Обобщенная структура средств измерений

Процесс измерений физической величины, характеризующей тот или иной параметртехнологического процесса или технического устройства (объекта измерений), можно представить в виде последовательности действий (шагов), в результате которых информация об измеряемой физической величине будет выражена в численном виде в установленных единицах и приведена в форму, позволяющую использовать ее другим устройствам и системам. Реализация этой последовательности действий осуществляется комплексом технических устройств, которые в совокупности и составляют технические средства измерений.

Традиционно принята обобщенная структура измерительных средств (рис.1.5), которая включает в себя несколько уровней:

· Первичный измерительный преобразователь;

· Вторичный измерительный преобразователь;

· Измерительный прибор;

· Измерительная установка;

· Измерительный комплекс.

На практике очень часто такой строгой классификации не придерживаются и могут понимать под измерительным преобразователем или измерительным прибором любой элемент или совокупность элементов из рассмотренной выше структуры средств измерений. Т.е. измерительным преобразователем или измерительным прибором в зависимости от контекста могут называть и первичный и вторичный измерительные преобразователи, их совокупность, измерительную установку или измерительно-информационный комплекс в целом (особенно в его современном виде).

Первичный измерительный преобразователь.

Ø Измерительный преобразователь (первичный преобразователь, датчик) - средство измерений (устройство), с помощью которого информация о состоянии объекта (физическая величина или технологический параметр) преобразуется в форму, обеспечивающую возможность передачи и дальнейшей обработки (преобразования) этой информации, но не поддающуюся непосредственному восприятию наблюдателем.

Первичный преобразователь с высокой точностью реализует однозначную зависимость между двумя физическими величинами – измеряемой физической величиной X= X(t) - сигналом на входе первичного преобразователя, и сигналом на его выходе Y=Y(t), который также представляет некоторую физическую величину, обычно электрическую (ток, напряжение, частота, мощность, фаза)

Y = F(Х)

Измерительный преобразовательвключает чувствительный элемент, который за счет того или иного физического принципа (физического эффекта) воспринимает измеряемую физическую величину, и преобразователь отклика чувствительного элемента на воздействие этой физической величины в другую форму.

Входной величиной первичного преобразователя, который также называют датчиком, могут быть любые физические величины – давление, скорость, усилие, температура, перемещение, расход, масса, концентрация и т.д. На его выходе мы имеем, как правило, электрический сигнал.

Ø Датчик — комплексное устройство, воспринимающее внешние воздействия (измеряемую величину) и реагирующее на них изменением электрических сигнала.

Преобразование физической величины в электрический сигнал, в мо­жет происходить как за один шаг - прямое преобразование, так и за не­сколько последовательных преобразований физических величин из одной формы в другую - последовательное преобразование.

Следовательно, в датчике (первичном преобразователе) реализуются три процесса

· восприятие входной физической величины

· преобразование физической величины в промежуточную (или же сразу же в выходную) величину той же или иной физической природы,

· формирование электрического измерительного сигнала, передаваемого вдоль измерительной цепи, сопрягаемой с датчиком.

Например, в волоконно-оптическом датчике давление газа сначала преобразуется в прогиб гибкой мембраны (чувствительный элемент, воспринимающий физическую величину - давление), далее в изменение све­тового потока, который передается по оптическому волокну к фотоприем­нику и только потом в электрический сигнал.

Вторичный измерительный преобразователь.

Ø Вторичный измерительный преобразователь – средство измерений (устройство), с помощью которого осуществляется преобразование информации о физической величине, поступающей с первичного преобразователя (датчика) в форму, доступную непосредственному восприятию и (или) обеспечивающую возможность ее корректного использования любым другим устройством.

Возможны различные типы преобразования – усиление, нормирование, масштабирование, фильтрация, ограничение, линеаризация и др. Вторичные преобразователи могут выполнять математические операции над величи­нами, пропорциональными измеряемым сигналам (сложение, деление, умно­жение, сравнение, логарифмирование и др.), преобразовывать сигналы из одной формы в другую (например, напряжение сигнала постоянного тока в переменный сигнал с частотой, пропорциональной величине напряжения), согласовывать электрические параметры различных элементов измеритель­ной схемы.

В общем случае вторичный преобразователь служит для согласования датчика (первичного преобразователя) с измерительным прибором и может содержать несколько последовательных преобразователей сигнала..

Измерительный прибор.

Ø Измерительный прибор - средство измерений, преобразующее информацию с первичного преобразователя (датчика) или вторичного преобразователя в форму, доступную для восприятия наблюдателем.

Измерительный прибор может объединяться с вторичным преобразова­телем или быть самостоятельным устройством. Для измерительных прибо­ров, которые устанавливаются на щитах или пультах управления, часто при­меняется термин «вторичный прибор» или «показывающий прибор», что подчеркивает, что этот прибор только отражает информацию, полученную и преобразованную другими средствами измерений. На практике под измерительным прибором часто понимают комплекс­ное устройство, которое включает первичный и вторичный преобразователи, показывающий или регистрирующий прибор.

Измерительная информация отображается измерительным прибором в аналоговой или цифровой форме. Измерительные шкалы аналоговых прибо-­

ров могут быть (рис.1.6) секторными, круговыми, линейными (верти­кальная и горизонтальная). Наиболее быстро и правильно данные восприни­маются с секторной шкалы, самой плохо читаемой является вертикальная шкала. Для представления информации в цифровой форме используются жидкокристаллические или светодиодные дисплеи (индикаторы). Точность представления информации в цифровых приборах много выше, чем в шкальных. Однако скорость и достоверность визуального восприятия этой информации персоналом оказывается существенно хуже, особенно для ЖК индикаторов.

Измерительная установка.

Ø Измерительная установка - совокупность функционально объединенных средств измерения и вспомогательных устройств, расположенная в одном месте и предназначенная для выработки сигналов измерительной информации удобной для непосредственного восприятия и дальнейшей обработки и хранения

Вспомогательными устройствами измерительных установок являются источники электропитания, генераторы электрических сигналов, устройства преобразования информации, системы самодиагностики измерительного устройства и др. Т.е. все те средства, которые необходимы для функционирования первичного и вторичных преобразователей. В состав измерительной установки могут входить специальные вычислительные средства, осуществляющие математическую обработку измерительной информации.

Измерительно - информационная система.

Ø Измерительно-информационная система – совокупность средств измерений (мер, измерительных и вторичных преобразователей, измерительных приборов), а также средств обработки и хранения информации, которые соединены между собой каналами связи и предназначены для выработки измерительной информации в форме, обеспечивающей ее отображение, систематизацию и дальнейшее использование.

В технике средства измерений практически всегда объединяются в информационно-измерительные системы. Такие системы могут иметь самостоятельное значение, как например с системах неразрушающего контроля и мониторинга состояния технических объектов, или являться подсистемой общей системы управления техническим объектом. В любом случае технические характеристики средств измерений должны быть увязаны с характеристиками и архитектурой системы, в которой они используются.

Надо отметить, что рассмотренная структура средств измерений была разработана достаточно давно и не учитывает эволюцию измерительной техники, широкое применение микропроцессорной техники, интегральных устройств, сетевых технологий. Сегодня понятие «измерительный прибор» значительно шире традиционного и может включать элементы, присущие как собственно измерительному прибору, так и измерительной установке и, более того, измерительно-информационным системам.

Дата добавления: 2015-03-31