1. Для создания и изучения измерительных систем и отдельных средств измерений часто применяют так называемые общие структурные схемы средств измерений и контроля. На этих схемах изображены отдельные элементы средств измерений в виде символических блоков, соединенных друг с другом сигналами, характеризующими физические величины.
Документ РМГ 29—99 «ГСИ. Метрология. Основные термины и определения» описывает следующие общие структурные элементы средств измерений: чувствительный и преобразовательный элементы, измерительная цепь, измерительное, показывающее и регистрирующее устройства.
Первичной задачей любого средства измерений является восприятие ФВ. Эту функцию выполняет чувствительный элемент.
Чувствительный элемент средства измерений — часть измерительного преобразователя в измерительной цепи, воспринимающая входной измерительный сигнал. Именно этот элемент определяет способность средства измерений реагировать на изменения измеряемой величины.
|
|
Конструктивные разновидности чувствительного элемента весьма разнообразны.
Основным назначением этого элемента является выработка сигнала измерительной информации в форме, удобной для дальнейшей обработки. Этот сигнал может быть механическим (перемещение, поворот), пневматическим, электрическим и др.
При использовании для измерений определенных физических явлений возникает необходимость преобразовывать сигнал, полученный чувствительным элементом, в другую ФВ (например, давление — в электрическую величину, температуру — в давление и т.п.).
Эту функцию выполняет преобразовательный элемент. Он
предназначен для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения (например, преобразования неэлектрической величины в электрическую). Как правило, эта информация не поддается непосредственному восприятию наблюдателем. Преобразовательный элемент может быть выделен в отдельную конструкцию, а может содержать два преобразователя и более.
Для дистанционной передачи сигнала измерительной информации предусматриваются передающие измерительные преобразователи, а для его изменения в заданное число раз — масштабные измерительные преобразователи. Например, индуктивные и пневматические преобразователи относят к передающим преобразователям, а делители напряжений на входе вольтметров или электронных осциллографов и измерительные усилители — к масштабным измерительным преобразователям.
2. Измерительная цепь средств измерений — это совокупность элементов средств измерений, образующих непрерывный путь прохождения измерительного сигнала одной ФВ от входа до выхода.
|
|
Измерительный механизм — часть конструкции средства измерений, состоящая из элементов, взаимодействие которых вызывает их взаимное перемещение. Например, измерительный механизм индикатора часового типа (рис. 9.2) состоит из зубчатых колес 1 — 3 и зубчатой рейки 4.
Рис. 9.2. Конструкция измерительного механизма индикатора часового типа: 1—3 — зубчатые колеса; 4 — зубчатая рейка
Измерительное устройство — часть измерительного прибора (установки или системы), связанная с измерительным сигналом и имеющая обособленную конструкцию.
3. Регистрирующее устройство средства измерений — это совокупность элементов средства измерений, которые регистрируют значение измеряемой или связанной с ней величины. Оно часто включает в себя шкалу и указатель. В самопишущих приборах отсчетное устройство осуществляет запись в виде диаграммы, а в интегрирующем приборе чаще всего применяется счетный механизм.
Шкала — часть показывающего устройства средства измерений, представляющая собой упорядоченный ряд отметок вместе со связанной с ними нумерацией. Шкалы бывают одно- (рис. 9.3, а) и двухсторонними (рис. 9.3, б), а также безнулевыми (рис. 9.3, в). В односторонних шкалах один из пределов измерений средства измерений равен нулю, в двухсторонних нулевое значение рас положено на шкале, а в безнулевых — нулевое значение отсутствует на шкале.
Рис. 9.3. Виды шкал:
а — односторонняя; б — двухсторонняя; в — безнулевая
В соответствии с ГОСТ 8.401—80 «ГСИ. Классы точности средств измерений. Общие требования» практически равномерной называется шкала, длины делений которой отличаются друг от друга не более чем на 30 % и имеют постоянную цену делений. Существенно неравномерная шкала — это шкала с сужающимися делениями, а степенная шкала, отличная от указанных шкал, имеет расширяющиеся деления.
Указатель — часть показывающего устройства, положение которой относительно отметок шкалы определяет показания средства измерений. Указатель может быть выполнен в виде материального стержня — стрелки (см. рис. 9.2) или в виде луча света — светового указателя.
В показывающих приборах при наличии шкалы и указателя возможны отсчетные устройства двух видов, у которых указатель перемещается относительно неподвижной шкалы (индикаторы часового типа, вольтметры, амперметры и др.) или шкала перемещается относительно неподвижного указателя (микрометры, оптиметры и др.).
Цифровые отсчетные устройства бывают либо механические, либо световые. Механические отсчетные устройства используют в тех цифровых приборах, у которых измеряемая величина преобразуется в соответствующие углы поворота валов (например, отсчетные устройства у некоторых типов бензоколонок, приборов с цифровой лентой, цифровым роликом и др.).
Световые табло, состоящие, как правило, из системы индикаторных устройств на жидких кристаллах, используются в электронных цифровых средствах измерений, у которых измеряемые величины преобразуются в определенную последовательность импульсных сигналов (например, табло электронных часов, штангенциркуль с электронным цифровым отсчетным устройством и др.).
В качестве регистрирующих измерительных приборов широко применяются самопишущие, в которых предусмотрена запись показаний в форме диаграммы (самопишущий вольтметр, профилограф, барограф, термограф и др.), и печатающие, в которых предусмотрено печатание показаний в цифровой форме.
Каждое отдельное средство измерений также может быть изображено соответствующей структурной схемой. Например, на рис. 9.4, а представлена схема преобразователя давления. Мембрана 1 воспринимает измеряемую величину (давление воздуха) и через рычаг 2 перемещает движок 3 реостата, изменяя его электрическое сопротивление, которое для этого устройства является выходной величиной. В соответствии с принятой терминологией элемент 1 структурной схемы (рис. 9.4, б) является первичным преобразователем, а элементы 2 и 3 — промежуточным и передающим преобразователями.
|
|
Рис. 9.4. Схемы преобразователя давления:
а — схема устройства: 1 — мембрана; 2 — рычаг; 3 — движок реостата; б — структурная схема: 1 — первичный преобразователь; 2 — промежуточный преобразователь; 3 — передающий преобразователь; р — давление воздуха; R — электрическое сопротивление
Объединение и сочетание в различных комбинациях средств измерений, их структурных элементов и вспомогательных устройств позволяет получить широкую гамму измерительных систем, предназначенных для автоматизации процесса измерений и использования результатов измерений для автоматического управления различными процессами производства.
Зайцев С.А. Метрология, стандартизация и сертификация в машиностроении с.203-209