Средство измерений (СИ)

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

1) Рабочее СИ – это СИ, предназначенное для измерений, не связанных с передачей размера единицы другим средствам измерений.

2) Основное СИ – это СИ той ФВ, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей.

3) Вспомогательное СИ – это СИ той ФВ, влияние которой на основное СИ или объект измерений необходимо учитывать для получения результата измерений требуемой точности.

4) Стандартизованное СИ – это СИ, изготовленное и применяемое в соответствии с требованиями государственного или отраслевого стандарта. Обычно это СИ подвергают испытаниям и вносят в Госреестр.

5) Эталон - СИ (или комплекс средств измерений), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы ФВ и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.

6) Не стандартизованное СИ – СИ, на которое не распространяются требования гос. стандартов.

Например, стрелочный микроамперметр

При подаче тока в катушку в ней возникает магнитное поле, оно взаимодействует с магнитным полем магнитопровода, при этом возникает механическая сила, стремящееся минимизировать магнитное поле в зазоре за счёт магнитного поля катушки. Эта сила проворачивает катушку в зависимости от направления тока. Возникает вращающий момент, тарированная пружина противодействует этому моменту за счет силы растяжения или сжатия. При равновесии стрелка и катушка останавливаются. Угол отклонения стрелки пропорционален моменту вращения, напряженности магнитного поля и силе тока в катушке.

Структурная схема СИ

Структурная схема о СИ с автоматическим уравновешиванием:

ИП – измерительный преобразователь;

УС – устройство сравнения;

УУ – устройство уравновешивания (электронный усилитель, интегратор);

ОУ – отсчетное устройство;

М – многозначная регулирующая мера.

Погрешность измерений методом непосредственной оценки определяется погрешностью данного СИ и погрешностью оператора.

Преимущества: измерения с помощью этого СИ проводятся очень быстро, просто и не требуют высокой квалификации оператора, поскольку не нужно создавать специальные измерительные установки и выполнять какие-либо сложные вычисления.

Недостатки: точность измерений чаще всего оказывается невысокой из-за погрешностей, связанных с необходимостью предварительной градуировки шкал приборов и воздействием влияющих величин (непостоянство температуры, нестабильность источников питания и пр.).

Метрологические характеристики – это характеристики свойств СИ, влияющие на результат измерений и на его погрешность.

Первичные измерительные преобразователи (ПИП), их классификация, структурные схемы преобразований ФВ

Основой любого СИ является первичный преобразователь – измерительный преобразователь, на который воздействует непосредственно измеряемая ФВ. Часто они называются первичными измерительными преобразователями (ПИП), датчиками ФВ или сенсорами.

Датчики ФВ и их особенности:

- датчик, как правило, непосредственно контактирует с измеряемой ФВ часто в условиях повышенных температур, агрессивных и взрывоопасных сред;

- датчики эксплуатируются в условиях повышенной влажности, больших механических нагрузок, но при этом определяют основную составляющую погрешности СИ, которую при дальнейших преобразованиях невозможно исключить;

- датчик имеет малые габариты, вес;

- по характеру преобразований датчики (ПИП) преобразуют измеряемую ФВ, непосредственно воздействующую на него, в другую ФВ, удобную для дальнейшей обработки, преобразований и передачи. При этом может иметь место не одно, а несколько преобразований. Как правило, в датчиках реализуется один из физических законов;

- при преобразовании входных ФВ в выходные в датчиках такое преобразование часто осуществляется через промежуточные ФВ;

Наиболее широкое применение в датчиках получили преобразования измеряемой ФВ в электрические ФВ:

- электрических величин мало, а ФВ много;

- электрическую величину удобно преобразовать в другие, их удобно масштабировать, фильтровать, линеаризовать и т. д.;

- электрические величины удобно передавать на расстоянии;

- электрическую величину удобно коммутировать, переключать, преобразовывать в цифровой код и обратно;

- электрическую величину легко унифицировать и тем самым стандартизировать выходные сигналы датчиков и СИ.

Классификация датчиков:

1. Пассивные и активные

Пассивные не нуждаются в дополнительном источнике энергии, и в ответ на изменение внешнего воздействия на его выходе всегда появляется электрический сигнал (т.е. датчик преобразует энергию внешнего сигнала в выходной сигнал). Например, термопары, фотодиоды, пьезоэлектрические чувствительные элементы.

Активным датчикам для работы требуется внешняя энергия (сигнал возбуждения). В активных датчиках происходит преобразование изменения их внутренних характеристик в электрические сигналы. Например, резистивные тензодатчики, термисторы. Термисторы являются температурно-чувствительными резисторами. Сами по себе термисторы не производят никаких электрических сигналов, но при прохождении через них электрического тока (сигнала возбуждения), их сопротивление может быть определено по изменению тока и/или падению напряжения на них. Значение сопротивления (в Омах) отражает измеряемую температуру, которая может быть найдена по известным зависимостям.

1. В зависимости от выбора точки отсчета датчики можно разделить на абсолютные и относительные

Абсолютные датчики определяют внешний сигнал в абсолютных физических единицах, не зависящих от условий проведения измерений, тогда как выходной сигнал относительного датчика в каждом конкретном случае может трактоваться по-разному. Примером абсолютного датчика является термистор. Его электрическое сопротивление напрямую зависит от абсолютной температуры по шкале Кельвина. Примером относительного датчика является термопара, потому что напряжение на его выходе является функцией градиента температуры на проводах термопары.

Структурная схема.

X – входная ФВ.

Y – выходная ФВ.

L, K – промежуточные ФВ, которые могут быть другими по природе

f1,f2,f3 – функции преобразования ФВ.

Дата добавления: 2014-01-03