу, достаточно неизменную по размеру (во времени).

Метрологическая характеристика средств измерений (метрологическая характеристика) – характеристика одного из свойств средства измерений, влияющая на результат измерений и на его погрешность. Для каждого типа средств измерений устанавливают свои метрологические характеристики. Метрологические характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называют нормируемыми метрологическими характеристиками, а определяемые – экспериментально-действительными метрологическими характеристиками.

Классификация средств измерительной техники очень разнообразна.

В первую очередь средства измерения классифицируют по функциональному назначению. Это: мера физической величины, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы.

Мера физической величины (мера величины) – средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.

Различают следующие разновидности мер:

– однозначная мера – мера, воспроизводящая физическую величину одного размера (например, гиря 1 кг);

– многозначная мера – мера, воспроизводящая физическую величину разных размеров (например, штриховая мера длины);

– набор мер – комплект мер разного размера одной и той же физической величины, предназначенных для применения на практике как в отдельности, так и в различных сочетаниях (например, набор концевых мер длины);

– магазин мер – набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство, в котором имеются приспособления для их соединения в различных комбинациях (например, магазин электрических сопротивлений).

Измерительный преобразователь (ИП) – техническое средство с нормированными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи.

Например, термопара в термоэлектрическом термометре, измерительный трансформатор тока.

ИП или входит в состав какого-либо измерительного прибора (измерительной установки, измерительной системы и др.), или применяется вместе с каким-либо средством измерений.

По характеру преобразования различают аналоговые, цифро-аналоговые, аналого-цифровые преобразователи. По месту в измерительной цепи различают первичные и промежуточные преобразователи. Выделяют также масштабные и передающие преобразователи.

Первичные измерительные преобразователи, размещаемые непосредственно на объекте исследования и удаленные от места обработки, отображения и регистрации измерительной информации, называют иногдадатчиками.

В зависимости от рода измеряемой величины на входе измерительные преобразователи для электрических измерений делят на преобразователи электрических величин и преобразователи неэлектрических величин. Примерами преобразователей электрических величин в электрические являются шунты, делители напряжения, измерительные трансформаторы, измерительные усилители и др. Преобразователи неэлектрических величин в электрические применяют при электрических измерениях неэлектрических величин. Терморезисторы, применяемые для измерения температуры, – пример таких преобразователей.

Измерительный прибор (прибор) – средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне.

По способу индикации значений измеряемой величины измерительные приборы разделяют на показывающие и регистрирующие.

По действию измерительные приборы разделяют на интегрирующие и суммирующие. Различают также приборы прямого действия и приборы сравнения, аналоговые и цифровые приборы, самопишущие и печатающие приборы.

Иногда находят применение так называемые регулирующие измерительные приборы, то есть приборы, имеющие приспособления для управления технологическим процессом.

Измерительная установка (установка) – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких физических величин и расположенная в одном месте.

Например, установка для измерений удельного сопротивления электротехнических материалов, установка для испытаний магнитных материалов.

Измерительную установку, применяемую для поверки, называют поверочной установкой. Измерительную установку, входящую в состав эталона, называют эталонной установкой. Некоторые большие измерительные установки называют измерительными машинами.

Измерительная система (ИС) – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта и т.п. с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях.

Например, измерительная система электростанции, позволяющая получать измерительную информацию о ряде физических величин в разных энергоблоках. Она может содержать сотни измерительных каналов.

В зависимости от назначения измерительные системы разделяют на измерительные информационные, измерительные контролирующие, измерительные управляющие системы и др.

Измерительную систему, перестраиваемую в зависимости от изменения измерительной задачи, называют гибкой измерительной системой (ГИС).

Наряду с перечисленными средствами выделяют и другие.

Измерительно-вычислительный комплекс (ИВК) – функционально объединенная совокупность средств измерений, ЭВМ и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения в составе измерительной системы конкретной измерительной задачи.

Компаратор – средство сравнения, предназначенное для сличения мер однородных величин. Например, компаратор для сличения нормальных элементов.

Все средства измерений по выполняемым метрологическим функциям делят на рабочие средства измерений и средства поверки.

Рабочее средство измерений – средство измерений, предназначенное для измерений, не связанных с передачей размера единицы другим средствам измерений.

Средства проверки – эталоны, поверочные установки и другие средства измерений, применяемые при поверке в соответствии с установленными правилами.

Поверка средства измерений (поверка) – совокупность операций, выполняемых органами государственной метрологической службы (другими уполномоченными на то органами, организациями) с целью определения и подтверждения соответствия средства измерений установленным техническим требованиям.

Каждое средство измерений представляет собой некоторое техническое устройство определенной структуры. Степень сложности средства измерений определяется характером и количеством преобразований, необходимых для преобразования информативного параметра входного сигнала в информативный параметр выходного сигнала.

Средства измерений можно изобразить графически их схемами – структурными, функциональными и принципиальными.

Структурной схемой средства измерений называется схема, отображающая ее основные структурные элементы, их назначения и взаимосвязи. Степень дифференциации структурной схемы на структурные элементы определяется назначением схемы.

Схема, которая наряду со структурой средства измерения разъясняет функционирование отдельных элементов, определенные процессы в них, называют функциональной.

Схема, отображающая полный состав элементов средства измерения, их взаимосвязи и дающая представление о принципе действия средства измерения, называется принципиальной схемой средства измерения.

Способ соединения элементов определяет метод измерительного преобразования. Различают методы прямого, уравновешивающего (компенсационного) и комбинированного преобразований.

Прямое преобразование характерно тем, что передача измерительной информации осуществляется только в одном направлении – от входа к выходу без обратной связи между ними (рис. 2.3, а).

Уравновешивающее преобразование заключается в том, что входная величина уравновешивается другой одноименной величиной (рис. 2.3, б).

Комбинированное преобразование осуществляется при охвате отрицательной обратной связью только части цепи прямого преобразования (рис. 2.3,в).

x ₁,……. x _n – информативные параметры сигналов

Рис. 2.3. Структурные схемы средств измерений

Следует отметить, что в случае прямого преобразования происходит суммирование погрешностей, вносимых отдельными элементами, и это затрудняет построение средств измерений прямого преобразования с высокой точностью. У средств измерения с компенсационным преобразованием в момент компенсации ∆ x = 0 (или близко к этому) сигнал на выходе средства измерения пропорционален входному сигналу, то есть не зависит от преобразования информативного сигнала в цепи прямого преобразования.

Дата добавления: 2015-04-30