Структура средств измерений
Классификация средств измерений
По функциональному назначению средства измерений делят на следующие основные группы: меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки и измерительные информационные системы.
Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Например, мерой является резистор, воспроизводящий сопротивление определенного размера с известной погрешностью.
Измерительный преобразователь –средство измерений,предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающиеся непосредственному восприятию наблюдателем. Измерительный преобразователь, к которому подводится измеряемая величина, называют первичным измерительным преобразователем.Измерительный преобразователь, предназначенный для изменения размера величины в заданное число раз, называют масштабным измерительным преобразователем.
Первичные измерительные преобразователи, размещаемые непосредственно на объекте исследования и удаления 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.
Измерительные преобразователи в зависимости от вида входного и выходного сигналов относят к одной из следующих групп: аналоговые измерительные преобразователи, у которых на входе и на выходе аналоговые сигналы; аналого – цифровые измерительные преобразователи, имеющие на входе аналоговый сигнал, а на выходе цифровой сигнал; цифро –аналоговые преобразователи, у которых на входе цифровой сигнал, а на выходе аналоговый (квантовый) сигнал.
Измерительным прибором называют средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. В аналоговых измерительных приборах сигналы представляются в аналоговой форме, в цифровых измерительных приборах основная форма представления сигналов – цифровая, в виде кодов, которыми закодирована перерабатываемая информация.
В зависимости от того, допускают ли измерительные приборы только считывание показаний или допускают считывание и регистрацию или только регистрацию показаний, они относятся либо к показывающим, либо к регистрирующим измерительным приборам. Иногда находят применение так называемые регулирующие измерительные приборы, т.е. приборы, имеющие приспособление для управления технологическим процессом.
В зависимости от применяемых средств среди аналоговых измерительных приборов выделяют группы приборов: электромеханические, электромеханические с преобразователями и электронные.
К электромеханических приборов относят электроизмерительные приборы, в которых электромеханическими преобразователями (измерительными механизмами) энергия электромагнитного поля преобразуется в механическую энергию перемещения подвижной части прибора. Различают шесть систем электромеханических преобразователей и, соответственно, электромеханических приборов: магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической, ферродинамической электростатической и индукционной систем.
К группе электромеханических приборов с преобразователями относят электромеханические приборы с преобразователями входного сигнала с целью расширения возможностей измерения различных величин конкретным электромеханическим прибором.
К группе электронных аналоговых приборов относят приборы, использующие электронные узлы для преобразования сигнала измерительной информации и электромеханический прибор.
Измерительной установкой – называют совокупность функционально и конструктивно объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, предназначенных для рациональной организации измерений. Измерительные установки применяются для проведения массовых однотипных технологических измерений, например, для определения удельного сопротивления электротехнических материалов.
Измерительная информационная система – совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных и других вспомогательных технических средств для получения измерительной информации, ее преобразования, обработки с целью представления потребителю в требуемом виде. Измерительные информационные системы применяют, когда необходимо измерять большое число физических величин, производить обработку измерительной информации и воздействовать на объект.
Получили применение измерительно – вычислительные комплексы (ИВК), которые представляют собой автоматизированные средства измерений и обработки измерительной информации. Их отличительной чертой является наличие в комплексе свободно программируемой ЭВМ, которая используется не только для обработки результатов измерений, но и для управления самим процессом измерения, а также для управления в необходимых случаях объектом. ИВК – это разновидность измерительной информационной системы.
Все средства измерений по выполняемым метрологическим функциям делят на образцовые и рабочие. Образцовые средства измерений предназначены для поверки с их помощью рабочих средств измерений. Рабочие средства используют для выполнения всех измерений, кроме измерений, связанных с поверкой, т.е. передачей размера единиц величин. По характеру применения в реальных условиях приборы бывают стационарными, предназначенными для жесткого крепления, и переносные, не предназначенные для жесткого крепления.
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 3.1, а).
Уравновешивающее преобразование заключается в том, что входная величина уравновешивается другой одноименной величиной (рис. 3.2, б).
Комбинированное преобразование осуществляется при охвате отрицательной обратной связью только части цепи прямого преобразования (рис. 3.2., г).
Рис. 3.1 – структурные схемы.
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, т.е. не зависит от преобразования информативного сигнала в цепи прямого преобразования.