Лекція 7 Засоби вимірювання.

1.4.1 Засоби вимірювання за допомогою яких здійснюють вимірювання.

1.4.2 Метрологічні характеристики і класи точності засобів вимірювання.

1.4.3 Структура засобів вимірювання

1.4.4 Класифікація вимірювальних приладів

1.4.1 Засоби вимірювання, за допомогою яких здійснюють операції вимірювання

Як уже зазначалося, вимірювальну процедуру в цілому можна розділити на окремі вимірювальні операції — відтворення, перетворення і порівняння фізичних величин.

Засоби вимірювання, за допомогою яких здійснюють окремі вимірювальні операції, поділяються на: міри, компаратори, вимірювальні перетворювачі.

Міра — це засіб вимірювання, призначений для відтворення фізичної величини заданого розміру із заданою точністю. Отже, міра — це засіб вимірювання, на вхід якого надходить значення відтворюваної величини, тобто число N_x, а на виході — відтворена із заданою точністю величина X_N (рис. 1.4.1.1).

М іри поділяються на: еталони, зразкові та ро­бочі.

рис. 1.4.1.1

Еталони займають чільне місце серед мір, мають найвищу точність і призначені для відтворення та зберігання одиниць фізичних величин з метою передачі їх розміру зразковим мірам. Зразкові міри передають розмір фізичних величин робочим мірам, які призначені для визначення метрологічних характеристик засобів вимірювання. Крім того, міри

поділяються на од­нозначні, якщо відтворюють фізичну величину одного розміру, і багатозначні, якщо відтворюють багато зна­чень фізичної величини у деякому діапазоні. За родом фізичної величини найбільшого поширення в практиці вимірювання знайшли такі міри:

міри електричного опору — вимірювальні котушки опору (однозначні) і магазини опорів (багатозначні);

міри індуктивності та взаємної індуктивності, що називають вимірювальними котушками індуктивності та взаємної індуктивності, випускаються з класами точності від 0,5 до 0,05;

вимірювальні конденсатори як однозначні міри ємності та магазини конденсаторів як багатозначні міри. Зокрема, вимірювальні конденсатори мають клас точності від 0,005 до 1;

норРисьні елементи, що служать однозначною мірою ЕРС і напруги. Класи точності норРисьних елементів ста­новлять від 0,0002 до 0,02;

стабілізовані джерела живлення знайшли широке за­стосування останнім часом як міри ЕРС та напруги, клас точності яких може досягати значення 0,0001;

вимірювальні генератори — це джерела змінного струму і напруги заданої форми. Частота і напруга вимі­рювальних генераторів регулюються в заданому діапазоні із заданою точністю. За формою сигналу вимірювальні ге­нератори поділяються на генератори сигналів синусоїдних, імпульсних, шумових, сигналів спеціальної форми;

калібратори напруги і струму — це стабілізовані джерела струму і напруги, на виході яких можна отрима­ти низку каліброваних, тобто заздалегідь відомих значень сигналу із заданою точністю.

Вимірювальний перетворювач — це засіб вимірюван­ня, призначений для перетворювання, зберігання і пере­дачі сигналу вимірювальної інформації у формі, яка недо­ступна для безпосереднього сприйняття спостерігачем. На вхід вимірювального перетворювача подається вхідна фізична величина X, а на виході отримуємо вихідну фізичну величину У

рис. 1.4.1.2

Якщо вхідна X і вихідна У фізичні величини різнорід­ні, то такий вимірювальний перетворювач називається вимірювальний перетворювач роду фізичної величини. Прикладом такого вимірювального перетворювача є термоперетво­рювач (термопара), вхідною ве­личиною якого є температура, а вихідною — електрорушійна сила, у вимірювальних перетворювачах без перетворення роду фізичної вели­чини вхідна X і вихідна У фізичні величини — од­норідні. Наприклад, вхідною і вихідною величиною пе­ретворювача амплітудних значень є напруга.

Якщо залежність між вхідною X і вихідною У величи­нами вимірювального перетворювача нелінійна Y=f(x) , то такі вимірювальні перетворювачі називаються функ­ціональними вимірювальними перетворювачами, якщо ж залежність лінійна У=kХ і величини X і У — од­норідні, то такі перетворювачі називаються масштабни­ми вимірювальними перетворювачами і призначені для зміни розміру величини в задане число без зміни роду величини.

Відношення розміру фізичної величини на виході масштабного перетворювача Х_вих до розміру однорідної фізичної величини на вході Х_вх називається коефіцієнтом перетворення.

Прикладами масштабних перетворювачів можуть бути шунти для амперметрів, додаткові опори для вольтметрів, вимірювальні трансформатори струму, напруги та ін. За­лежно від форми сигналу вимірювальної інформації на вході і виході вимірювальні перетворювачі є такі: анало­гові; аналого-цифрові (АЦП); цифроаналогові (ЦАП); цифрові.

Вимірювальний перетворювач, який безпосередньо взаємодіє з об'єктом вимірювання, називається первин­ним вимірювальним перетворювачем.

Первинні вимірювальні перетворювачі, які розміщу­ються безпосередньо на об'єкті дослідження і віддалені від місця обробки інформації, називаються датчиками.

Вимірювальну операцію порівняння фізичних вели­чин виконують за допомогою засобу вимірювання, який називається компаратором. Іноді для нього застосову­ють термін — нуль-індикатор. У аналогових вимірю­вальних пристроях як нуль-індикатор застосовують

гальванометри, які мають високу чутливість.

Н а один вхід компаратора по­дається вимірювана величина X, або вихідна величина вимірю­вального перетворювача, а на другий вхід — однорідна величи­на Х_N, відтворена мірою. Вихід­ний сигнал компаратора є логічним сигналом, який наби­рає двох значень: 1, якщо вхідні величини компаратора X та Х_N — однакові, і 0, якщо вони різні:

Рис. 1.4.1.3

Розглянуті засоби вимірювання здійснюють тільки окремі операції вимірювання і тому застосовуються, як правило, не окремо, а разом з іншими засобами.

Засоби вимірювання, за допомогою яких здійснюють процедуру вимірювання

Засобами вимірювання, в яких процедура вимірювання здійснюється повністю, є: вимірювальні прилади; інформаційно-вимірювальні системи (ІВС); вимірювально-обчислювальні комплекси (ВОК); вимірювальні установки.

Вимірювальним приладом називають засіб вимірюван­ня, призначений для вироблення сигналу вимірювальної інформації у формі, доступній для безпосереднього сприй­няття спостерігачем. Вимірювальні прилади поділяються на аналогові і цифрові.

Вимірювальний прилад, покази якого є неперервною функцією вимірюваної величини, називається аналого­вим. Цифрові прилади дають покази у цифровій формі.

Аналогові прилади у свою чергу поділяються на: еле­ктромеханічні; електромеханічні з перетво­рювачами; електронні.

В електромеханічних приладах вимірювана величина перетворюється у механічне переміщення стрілки. Для розширення функціональних можливостей електроме­ханічні прилади комплектуються вимірювальними пере­творювачами фізичних величин і тому дістали назву елек­тромеханічні прилади з перетворювачами.

Аналогові вимірювальні прилади, в яких для підви­щення точності, чутливості, розширення діапазону тощо застосовують електронні пристрої, називаються еле­ктронними.

Для дослідження складних об'єктів необхідно одночас­но вимірювати багато фізичних величин, виконувати складну обробку інформації і тому використовують інфор­маційні вимірювальні системи.

Інформаційна вимірювальна система — це об'єднан­ня функціонально зв'язаних вимірювальних, обчислю­вальних та інших технічних засобів для отримання вимірювальної інформації, її перетворення та обробки. Останнім часом, у зв'язку з бурхливим розвитком обчис­лювальної та мікропроцесорної техніки, знайшли широ­ке застосування вимірювально-обчислювальні комплек­си, до складу яких входять комп'ютери. Вони є автома­тизованими засобами вимірювання та обробки вимірю­вальної інформації.

Для виконання масових технологічних вимірювань за­стосовуються вимірювальні установки. Вимірю­вальною установкою називають сукупність функціональ­но та конструктивно об'єднаних засобів вимірювання та допоміжних засобів, призначених для раціональної ор­ганізації вимірювань.

Зміст