Характеристика средств измерений

СИ - устройства, которые выполняют одну из двух функций:

· воспроизводят величину заданного размера (например, гиря – заданную массу, магазин сопротивлений - ряд дискретных значений сопротивления);

· вырабатывают сигнал (показание), несущий информацию о значении измеряемой величины.

Вторая функция основная, предусматривающая выполнение элементарных операций измерения. В этом случае СИ содержат устройства (блоки), которые выполняют эти операции. В число указанных устройств входят измерительные преобразователи, меры и устройства сравнения.

Измерительный преобразователь (F) – это техническое устройство, построенное на определенном физическом принципе и выполняющее измерительное преобразование входного сигнала Х в выходной Х₁. Информационный параметр сигнала Х₁ пропорционально связан с информационным параметром Х и может быть измерен с достаточной точностью.

Мера – это СИ, предназначенное для воспроизведения или хранения ФВ одного или нескольких размеров, значения которых выражены в узаконенных единицах и известны с необходимой точностью.

Устройство сравнения (компаратор) – это СИ, выполняющее сравнение мер однородных величин или же показаний измерительных приборов.

Обобщенная структурная схема СИ показана на рис. 4.

Рис. 4. Структурная схема средства измерений

Х – входной сигнал (аналоговый), [Q] – квант измерения, Х_м – квантованный сигнал; Yi – выходной сигнал (Y₁ для человека в десятичном коде N; Y₂ – аналоговый сигнал; Y₃ - преобразованный входной сигнал)

Входным сигналом является измерительный сигнал, один из параметров которого связан с измеряемой ФВ. Иногда преобразователь может отсутствовать, либо его роль может выполнять выносной датчик (термопара, пьезоэлемент и т.д).

Сигнал с выхода преобразователя F поступает на первый вход компаратора. На второй вход подается известный сигнал Х_м с выхода многозначной меры. Роль меры могут выполнять, например гири или отсчетные шкалы, проградуированные в единицах измеряемой величины (линейка, термометр, электромеханический вольтметр). Значение выходной величины меры изменяются в зависимости от цифрового кода N. Изменение кода осуществляется оператором (при взвешивании на весах) или автоматически. N дискретно, поэтому выходной сигнал Х_м изменяется ступенчато - квантами. Они кратны единице сравниваемых величин. Например, при измерении t бытовым термометром квант равен 1 ⁰С, а медицинским - 0.1 ⁰С.

Сравнение измеряемой и известной величины выполняет компаратор (в простейших СИ - человек). Компаратор дает информацию о том, какое значение сигнала Х_м должно быть установлено автоматически или оператором.

При достижении равенства между величинами Х и Х_м с точность до кванта [Q] процесс измерения прекращается.

Выходным сигналом может быть один из трех: Y₁, Y₂ и Y₃. Если он предназначен для человека, то его роль выполняет сигнал Y₁=N. Код N - десятичный. Если сигнал предназначен для других СИ, то используют любой из трех сигналов. Первый Y₁ цифровой в двоичном коде, Y₂ - аналоговый сигнал, квантованный по уровню, Y₃ - представляет измерительное преобразование входного сигнала Х.

Т.е. схема описывает три возможных варианта:

· СИ включает все блоки и вырабатывает сигнал Y₁, доступный восприятию органами чувств человека или Y₂ и Y₃ - для других СИ;

· СИ состоит только из измерительного преобразователя (выходной сигнал Y₃);

· СИ содержит только меру с выходным сигналом Y₂.

СИ могут работать в двух режимах: статическом и динамическом. В первом изменением измеряемой величины за время проведения измерения можно пренебречь. В динамическом режиме указанное изменение превышает допустимую погрешность.

К метрологическим характеристикам СИ, работающим в статическом режиме относятся:

- функция (уравнение) преобразования;

- чувствительность (S=DY/XD);

- порог чувствительности (минимальное значение ФВ, которое можно измерить).