2.2 Конструктивні елементи засобів вимірювань, їх параметри і метрологічні характеристики

Достовірність вимірів залежить від вибраних параметрів засобів вимірювань, від того, в якій мірі метрологічні характеристики засобів вимірювання відповідають вимогам вимірювань.

Фізичний принцип, покладений в основу дії засобу вимірювання даного виду, називається принципом його дії.

Показувальний пристрій засобу вимірювання – це та частина конструкції, що подає візуальний сигнал вимірювальної інформації. Показувальний пристрій складається з циферблата з шкалою та вказівника або являє собою цифрове табло.

Циферблат – елемент показувального пристрою, на якому нанесені шкала та позначення, що характеризують засіб вимірювань.

Цифрове табло – пристрій, на якому з'являються зображення цифр або символів, що виражають значення вимірюваної величини або закодовані вимірювальні сигнали.

Шкала аналогового вимірювального приладу – це частина показувального пристрою, що являє собою ряд позначок (умовних знаків у вигляді рисок, крапок, зубців тощо), які відповідають послідовному ряду значень величини разом із пов'язаною з нею послідовністю чисел.

Позначки на шкалах можуть бути нанесені рівномірно або нерівномірно, тому шкали бувають "рівномірними" або "нерівномірними". Розрізняють також шкали з пригніченим нулем, коли на них немає відмітки, що відповідає нульовому значенню вимірюваної величини (медичний термометр).

Ціна поділки аналогового вимірювального приладу – це різниця значень вимірюваної величини, що відповідає двом сусіднім позначкам шкали.

Указівник – частина чи елемент показувального пристрою, положення якого відносно позначок шкали визначає показання засобу вимірювань. Часто вказівник має вигляд стрілки, але бувають у вигляді зубця, світлової плями, повітряної бульбашки, шкали ноніуса, стовпчика рідини або газу.

Діапазон показів засобу вимірювань – це інтервал значень вимірюваної величини, який обмежений початковим та кінцевим її значенням.

Діапазон вимірювань – інтервал значень вимірюваної величини, в межах якого пронормовані похибки засобу вимірювань. Найбільше або найменше значення діапазону вимірювань називається границею вимірювань.

Точність засобу вимірювань – це характеристика якості вимірювань, яка показує, настільки близька до нуля похибка засобу вимірювань. Вважається, чим менша похибка вимірювання, тим більша його точність.

Чутливість засобу вимірювань – відношення зміни сигналу Δ, що фіксується засобом вимірювання, до фактичної зміни сигналу Δ_x.

Розрізняють абсолютну чутливість S= Δ/ Δ_x та відносну S_O=Δ//(Δ_x/X) чутливість до вимірюваної величини X.

Поріг чутливості засобу вимірювань – це значення вимірюваної величини, яке відповідає сигналу на вході, що викликає найменший вихідний сигнал, який можна виявити засобом вимірювання.

Клас точності – це узагальнена характеристика точності засобу вимірювань, яка визначається межами допустимих похибок (основною та додатковою), а також іншими властивостями, що впливають на його точність, значення яких регламентується. Вказується межа допустимої абсолютної або відносної похибки. Відносна похибка виражається в процентах. Клас точності зручно використовувати для порівняння якості засобів вимірювань.

Номінальне значення міри – це значення величини, що вказане на мірі або їй приписується.

Дійсне значення міри – це дійсне значення величини, що відтворюється мірою.

Градуювання засобів вимірювань – це процес, що полягає в нанесенні позначок на шкалу, які відповідають показанням зразкового засобу вимірювань, або в уточненні позначок на шкалі робочого засобу вимірювань за показаннями зразкового засобу вимірювань. Під час градуювання також може бути експериментально визначена градуювальна характеристика засобу вимірювань, що являє собою залежність між значеннями вимірюваної величини на виході та вході засобу вимірювань. Градуювальна характеристика може бути виражена у вигляді формули, графіка або таблиці.

Лекція №3.

засоби вимірювальної техніки

3.1. Вимірювальні пристрої, засоби вимірювань та вимоги до них.

3.2. Повірка засобів вимірювання.

3.3. Метрологічна атестація та державні випробування засобів вимірювання.

Література: [1], С.44-48; [2], С.174-177, 224-226.

3.1. Вимірювальні пристрої, засоби вимірювань та вимоги до них

Отримання необхідної інформації в галузі метрології пов’язане з вимірюванням фізичних величин за допомогою засобів вимірювальної техніки.

Засіб вимірювальної техніки являє собою технічний засіб, який застосовується під час вимірювань і має нормовані метрологічні характеристики.

До засобів вимірювальної техніки належать вимірювальні пристрої та засоби вимірювань.

Вимірювальний пристрій – засіб вимірювальної техніки, в якому виконується лише одна зі складових частин процедури вимірювань (вимірювальна операція).

Міра, компаратор, вимірювальний перетворювач, масштабний перетворювач та обчислювальний компонент – це все вимірювальні пристрої, різні за конструктивним виконанням.

Міра – це засіб вимірювань, призначений для відтворення фізичної величини заданого розміру. Прикладом можуть бути гирі, резистори, температурні лампи тощо, що є мірами відповідно маси, електричного опору, температури. Розрізняють міри однозначні та багатозначні. Під однозначною розуміють міру, що відтворює фізичну величину одного розміру, наприклад, гиря, конденсатор постійної ємності. Під багатозначною мірою розуміють міру, що відтворює ряд однойменних величин різного розміру, наприклад, лінійка з сантиметровими поділками, конденсатор змінної ємності. Міри можуть бути об'єднані в набір мір.

Набір мір – це спеціально підібраний комплект мір для використання як нарізно, так і в різних сполученнях для відтворення ряду однойменних величин різного розміру. Різновидом набору мір є магазин мір – набір, у якому міри об'єднані конструктивно в одне ціле і є пристроєм для з'єднання їх у різних сполученнях. Наприклад, магазин електричних опорів, магазин індуктивностей, ємностей. Магазин мір можна розглядати як багатозначну міру, що регулюється.

У компараторах, або приладах порівняння, вимірювана величина безпосередньо порівнюється з величиною, значення якої відоме. До таких приладів належать рівноплечі ваги.

Вимірювальний перетворювач – це засіб вимірювань, призначений для отримання вимірювальної інформації у формі, зручній для передачі, подальшого перетворення, обробки або збереження, але недоступній для безпосереднього сприйняття спостерігачем, наприклад, термопара, тензорезистор. Усі перетворювачі діляться на первинні та проміжні.

Первинний перетворювач (сенсор, датчик, детектор) взаємодіє з об'єктом вимірювання першим, а проміжний вимірювальний перетворювач знаходиться в колі вимірювання після первинного. Вимірювальний перетворювач може бути передаючим і масштабним.

Передаючий вимірювальний перетворювач призначений для передачі сигналу вимірюваної інформації.

Масштабний перетворювач змінює величину сигналу в задану кількість разів.

Обчислювальний компонент, або числовий вимірювальний перетворювач, є сукупністю засобів обчислювальної техніки та програмного забезпечення. Він призначений для виконання обчислювальних операцій під час вимірювань.

Засіб вимірювань – це засіб вимірювальної техніки, який реалізує процедуру вимірювань. Сюди відносять вимірювальні прилади, кодові засоби вимірювань, вимірювальні канали, установки та системи. Засіб вимірювання реалізує в ідеальному випадку лінійну залежність між значеннями вимірюваної величини та її відповідними розмірами.

Вимірювальний прилад – це показуючий засіб вимірювань, що призначається для отримання візуального сигналу вимірювальної інформації у формі, доступній для безпосереднього сприйняття спостерігачем, тобто у формі значення вимірюваної фізичної величини. До вимірювальних приладів можна віднести: амперметри, манометри, електричні лічильники тощо.

Засоби вимірювань залежно від типу відображаючого пристрою діляться на показуючі та реєструвальні. Показуючі вимірювальні прилади можуть бути аналоговими і цифровими.

Вимірювальний прилад, у якому візуальний сигнал подається за допомогою шкали й указівника, називається аналоговим (магнітоелектричний вольтметр, скляний ртутний термометр) .

У цифровому вимірювальному приладі візуальний сигнал автоматично відображається у вигляді цифр чи символів на цифровому табло (електронний годинник, цифровий вольтметр).

Реєструвальні прилади можуть відображати інформацію у формі діаграми (пишучі: барограф, кардіограф) або друкувати в цифровій формі (ЕОМ із пристроєм для друкування показань).

Засоби вимірювань можуть бути прямої дії, порівняльні, інтегруючі, суматори.

У приладі прямої дії передбачено одне або декілька перетворень вимірюваного сигналу тільки в одному напрямі, тобто без зворотного зв'язку, наприклад, амперметри, вольтметри, манометри тощо.

В інтегруючих приладах вимірювана величина інтегрується в часі або за іншою незалежною перемінною. До них, наприклад, можна віднести лічильники.

У суматорі показання функціонально пов'язані з сумою двох або декількох величин, що підводяться до нього по різних каналах, наприклад, ватметр для вимірювання суми потужності декількох електричних генераторів

Кодовий засіб вимірювань, або аналого-цифровий перетво­рювач, – це засіб вимірювань, призначений для перетворення вимірюваної інформації в цифровий код.

Вимірювальний канал – це сукупність засобів вимірювальної техніки, засобів зв'язку й інших технічних засобів, призначених для створення безперервного шляху проходження сигналу вимірюваної інформації про одну вимірювану фізичну величину.

Вимірювальна установка (стенд, машина) являє собою сукупність засобів вимірювань (мір, вимірювальних приладів, вимірювальних перетворювачів) та допоміжних засобів вимірювань, призначених для одержання сигналів вимірюваної інформації у формі, зручній для безпосереднього сприйняття спостерігачем, і розміщених в одному місці. Сюди належать установки для визначення характеристик міцності та деформативності будівельних конструкцій і матеріалів.

Допоміжний засіб вимірювання використовують при вимірюванні величин, які впливають на метрологічні властивості іншого засобу вимірювань при його використанні або перевірці.

Вимірювальна система – це сукупність засобів вимірювань (мір, вимірювальних приладів, вимірювальних перетворювачів) та допоміжних засобів вимірювань, сполучених між собою каналами зв'язку, призначених для створення сигналів вимірюваної інформації про декілька вимірюваних величин у формі, зручній для автоматичної обробки, передачі або використання в автоматичних системах управління. Прикладом можуть бути вимірювальні системи атомних електростанцій, радіонавігаційні системи аеропортів.