Типовые структурные схемы измерительных устройств

Классификация компонентов измерительных устройств

Классификация средств измерения

Общие характеристики средств измерений

В метрологии средства измерения принято классифицировать по виду, принципу действия и метрологическому назначению.

Различают следующие виды средств измерения: меры, измерительные устройства; измерительные установки и измерительные системы (рис. 2.1).

Мера – средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера.

Самым многочисленным видом средств измерения являются измерительные устройства, применяемые самостоятельно или в составе измерительных установок и измерительных систем. В зависимости от формы представления сигнала измерительной информации измерительные устройства подразделяют на измерительные приборы и измерительные преобразователи.

Классификация по наиболее важным признакам измерительных приборов отражена на рис. 2.1.

В зависимости от используемого метода измерения и способа представления величины измерительные преобразователи классифицируются аналогично измерительным приборам (см. рис. 2.1).

По роду измеряемой величины измерительные устройства подразделяют на типы: амперметры – для измерения тока, термометры – для измерения температуры, манометры – для измерения давления и т.п.

По степени защиты измерительные устройства подразделяются по виду исполнения.

По характеру применения измерительные приборы подразделяют на стационарные или щитовые и переносные.

Кроме рассмотренной классификации средств измерения по виду существенной является классификация по принципу действия.

Принцип действия – физический принцип, положенный в основу построения средств измерения данного вида. Принцип действия обычно находит отражение в названии средства измерения, например: термоэлектрический термометр, деформационный манометр, электромагнитный расходомер.

Существенной с позиции метрологии является классификация средств измерения по метрологическому назначению.Различают образцовые и рабочие средства измерения.

Образцовое средство измерения – это мера или измерительное устройство, служащее для поверки по нему других (как рабочих, так и образцовых меньшей точности) средств измерений и утвержденное в качестве образцового средства.

Рабочее средство измерения – средство, применяемое для измерений, не связанных с передачей размера единиц измерения.

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных измерительных и вспомогательных устройств, расположенных в одном месте и предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия человеком. Измерительные установки обычно используются в различных лабораториях: научно-исследовательских, контроля качества, метрологических, ремонтных.

Измерительная система – совокупность измерительных и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и использования в автоматических системах управления. Измерительные системы рассматриваются как один из классов информационных измерительных систем.

Измерительные устройства состоят из составных частей, предназначенных для выполнения определенных функций: преобразование сигнала по форме или виду энергии; успокоение колебаний; защита от помех; коммутация цепей; представление информации.

Основные составные части измерительных устройств:

1) преобразовательный элемент – элемент, в котором происходит одно из ряда последовательных преобразований измеряемой величины;

2) чувствительный элемент – первый в измерительной цепи преобразовательный элемент, находящийся под непосредственным воздействием измеряемой величины;

3) измерительная цепь – совокупность преобразовательных элементов, обеспечивает осуществление всех преобразований сигнала измерительной информации;

4) измерительный механизм – состоит из совокупности элементов, взаимодействие которых вызывает их взаимное перемещение;

5) отсчетное устройство – предназначено для представления значения измеряемой величины наблюдателю;

6) регистрирующее устройство – предназначено для записи показаний.

Отсчетное устройство представляет собой цифровое табло или шкалу со стрелочным или оптическим указателем. Внешний вид одного из вариантов шкальных отсчетных стрелочных устройств, приведен на рис. 2.2

Числовые или оцифрованные отметки шкалы – отметки шкалы, у которых проставлено числовое значение.

Деление шкалы – промежуток между двумя соседними отметками шкалы.

Цена деления шкалы – разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы.

Равномерная шкала – шкала с постоянными делениями и постоянной ценой деления.

Показания измерительного прибора – значения измеряемой величины, определяемые по отсчетному устройству и выраженные в принятых единицах измеряемой величины.

Рис. 2.2. Стрелочное отсчетное устройство

Начальное и конечное значение шкалы – наименьшее и наибольшее значение измеряемой величины, указанное на шкале, соответственно.

Диапазон показаний – область значений шкалы, ограниченная конечным и начальным значениями шкалы.

Диапазон измерения прибора или преобразователя – область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности средства измерений. Применительно к измерительным устройствам вообще диапазон измерений часто называют рабочим диапазоном преобразования.

Пределы измерений – наибольшее и наименьшее значения диапазона измерений.

Шкалы приборов бывают односторонними, двусторонними и безнулевыми. В односторонних шкалах один из пределов измерения прибора равен нулю, например шкала 0…100 °C. В двусторонних шкалах нулевое значение расположено внутри шкалы, например шкала минус 50…0…100 °C. В безнулевых шкалах на шкале нет нулевого значения, например шкала 200…600 °С.

При оценке значения физической величины по шкале измерительного прибора необходимо учитывать, что число делений шкалы согласовано с классом точности измерительного прибора в первом приближении в соответствии с формулой

, (2.1)

где n – число делений, L – класс точности.

Поэтому не следует пытаться на глаз оценить доли деления и приводить их в результате измерения. Известно, что при определении долей деления на глаз операторы допускают систематическую ошибку, доходящую до 0,2 деления. По указанным причинам значение измеряемой величины должно быть считано по шкале с погрешностью в половину деления. При этом необходимо пользоваться правилами округления:

- если указатель располагается в середине деления (рис. 2.3, а), слева (рис. 2.3, б) или справа (рис. 2.3, в) от нее, то в значении измеряемой величины указывается половина деления;

- если указатель располагается вблизи отметки шкалы справа (рис. 2.3, г) или слева (рис. 2.3, д) от нее, то результат округляется до значения, соответствующего этой отметке.

Рис. 2.3. Типичные случаи определения показаний измерительных приборов

Измерительные средства разделяются по методу преобразования на устройства прямого действия, или прямого преобразования, или непосредственной оценки и на средства уравновешивающего преобразования, или компенсационного преобразования, или сравнения. Структурные схемы измерительных устройств электрических и неэлектрических величин определяются используемым методом преобразования.