Характеристики средств измерений

КЛАССИФИКАЦИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СРЕДСТВАХ ИЗМЕРЕНИЙ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

Измерения производят с помощью средств измерений — тех­нических средств, имеющих нормированные метрологические ха­рактеристики.

По функциональному назначению средства измерений делят на следующие группы: меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные информационные систе­мы и измерительные установки.

Под мерой понимают 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 поддающейся 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.

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 делители напряжения, усилители напряжения 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 (ана­логовый, кодированный) входного и выходного сигналов относят к одной из следующих групп: а) аналоговые измерительные пре­образователи, у которых на входе и на выходе аналоговые сигна­лы; б) аналого-цифровые измерительные преобразователи, имею­щие на входе аналоговый сигнал, а на выходе кодированный сигнал; в) цифро-аналоговые измерительные преобразователи, у которых на входе кодированный сигнал, а на выходе аналого­вый (квантованный) сигнал.

Первичные измерительные преобразователи, размещаемые непосредственно на объекте исследования и удаления от места обработки, отображения и регистрации измерительной информа­ции, называют иногда датчиками. Например, датчик кровяного давления космонавта.

Измерительным приборомназывают средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной инфор­мации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, например, в виде цифрового отсчета на отсчетном устройстве. Измерительный прибор, показания которого являют­ся непрерывной функцией изменений измеряемой величины, на­зывают аналоговым измерительным прибором. Например, элек­троизмерительный прибор с отсчетным устройством в виде стрел­ки и шкалы — аналоговый прибор.

Измерительный прибор, автоматически вырабатывающий дискретный (кодированный) сигнал измерительной информации и дающий показания в цифровой форме, называют цифровым измерительным прибором.

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.

Измерительные приборы, которые осуществляют одно или несколько преобразований сигнала измерительной информации в одном направлении в цепи преобразований, называют прибора­ми прямого преобразования. Измерительные приборы, в которых наряду с цепью прямого преобразования имеется цепь обратного преобразования сигнала измерительной информации, называют приборами уравновешивающего преобразования или приборами сравнения, так как в них происходит сравнение измеряемой вели­чины с известной величиной, однородной с измеряемой.

В зависимости от применяемых средств (узлов) среди элек­троизмерительных аналоговых приборов прямого преобразова­ния выделяют следующие группы приборов:

· электромеханиче­ские,

· электромеханические с преобразователями и

· электронные.

К группе электромеханических приборовотносят электроиз­мерительные приборы, в которых энергия электромагнитного по­ля преобразуется в механическую энергию перемещения подвиж­ной части прибора.

К группе электромеханических приборов с преобразователя­миотносят электромеханические приборы с предварительными преобразователями входного сигнала с целью расширения воз­можностей измерения различных величин.

К группе электронных аналоговых приборов относят прибо­ры, использующие электронные узлы для преобразования сигна­ла измерительной информации и электромеханический (чаще всего магнитоэлектрический) измерительный механизм.

По роду измеряемой величины электроизмерительные прибо­ры делят на следующие группы:

амперметры — для измерения тока;

вольтметры — для измерения напряжения;

омметры — для измерения сопротивления

и т. п.

В зависимости от степени усреднения измеряемой величины выделяют приборы, дающие показания мгновенных значений измеряемой величины, и приборы интегрирующие, показания которых определяются интегралом по времени или по другой независимой переменной от измеряемой величины.

По характеру установки на месте применения приборы быва­ют стационарными, предназначенными для жесткого крепления, и переносные, не предназначенные для жесткого крепления.

Для испытаний крупных объектов, т. е. когда необходимо измерять большое число физических величин, производить обра­ботку измерительной информации, воздействовать на объект в процессе испытаний и т. д., применяют измерительные информа­ционные системы.

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 том числе ввода в АСУ) в требуемом виде либо автоматического осуществления логиче­ских функций контроля, диагностирования, идентификации (рас­познавания образцов). В последние годы 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 измерения, но и для управ­ления самим процессом измерения, а также для управления воздействием (если это необходимо) на объект исследования. ИВК — разновидность ИИС.

Измерительной установкойназывают совокупность функционально и конструктивно объеди­ненных средств измерений и вспомогательных устройств, предна­значенных для рациональной организации измерений. Электро­измерительные установки используют, например, для градуиров­ки и поверки электроизмерительных приборов. Измерительные установки при­меняются для выполнения массовых технологических измерений.

Все средства измерений по выполняемым метрологическим функциям делят на образцовые и рабочие. Образцовые средства измерений предназначены для поверки с их помощью других рабочих средств измерений. Рабочие средства используют для выполнения всех измерений, кроме измерений, связанных с по­веркой, т. е. передачей размера единиц величин.

Различают статические и динамические свойства средства измерений.

Статические свойства средства измеренийпроявля­ются при статическом режиме его работы, т. е. когда выходной сигнал средства считается неизменным при измерении; динамиче­ские свойства — при динамическом режиме работы средства из­мерений, при котором выходной сигнал средства изменяется во времени при его использовании.

Метрологические характеристики.

Чувствительностьсредст­ва измерений, под которой понимают отношение приращения выходного сигнала Dу средства измерений к вызвавшему это приращение изменению входного сигнала Dх. В общем случае чувствительность

При нелинейной статической характеристике преобразования чувствительность зависит от х, при линейной характеристике чувствительность постоянна. У измерительных приборов при по­стоянной чувствительности шкала равномерная, т. е. длина всех делений шкалы одинакова. Характеристикой прибора является постоянная прибора C=1/S.

Порог чувстви­тельности - наименьшее изменение вход­ной величины, обнаруживаемое с помощью данного средства измерений. Порог чувствительности выражают в единицах вход­ной величины.

Диапазон из­мерений — область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности средства измерений. Диапазон измерений ограничивается наибольшим и наименьшим значениями диапазона измерений.

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 (единицы младшего разряда цифрового отсчетного устройства), вид выходного кода (дво­ичный, двоично-десятичный) и число разрядов кода.

Входное сопротивление. Входное сопротивление влияет на мощность, потребляемую от объекта исследования средством измерений.

Допустимая на­грузка на средство измерений зависит от выходного сопротивления. средства измерений. Чем меньше выходное сопротивление, тем больше допустимая нагрузка на средство измерений.

Важнейшей характеристикой средства измерений является погрешность, которую оно вносит в результат измерения, или, как принято говорить, погрешность средства измерений. Погрешность средства измерений может быть выражена в ви­де

Þ абсолютной,

Þ относительной или

Þ приведенной по­грешности.

Приведенная погрешность средства измерений — это отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению, например к наибольшему пределу используемого поддиапазона средства измерений. Погрешность измерительного прибора

Dх = х — х_я,

где х — показание прибора;

х_п — истинное значение измеряемой величины.

Погрешность измерительного прибора оп­ределяют при его поверке и при этом вместо истинного значения используют действительное значение измеряемой величины, под которым понимают значение физической величины, найденное экспериментальным путем с помощью образцовых средств изме­рений и настолько приближающееся к истинному, что для данной цели может быть использовано вместо истинного значения.

Для измерительных преобразователей погрешность может быть определена как по входу, так и по выходу преобразователя.

Погрешности средства измерений зависят от внешних усло­вий (влияющих величин), поэтому их принято делить на основ­ную и дополнительные.

Основной погрешностью средства измере­ний называют погрешность в условиях, принятых за нормальные для данного средства.

Дополнительные погрешности средства измерений возникают при отклонении влияющих величин от нор­мальных значений (нормальных областей значений).

Погрешности средств измерений могут иметь

систематиче­ские и

случайные составляющие.

Случайные составляющие при­водят к неоднозначности показаний. Поэтому случайные состав­ляющие погрешностей средств измерений стараются сделать не­значительными по сравнению с другими составляющими. Большинство серийных измерительных приборов обладает этим свойством. Однако в приборах высокой чувствительности и точно­сти случайная составляющая может быть соизмерима с система­тической.

Вариа­ция выходного сигнала - разность между значениями выходного сигнала, со­ответствующими одному и тому же действительному значению входной величины при двух направлениях медленных изменений входной величины в процессе подхода к выбранному значению входной величины.

По зависимости от измеряемой величины погрешности сред­ства измерений разделяют на аддитивные и мультипликативные.

Аддитивные (абсолютные) погрешности не зависят от измеряемой величины.

Мультипликативные (абсолютные) по­грешности изменяются пропорционально измеряемой величине.

Динамические характеристики, т. е. характеристики инер­ционных свойств средства, определяющие зависимость выходно­го сигнала средства измерений от меняющихся во времени вели­чин: параметров входного сигнала, внешних влияющих величин, нагрузки. Динамические свойства средства измерений определя­ют динамическую погрешность.

Время уста­новления показаний прибора, т. е. время от момента скачкообраз­ного изменения измеряемой величины до момента установления с определенной погрешностью показания; соответствующего установившемуся значению измеряемой величины.