Измерительные преобразователи. Классификация по ряду признаков

В метрологии средства измерения принято классифицировать по виду, принципу действия и метрологическому назначению. Различают следующие виды средств измерений: 1) Меры; 2) Измерительные устройства; 3) Измерительные установки; 4) Измерительные системы.

Мера предназначена для отображения воспроизведения физической величины (гири, плоско-параллельная концевая мера длины, образцовая катушка сопротивления, генератор стандартных сигналов). Меры могут быть в виде наборов (набор гирь, магазин сопротивлений, компаратор напряжений). Измерительные устройства – самые многочисленный вид средств измерений. Применяются как самостоятельно, так и в составе измерительных установок и систем. В зависимости от формы представления сигнала измерительной информации измерительные устройства подразделяются на измерительные приборы и измерительные преобразователи. Измерительный прибор – средство измерения, в котором измеряемая величина преобразуется в показания или сигнал пропорциональный измеряемой величине в форме доступной для непосредственного восприятия наблюдателя. Измеряемая величина должна подводиться к средству измерения из вне воздействуя на него тем или иным способом. Измерительный преобразователь – средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающийся непосредственному восприятию наблюдателя. Измерительная установка – совокупность функционально объединенных средств измерений (мер, измерительных приборов и преобразователей) и вспомогательных устройств предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме удобной для непосредственного восприятия наблюдателем и расположенные в одном месте (используются в научных исследованиях, контроле качества, метрологическими службами в качестве поверочных установок). Измерительные установки более узкого назначения называются измерительными машинами (силоизмерительные машины, машины для измерения больших длин и т.д.). Измерительная система – совокупность средств измерений и вспомогательных устройств соединенных между собой каналами связи, предназначены для выработки измерительной информации в форме удобной для автоматической обработки, передачи и (или) использовании в автоматических системах управления. Информационно-измерительная система – совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных и других вспомогательных технических средств, служащих либо для получения измерительной информации, ее преобразования, обработки в целях представления потребителю (в том числе и ввода в АСУ) в требуемой форме, либо для автоматического осуществления логических функций контроля, диагностики, идентификации. Для средства измерения существенной является так же классификация по принципу действия. Принципом действия средства измерения называют физический принцип, положенный в основу построения средства измерения данного вида. Принцип действия обычно находят в названии средства измерения (ртутный термометр, деформационный манометр, электромагнитный расходомер, СВЧ влагомер и т.п.). По метрологическому назначению средства измерения делятся на образцовые и рабочие. Образцовые средства измерения предназначено для поверки по ним других средств измерений, как рабочих, так и образцовых менее высокой точности. Рабочее средство измерения применяется для измерений служащих тем или иным конкретным целям в разнообразных деятельностях человека. «Сущность разделения СИ на образцовые и рабочие лежит не в конструкции и не в точности, а в их назначении» Одно и то же средство измерения может предназначено для практических измерений, как в качестве рабочего средства измерения, так и в качестве образцового (средство поверки и градуировки). Но когда средство измерения применяют в качестве образцового, то оно попадает в особое положение, изолирующее его от любых других измерений, кроме поверочных. Запрещение применять образцовые средства измерений для практических измерений является одним из важных правил метрологии. К образцовым средствам измерений предъявляются более высокие требования в отношении воспроизводимости показаний, чем к аналогичным рабочим средствам измерений. В свою очередь к рабочим средствам измерений могут предъявляться специфические требования, связанные с условием их применения.

Рис 3.2 Схема передачи единиц от эталона к рабочим средствам измерения

Характеристики средств измерений Характеристики средств измерений можно разделить на две группы: метрологические, эксплуатационные. Метрологические характеристики средств измерений Метрологические характеристики СИ – технические характеристики, которые влияют на результат и точность измерений и определяются ГОСТом: а) Градуировочные характеристики – определяющие соотношение между сигналами на входе и выходе в статическом режиме. - Статическая характеристика преобразования измерительного преобразователя; - Пределы и цена деления шкалы; - Вид и параметр цифрового кода. Статические характеристики – относятся к измерениям в установившемся режиме, когда в нем закончились все переходные процессы. б) Динамические характеристики – отражают инерционные свойства средства измерения при воздействии на них меняющихся во времени величин (параметров входного сигнала, внешних влияющих величин, нагрузки). Динамические характеристики описывают поведение прибора в интервале времени от момента изменения измеряемой величины до момента когда с этого прибора можно будет считывать установившиеся показания. К динамическим характеристикам относятся: - Дифференциальные уравнения описывающие работу системы; - Передаточная функция; - Переходная характеристика; - Импульсная характеристика; - Совокупность АЧХ, АФЧХ и др.; - и т.п. в) Показатели точности г) Функции влияния – зависимость изменения метрологических характеристик от изменения влияющих величин или не информативных параметров входного сигнала (инвариантность). При измерении напряжения не информативными параметрами является фаза, частота, и т.п. Обычно метрологические характеристики нормируют раздельно для нормальных и рабочих условий применения средства измерения. Нормальными считаются такие условия, при которых изменение метрологических характеристик под воздействием влияющих величин принято пренебрегать. Для подавляющего большинства средств измерений нормальными условиями применения являются: температура – 293 ± 5⁰ К; атмосферное давление – 100 ± 4 кПа; относительная влажность – 65 ± 15 %; электрическое напряжение – 220 ± 22 В; Рабочие условия отличаются от нормальных более широким диапазоном изменения влияющих величин. Те и другие указываются в стандартах, технических требованиях, и других нормативно-технических документациях на конкретные виды средств измерений. Соответствие метрологических характеристик установленных для них норм должно проверяться. Проверка метрологическим органам соответствия метрологических характеристик номам и установления на этой основе пригодности средства измерения к применению называется поверкой. Учет всех нормируемых метрологических характеристик средства измерения сложная и трудоемкая процедура оправдана только при измерениях очень высокой точности характерных для метрологической практики. На практике, как правило, такая точность не нужна, поэтому для средств измерений используемых в повседневной работе принято деление по точности на классы. Класс точности –обобщенная характеристика всех средств измерений данного типа, устанавливающая оценку точности их показаний. Классы точности присваиваются типам средств измерений с учетом результатов государственных приемочных испытаний СИ, с несколькими диапазонами измерений одной и той же величины или для измерения разных физических величин могут быть присвоены различные классы точности для каждого диапазона или измеряемой величины. Обозначения классов точности наносится на циферблаты, щитки, корпуса; приводится в документации СИ. На большинстве средств измерений класс точности обозначают арабскими цифрами из ряда: , где n = 1, 0, -1, и т.д. Для средства измерения с равномерной или степенной шкалой цифра класса точности означает, что значение измеряемой величины не отличается от того, что показывает указатель отсчетного устройства, более чем на соответствующее число процентов от верхнего предела измерения. Перечень необходимых проверяемых параметров при поверке средства измерения приведены в эксплуатационной документации. Для большинства (95%) СИ основным проверяемым параметром при поверке является определение величины погрешности при измерении физической величины и ее соответствие классу точности. При несоответствии прибор бракуется. Эксплуатационные характеристики средств измерений Эксплуатационные характеристики определяются средой и условиями, в которых будет функционировать средство измерения и регламентируется ГОСТом и тех. условий на СИ. Климатические условия эксплуатации: минимальна и максимальная температура окружающего воздуха; влажность воздуха; морская вода; туман; открытая местность или помещение. Специальные условия эксплуатации: наличие тех или иных физических полей; радиация; давление окружающей или рабочей среды наличие или состав и концентрация агрессивных составляющих в окружающей среде и т.п.