3.10. Общие характеристики измерительных приборов

Измерительный прибор представляет собой устройство, предназначенное для преобразования измерительной информации в форму, доступную для непосредственного восприятия наблюдателем.

Измерительные приборы делятся на аналоговые и цифровые.

3.10.1. Аналоговые измерительные приборы

Аналоговый измерительный прибор характеризуется тем, что информативный параметр входного сигнала (измеряемая величина) преобразуется в информативный параметр выходного сигнала (измеренное значение), при этом информативный параметр выходного сигнала в зависимости от значения измеряемой величины может принимать любые значения в пределах заданных границ.

Для обеспечения возможиости дать заключение относительно значения неизвестной входной величины (измеряемой величины) исходя из выходного сигнала измерительного прибора (измеренного значения) необходимо знать градуировочную характеристику измерительного прибора, т. е. особенности преобразования сигналов при воздействии влияющих величин. Измеряемая величина поступает с выхода измерительного преобразователя, сравнивается с сигналом согласующего устройства, усиливается, ослабляется и (или) преобразуется, а затем выдается выходным устройством в виде однозначной информации, воспринимаемой человеком или же направляемой в вычислительный блок.

Каждый измерительный прибор состоит из трех функциональных блоков: первичного измерительного преобразователя, согласующего устройства (блока сравнения) и устройства вывода измерительного сигнала. Каждый функциональный блок может рассматриваться как соединение одинаковых или различных по своим функциональным характеристикам элементов и узлов. При этом не всегда возможно однозначно разграничить отдельные функциональные блоки.

Первичные преобразователи могут быть активными или пассивными элементами измерительной системы. Активные первичные преобразователи требуют обычно дополнительных источников энергии.

Наиболее широко распространены такие первичные преобразователи, как механическкие, пневматические, гидравлические, оптические, электрические, емкостные и индуктивные.

Механические первичные преобразователи (см. рис. 3.12) используются для линейных и угловых размеров, объема, времени (путем непосредственной силовой или кинематической связи с объектом измерения); силы и давления (через деформируемые элементы); температуры (за счет теплового расширения твердых тел, жидкостей и газов).

Пневматические и гидравлические первичные преобразователи используются (рис. 3.13) для длин, скоростей (объема), частоты вращения, сил (через связь давления, расхода и сечения сопла) и температуры (через изменение давления).

Оптические первичные преобразователи используются (рис. 3.13) для длин и углов (непосредственное измерение, через интерференцию света); концентрации растворов (через поляризацию света и преломление лучей); механических напряжений (через поляризацию света).

Электрические первичные преобразователи подразделяются на:

1. Пассивные электрические преобразователи (рис. 3.14), которые могут быть: пьезоэлектрическими - для длин, сил и давления (используется пьезоэлектрический эффект); электродинамическими для колебаний – для частоты вращения, скорости (используется пропорциональность индуцируемого в катушке напряжения переменному магнитному потоку, вызванному перемещением катушки); электрическими для температур (используется термоэлектрический эффект Зеебека); световыми для светового потока (используется светоэффект).

Длина	Угол	Длина	Угол	Объем	Время
Se e e (to)
Штриховая мера длины	Рычаг	Резьба	Зубчатые колеса	Вращающие- ся лопости	Маятник
Сила	Сила	Давление	Давление	Температура	Температура
S Te Sa a pe pe
Плоская пружина	Деформируемое тело	Трубчатая пружина	Кольцевой дифманометр	Дилатометрический стержень	Биметаллическая пластина

Рис. 3.12. Механические первичные измерительные преобразователи [46]

Д лина	Скорость (объем)	Частота вращения	Сила (длина)	Сила (длина)	Температура
Сопло-заслонка	Сопло Вентури	Насос с дросселем	Пластинчатая пружина	Сильфон	Газовый манометрич. термометр
Длина	Длина	Угол (длина)	Угол (длина)	Механич. напряжение	Показатель преломлен.
Sa Se
Измерительный микроскоп	Интерференционный компаратор	Автоколлиматор	Наклонное зеркало	Поляриметр	Рефрактометр

Рис. 3.13. Пневматические, гидравлические (вверху) и