2.6 Средства измерений, их поверка и калибровка

Согласно РМГ 29-99 [51] средство измерений – техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. Это определение отражает две основные функции средства измерения – воспроизведение величины и ее измерение.

Напомним, что процесс измерения можно разделить на следующие элементарные измерительные операции:

• измерительное преобразование измеряемой физической величины Х в другую физическую величину Q, однородную или неоднородную с измеряемой;

• воспроизведение физической величины Q_М заданного размера N[Q], однородной с преобразованной величиной Q;

• сравнение однородных физических величин – преобразованной Q и воспроизведенной мерой Q_М =N[Q].

2.6.1 Состав средства измерения

В состав средства измерения (СИ) могут входить следующие элементарные средства измерения (устройства, выполняющие элементарные операции измерения):

Измерительный преобразователь – техническое устройство, построенное на каком-либо определенном физическом принципе и выполняющее одно частное измерительное преобразование, т.е. операцию преобразования входного сигнала Х в выходной Х₁, информативный параметр которого связан с заданной степенью точности с информативным параметром входного сигнала и может быть измерен с достаточной степенью точности.

Мера – элементарное средство измерения, предназначенное для воспроизведения и/или хранения физической величины одного (однозначная мера) или нескольких (многозначная мера) размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.

Компараторы (устройства сравнения) – это элементарное средство измерений, дающее возможность выполнять сравнение мер однородных величин или же показаний измерительных приборов.

Обобщенная структурная схема средства измерений представлена на рисунке 2.4 [52].

Входной сигнал Х преобразуется измерительным преобразователем в пропорциональный ему (функционально связанный) сигнал Х₁, который поступает на один из входов устройства сравнения. Отметим, что существует большой класс средств измерения, в которых отсутствует измерительный преобразователь, в этом случае входной сигнал подается непосредственно на один из входов компаратора.

Сигнал, поступивший с измерительного преобразователя, сравнивается с сигналом X_M, поступившим от многозначной меры на другой вход компаратора. Отметим, что роль меры могут выполнять самые разные устройства – гири в случае весов, проградуированные шкалы в случае линейки, термометра, электроприборов. Удобны именно многозначные меры, т.к. они позволяют вводить количество мер n. Например, в случае линейки, мера Q - это единица градуировки шкалы, т.е. одно деление, но линейка как многозначная мера позволяет нам определить сколько единичных мер необходимо нам для сравнения N(Q) (в данном случае количество мер-делений умноженное на величину меры N(Q)=n^.Q). Однако, во многих случаях возможно нелинейная связь между уровнем сигнала от меры и самой мерой.

Компаратор производит сравнение двух сигналов. Обратим внимание, что во многих «простых» измерениях роль компаратора выполняет человек-оператор. Процесс сравнения прекращается при достижении равенства между сигналами X₁ и X_M с точностью до единицы или, другими словами, до кванта меры [Q].

Выходным сигналом средства измерения может служить один из трех сигналов Y₁, Y₂ и Y₃.

Если выходной сигнал предназначен для непосредственного восприятия человека, то его роль выполняет сигнал Y₂=N (самое удобное и распространенное выражение - в десятичном коде).

Если сигнал поступает далее в другие СИ, то могут использоваться все три типа выходных сигналов Y₁, Y₂ и Y₃. В этом случае, как правило, сигнал Y₂ используется в цифровом виде (двоичный код).

Сигнал Y₃ является аналоговым эквивалентом сигнала Y₂. Этот тип сигнала применяется, если СИ предназначено для воспроизведения физической величины заданного размера и состоит только из одного элементарного средства измерения – многозначной меры.

Сигнал Y₁ представляет собой измерительное преобразование входного сигнала Х, СИ в этом случае используется только как измерительный преобразователь.

Таким образом, возможны три типа СИ – первый, состоящий из всех элементарных средств измерения, второй – только из измерительного преобразователя и третий – содержащий только меру.