Технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства, называются средствами измерений. Различают следующие виды средств измерений: меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи, измерительные установки, измерительные системы.
Мера – это вещественное воспроизведение единицы измерения.
Измерительный прибор осуществляет процесс сравнения измеряемой величины с мерой.
Прибор вырабатывает сигнал в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.
Измерительные приборы могут быть классифицированы по различным признакам.
Измерительный прибор, показания которого являются непрерывной функции изменений измеряемой величины, называются аналоговыми.
Прибор, автоматически вырабатывающий дискретный (кодированный) сигнал измерительной информации в цифровой форме, называют цифровым измерительным прибором.
Измерительные приборы подразделяют также на показывающие; регистрирующие; приборы сравнения; регулирующие, т.е. имеющие приспособления для управления технологическими процессами. В зависимости от измеряемой величины они делятся на амперметры, вольтметры и т.д. Особую группу приборов составляют комбинированные приборы мультимстрами, которые могут измерять несколько величин.
По характеру применения приборы могут быть стационарными и переносными.
В зависимости от степени усреднения измеряемой величины приборы показывают мгновенные значения измеряемой величины.
Приборы, показание которых определяются интегралом по времени или по другой независимой переменной от измеряемой величины; называются интегрирующими.
Измерительными преобразователями называют средства измерений, предназначенные для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи дальнейшего преобразования, обработки или хранения информации, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем.
Измерительный преобразователь, к которому подводится измеряемая величина, назвается первичным.
В зависимости от назначения измерительные преобразователи подразделяются на масштабные, предназначенные для измерения значения величины в заданное число раз, и преобразователи рода величины. К масштабным относятся шунты, делители напряжения, измерительные трансформаторы, измерительные усилители и т.д.
Терморезисторы, тензорезисторы преобразовывают неэлектрические величины в электрические. Измерительной установкой называют совокупность функционально и конструктивно объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, предназначенных для рациональной организации измерений.
Измерительные системы представляют собой совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи.
В зависимости от той роли, какую выполняют различные средства измерений, их делят на рабочие, образцовые, эталонные.
С помощью рабочих средств измерений производятся все измерения.
Образцовые средства измерений предназначены для проверки и градуировки рабочих мер и измерительных приборов. Они более точны, чем рабочие, и могут иметь специальные приспособления, делающие их особенно удобными для цепей поверки.
Образцовые средства измерений высшего разряда поверяются по эталонам.
Эталоны – это вещественные воспроизведения единиц измерения (меры), осуществляемые с предельной точностью или так называемой метрологической точностью, достигаемой при данном уровне науки и техники.
При эксплуатации средств измерений важно знать их характеристики, которые делят на неметрологические и метрологические, т.е. оказывающие влияние на результат измерения.
К неметрологическим характеристикам относятся показатели надежности, электрическая прочность, устойчивость к климатическим и механическим воздействиям, время установления рабочего режима и т.п.
Перечислим наиболее общие метрологические характеристики.
Чувствительность средств измерений, т.е. отношение изменение сигнала на выходе измерительного средства к вызвавшему его изменению измеряемой величины, которую определяют по уравнению
где y – выходная величина, х – входная.
Характеристикой прибора является постоянная прибора с=1/s. Чувствительность не надо смешивать с порогом чувствительности – наименьшим изменением входной величины, обнаруживаемым с помощью данного средства измерений.
Диапазон измерений – область значения измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности средства измерений. С целью повышения точности измерения диапазон можно разбивать на несколько поддиапазонов. При нормировании допускают для каждого диапазона свои предельные погрешности.
Цена деления шкалы – разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы.
Для средств измерений, выдающих результаты измерений в цифровом коде, указывают цену единицы младшего разряда, вид выходного кода и число разрядов кода.
Для оценки влияния средства измерения на режим работы объекта исследования указывают входное полное сопротивление ZВХ, которое влияет на мощность, потребляемую от объекта исследования средством измерений. Допустимая нагрузка на средство измерений зависит от выходного полного сопротивления ZВЫХ.
Быстродействие средства измерений определяется временем установления показаний.
Метрологическая надежность средств измерений связана не с явными отказами, а с выходом погрешности измерения за пределы установленного допуска при сохранении общей работоспособности прибора. Метрологическую надежность определяют вероятностью получения договоренных результатов с помощью средства измерений в течение данного времени.
Погрешность средства измерений является важнейшей характеристикой. Инструментальные, методические, абсолютные, относительные, приведенные средства измерений уже нами рассмотрены ранее. Иногда в качестве характеристики средств измерений пользуются понятием точности измерений. Высокая точность соответствует малым погрешностям всех видов. В зависимости от измерения во времени выходной величины различают погрешности статическую, возникающую при измерении постоянной во времени величины; динамическую, появляющуюся при измерении переменной во времени величины.
Систематические и случайные погрешности зависят от характера измерения.
В зависимости от условий возникновения различают основную погрешность; средства измерения при нормальных условиях; дополнительную погрешность, вызванную отклонением одной или более влияющих величин от нормального значения. Под нормальным условиями эксплуатации понимается нормальное пространственное положение прибора (горизонтальное, вертикальное, под углом); нормальная температура (20º ±2º), или та, которая обозначена на приборе; относительная влажность (от 30 до 80 %), отсутствие внешних магнитных или электрических полей и т.д.
Зависимость абсолютной погрешности Δ от входной величины х может быть представлена некоторой плоской неопределенности, обусловленной случайной погрешностью и изменением характеристик средств измерений под действием влияющих величин, поэтому абсолютная погрешность ограничена предельным значением Δmax (рис 3.1), которые могут быть как положительными, так и отрицательными. Их зависимость от измеряемой величины х характеризуется прямыми линиями.
Прямая 1 может быть определена уравнением
где α – постоянный коэффициент, который называют предельным значением аддитивной погрешности; b – постоянный коэффициент, bx – предельные значения мультипликативной погрешности.
Таким образом, абсолютные аддитивные погрешности не зависят от значения измеряемой величины х; а мультипликативные – пропорциональны значению х.
Предельное значение относительной погрешности средства измерения δmax, связано с предельным значением абсолютной погрешности Δmax зависимостью
Средства измерений можно сравнить по их характеристикам, что облегчает выбор того или иного средства при решении измерительных задач.
Класс точности средств измерений. Классом точности средства измерения называется обобщенная его характеристика, определяемая пределами допускаемых основной погрешности и погрешностей, вызванных измерением значений влияющих величин.
Класс точности средств измерений может выражаться одним числом или дробью.
Правила и примеры обозначения классов точности средств измерений приведены в табл. 3.1
Примечание: 1. Числовые значения даны в качестве примеров. 2. Классы точности цифровых измерительных приборов со встроенными вычислительными устройствами для дополнительной обработки результатов измерений устанавливают без режима обработки.
| 2.7. Индукционный измерительный механизм< Предыдущая | Следующая >3.1. Проверка средств электрических измерений |
|---|