2.7.2. Структура средств измерений
Каждое средство измерений представляет собой некоторое техническое устройство определенной структуры. Степень сложности средства измерений определяется характером и количеством преобразований, необходимых для преобразования информативного параметра входного сигнала в информативный параметр выходного сигнала.
Средства измерений можно изобразить графически их схемами – структурными, функциональными и принципиальными.
Структурной схемой средства измерений называется схема, отображающая ее основные структурные элементы, их назначения и взаимосвязи. Степень дифференциации структурной схемы на структурные элементы определяется назначением схемы.
Схема, которая наряду со структурой средства измерения разъясняет функционирование отдельных элементов, определенные процессы в них, называют функциональной.
Схема, отображающая полный состав элементов средства измерения, их взаимосвязи и дающая представление о принципе действия средства измерения, называется принципиальной схемой средства измерения.
Способ соединения элементов определяет метод измерительного преобразования. Различают методы прямого, уравновешивающего (компенсационного) и комбинированного преобразований.
Прямое преобразование характерно тем, что передача измерительной информации осуществляется только в одном направлении – от входа к выходу без обратной связи между ними (рис. 2.3, а).
Уравновешивающее преобразование заключается в том, что входная величина уравновешивается другой одноименной величиной (рис. 2.3, б).
Комбинированное преобразование осуществляется при охвате отрицательной обратной связью только части цепи прямого преобразования (рис. 2.3,в).
x1,…….xn – информативные параметры сигналов
Рис. 2.3. Структурные схемы средств измерений
Следует отметить, что в случае прямого преобразования происходит суммирование погрешностей, вносимых отдельными элементами, и это затрудняет построение средств измерений прямого преобразования с высокой точностью. У средств измерения с компенсационным преобразованием в момент компенсации ∆ x = 0 (или близко к этому) сигнал на выходе средства измерения пропорционален входному сигналу, то есть не зависит от преобразования информативного сигнала в цепи прямого преобразования.
2.7.3. Характеристики средств измерений
Свойства средств измерений описывают характеристиками, среди которых выделяют метрологические и неметрологические.
2.7.3.1. Метрологические характеристики
Номенклатура метрологических характеристик определена ГОСТ 8.009-84 «Нормируемые метрологические характеристики средств измерений» (введен в действие 01.01.86, переиздан в октябре 2003г.).
В ГОСТ 8.009-84 выделены следующие шесть групп метрологических характеристик:
характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправки);
характеристики погрешностей средств измерений;
характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам;
динамические характеристики средств измерений;
характеристики средств измерений, отражающие их способность влиять на инструментальную составляющую погрешности измерений вследствие взаимодействия средств измерений с любым из подключенных к их входу или выходу компонентов (таких как объект измерений, средство измерений и т.п.);
неинформативные параметры выходного сигнала средства измерений.
Приведем наиболее характерные представители групп.
Первая группа.
Функция преобразования измерительного преобразователя, а также измерительного прибора с неименованной шкалой или со шкалой, отградуированной в единицах, отличных от единиц входной величины,
.
Чувствительность средства измерений (чувствительность) – свойство средства измерений, определяемое отношением изменения выходного сигнала этого средства к вызывающему его изменению измеряемой величины.
Различают абсолютную и относительную чувствительность. Абсолютную чувствительность определяют по формуле:
,
а относительную чувствительность по формуле:
.
При линейной функции преобразования абсолютная чувствительность постоянна, при нелинейной – зависит от х. У средств измерения с постоянной чувствительностью шкала равномерная, то есть длина всех делений шкалы одинакова.
Постоянная прибора – величина, обратная абсолютной чувствительности:
с = 1/ S.
Абсолютная чувствительность и постоянная прибора имеют размерность. Так, например, если S = 10 дел/ед. изм., то с = 0,1 ед. изм./дел. в этом случае.
Порог чувствительности средства измерений (порог чувствительности) – характеристика средства измерений в виде наименьшего значения изменения физической величины, начиная с которого может осуществляться ее измерение данным средством.
Диапазон показаний средства измерений (диапазон показаний) – область значений шкалы прибора, ограниченная начальными и конечными значениями шкалы.
Диапазон измерений средства измерений (диапазон измерений) – область значений величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерений.
Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу и сверху (слева и справа), называют соответственно нижним пределом измерений и верхним пределом измерений.
Деление шкалы – промежуток между двумя соседними отметками шкалы средства измерений.
Цена деления шкалы (цена деления) – разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы средства измерений.
Начальное значение шкалы – наименьшее значение измеряемой величины, которое может быть отсчитано по шкале средства измерений.
Конечное значение шкалы – наибольшее значение измеряемой величины, которое может быть отсчитано по шкале средства измерений.
Вариация показаний измерительного прибора (вариация показаний) – разность показаний прибора в одной и той же точке диапазона измерений при плавном подходе к этой точке со стороны меньших и больших значений измеряемой величины.
В высокочувствительных (особенно в электронных) измерительных приборах вариация приобретает иной смысл и может быть раскрыта как колебание его показаний около среднего значения (показание «дышит»).
И другие характеристики.
Вторая группа.
Характеристика погрешности средств измерений – значение погрешности.
И другие характеристики.
Третья группа.
Функция влияния ψ(ξ);
И другие характеристики.
Четвертая группа.
Переходная характеристика h(t);
Амплитудно-фазовая характеристика G(jω);
Амплитудно-частотная характеристика A(ω);
И другие характеристики.
Пятая группа.
Входной и выходной импендансы линейного преобразователя.
И другие характеристики.