2. Основные элементы и структурные схемы

измерительных приборов

Большинство измерительных приборов построено по единой принципиальной схеме и состоит из аналогичных частей или элементов. Основными элементами приборов являются следующие.

Первичный измерительный преобразователь (воспринимающий или чувствительный элемент) обычно непосредственно соприкасается со средой, параметр которой нужно измерить. Он преобразует измеряемый параметр в какую-либо физическую величину, связанную с измеряемым параметром функциональной зависимостью. Эта преобразованная величина (выходной измерительный импульс) поступает во второй элемент - промежуточный измерительный преобразователь (измерительное устройство).

Измерительное устройство оценивает величину измерительного импульса и выражает его в числовом виде при помощи отсчетного устройства.

Отсчетное устройство позволяет выполнять отсчет, т.е. получать число, отсчитываемое непосредственно либо полученное счетом последовательных отметок или сигналов. Оно может быть показывающим, регистрирующим, суммирующим и сигнализирующим.

Масштабный измерительный преобразователь (например усилитель) вводят в схему в тех случаях, когда мощность измерительного импульса, выработанного чувствительным элементом недостаточна для приведения в действие отсчётного устройства или когда необходимо иметь определённый уровень выходного сигнала.

Таким образом, структурная схема измерительного прибора имеет вид, представленный на рис. 9.1. Звенья могут быть соединены между собой последовательно, параллельно или встречно-параллельно.

П₁

Первичный измерительный преобразователь (воспринимающий элемент)

П₂

Промежуточный измерительный преобразователь (измерительное устройство)

X_вх

У_1вых

X_{2 вх}

У_2вых

X_{3 вх}

П₃

Масштабный измерительный преобразователь (усилитель)

П₄

Отсчётное устройство

У_3вых

X_{4 вх}

У_вых

Рис. 9.1. Структурная схема измерительного прибора

2. Основные характеристики измерительных приборов (ип)

Качество измерительных приборов характеризуется рядом показателей, из которых основными являются погрешность, стабильность, чувствительность, цена деления шкалы, предел измерений и динамическая погрешность.

Погрешность ИП определяется разностью между показанием прибора и истинным значением измеряемой величины. Так как истиное значение остаётся неизвестным используют действительное значение , полученное более точным методом. Погрешность может быть выражена в единицах измеряемой величины – абсолютная:

; (9.1)

в долях (процентах) – относительная:

. (9.2)

Иногда применяют понятие приведённой погрешности:

, (9.3)

где – какое-либо значение шкалы измерительного устройства (диапазон измерений), длина шкалы и др.

ИП характеризуются классами точности в зависимости от значений пределов допускаемых погрешностей.

Под пределом допускаемой погрешности подразумевают наибольшую (без учёта знака) погрешность средства измерений, при котором оно может быть признано годным и допущено к измерению.

Стабильность или воспроизводимость прибора – это качество прибора, отражающее неизменность во времени его метрологических характеристик.

Степень нестабильности, непостоянства показаний ИП характеризуется вариацией показаний. Вариация представляет собой наибольшую возможную разность между повторными показаниями измерительного прибора, соответствующими одному и тому же истинному значению измеряемой величины при неизменных внешних условиях.

Чувствительность ИП – свойство прибора, заключающееся в способности его реагировать на изменения измеряемой величины.

Порог чувствительности ИП – изменение измеряемой величины, вызывающее наименьшее изменение показателей прибора.

Цена деления шкалы – это разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы.

Важной характеристикой любого измерительного прибора, определяющей в первую очередь пригодность его для тех целей, для которых он предназначен, является диапазон измерений – это область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности средства измерения. Наибольшее или наименьшее значение диапазона измерения называют пределом измерения.

При измерениях в динамическом режиме, то есть при переменном во времени значении измеряемой величины, возникает динамическая погрешность ИП, обусловленная инерцией подвижных деталей узлов, теплоёмкостью термочувствительных элементов и т.п. Эта погрешность проявляется в запаздывании показаний измерительных приборов. Разность между погрешностью прибора при измерении в динамическом режиме и его статической погрешностью, соответствующей значению величины в данный момент времени, называется динамической погрешностью ИП. Динамические погрешности трудно поддаются расчёту и определяются главным образом экспериментально.

Важным моментом в организации эксперимента является выбор средств измерений.

Средства измерений должны максимально соответствовать тематике, цели и задачам научно-исследовательской работы; обеспечивать высокую производительность труда экспериментальных работ с наименьшей затратой времени; обеспечивать требуемое качество экспериментальных работ, т.е. заданную степень точности при минимальном количестве измерений, высокую воспроизводимость и надёжность; в наибольшей степени исключать систематические ошибки; желательно максимально использовать средства измерений с автоматической записью; иметь высокую экономическую эффективность при минимуме затрат людских, денежных и материальных ресурсов; обеспечивать эргономические требования эксперимента; обеспечивать требования техники безопасности и пожарной профилактики.

При выборе средств необходимо максимально использовать стандартно-выпускаемую аппаратуру.