Общие сведения о иит

Классификация видов и методов измерений

Измерением называется нахождение значений физических величин опытным путем с помощью специальных технических средств.

Значение физической величины - это количественная характеристика свойств физического объекта или физических систем, их состояний и происходящих в них процессов

Измерение — многооперационная процедура, и для его выполнения необходимо осуществить основные измерительные операции: воспроизведение, сравнение, измерительное преобразование, масштабирование.

Измерения должны выполняться в общепринятых единицах. В настоящее время наиболее распространенной системой единиц является, уже известная вам из курса физики и ТОЭ система SI. В качестве основных в SI используются 7 единиц, через которые выражаются все остальные, которые называют производными. Основными в СИ выбраны единицы следующих физических величин: массы - килограмм (кг); длины - метр (м); времени - секунда (с); силы тока - ампер (А); термодинамической температуры - Кельвин (К); силы света - кандела (кд); количества вещества (моль).

Электрические измерения очень разнообразны и это связано с множеством измеряемых физических величин, различным характером их проявления во времени, различными требованиями к точности измерений, различными способами получения результата и т.д.

Измерения классифицируются:

- по способу нахождения числового значения ФВ, прямые, косвенные, совокупные;

- по изменяющемуся размеру ФВ во времени, статистические, динамические;

- по характеру представления результатов измерения, а абсолютные, относительные;

- по условиям, определяющим точность результатов, контрольно-поверочные, технические.

Метод измерений обусловлен устройством СИ. Различают методы непосредственной оценки и сравнения с мерой

Классификация погрешностей измерений

Процедура измерения состоит из следующих этапов: принятие модели объекта измерения, выбор метода измерения, выбор средства измерений, проведение эксперимента для получения результата. Все эти составляющие приводят к тому, что результат измерения отличается от истинного значения измеряемой величины на некоторую величину, называемую погрешностью измерения. Измерение можно считать законченным, если определена измеряемая величина и указана возможная степень ее отклонения от истинного значения.

Причины возникновения погрешностей чрезвычайно многочисленны, поэтому классификация погрешностей, как и всякая другая классификация, носит достаточно условный характер.

Следует различать погрешность средства измерений и погрешность результата измерения этим же средством измерений. Погрешности измерений зависят от метрологических характеристик используемых средств измерений, совершенства выбранного метода измерений, внешних условий, а также от свойств объекта измерения и измеряемой величины. Погрешности измерений обычно превышают погрешности используемых средств измерений однако, используя специальные методы устранения ряда погрешностей и статистическую обработку данных многократных наблюдений, можно в некоторых случаях получить погрешность измерения меньше погрешности используемых СИ.

Погрешность результата измерения – результата измерения от истинного значения измеряемой величины

- по способу числового выражения: абсолютные, относительные

- в зависимости от изменения во времени: статистические, динамические

- по характеру изменения: систематические, случайные

- в зависимости от условий возникновения: основные, дополнительные

Классификация и характеристика средств измерений

Классификация средств измерений

Средство измерений (СИ)- это техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики (параметры).

По назначению средства измерений подразделяются на меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки и измерительные системы

Мерой называют СИ, предназначенное для воспроизведения ФВ заданного размера. Различают однозначные меры, многозначные меры и наборы мер

Измерительными приборами называют СИ, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации т.е. информации о значениях измеряемой физической величины, в форме доступной для непосредственного восприятия оператором

Измерительные приборы (ИП) могут быть классифицированы по различным признакам. Например ИП подразделяют на аналоговые, показания которых являются непрерывной функцией от измеряемой величины. Цифровые ИП автоматически вырабатывают квантованные (дискретные) сигналы измерительной информации и представляют показания в цифровой форме.

ИП также подразделяются на показывающие, которые допускают только считывание оператором текущей измерительной информации и регистрирующие, которые могут сохранять хронологию показаний на каком-либо носителе (бумага, магнитный диск и т.п.).

Измерительными преобразователями называют СИ, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для передачи по каналам связи, дальнейшего преобразования, хранения и обработки, но не поддающейся непосредственному наблюдению оператором.

Измерительной установкой называют совокупность функционально объединенных СИ. Измерительная установка предназначена для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственно восприятия оператором и расположена компактно. Примерами измерительных установок могут служить различного рода испытательные стенды, широко используемые как в науке так и на производстве

Измерительные системы представляют совокупность СИ и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи.

Метрологические характеристики средств измерений

Технические характеристики СИ, оказывающие влияние на результат и погрешность его измерений называются метрологическими характеристиками.

К метрологическим характеристикам относятся погрешность, чувствительность, потребляемая мощность, быстродействие, диапазон измерения, время установления показания. От того, насколько они точно будут выдержаны при изготовлении, настолько они будут стабильны при эксплуатации, зависит точность результатов, получаемая с помощью СИ.

Чувствительность ИП – характеризует способность прибора реагировать на изменение входного сигнала

Потребляемая мощность - это мощность потребляемая СИ при включении его в измерительную цепь, в которой осуществляется измерение

Быстродействие – время потраченное на одно измерение

Диапазон измерения – область значений между верхним и нижним пределом измерения

Время установления показания - промежуток времени с момента изменения измеряемой величины до момента установления показания прибора

Измерительные преобразователи физических величин

Измерительный преобразователь (ИПр) преобразует любые ФВ( электрические, неэлектрические, магнитные) в выходной электрический сигнал У=f(х)

ИПр в зависимости от их назначения подразделяются на первичные (датчики), промежуточные (трансформатор тока), передающие (дистанционной), масштабирующие (измерительные усилители), преобразователи непрерывной величины в дискретную и т.д.

В зависимости от характера преобразования входной величины: электрическая в электрическую, неэлектрическая в электрическую, электрическая в неэлектрическую, магнитная в электрическую.

По форме преобразуемых величин: аналоговые, аналогово-цифровые и наоборот

По принципу действия: резистивные, электромагнитные, емкостные, пьезоэлектрические, тепловые и т.д.

Шунты, для измерения больших токов, преобразуют ток в напряжение

Делители напряжения- применяются для уменьшения напряжения в определенное число раз

Измерительные усилители для усиления слабых сигналов

Средства измерения электрических величин

Электромеханические приборы

Для измерения электрических величин широко применяются аналоговые электромеханические приборы

Объектом измерения являются все электрические и магнитные величины: I,U,P,R. Электромеханические измерительные приборы (ЭИП) отличаются простотой, дешевизной, высокой надежностью, разнообразием применения, относительно высокой точностью.

Любой ЭИП состоит из ряда функциональных преобразователей, каждый из которых решает свою элементарную задачу в цепи преобразований. Так, самый простейший измерительный электромеханический прибор прямого преобразования (вольтметр, амперметр) состоит из трех основных преобразователей: измерительной цепи (ИЦ), измерительного механизма (ИМ) и отсчетного устройства (ОУ).

ИЦ служит для преобразовании измерительной величины в другую непосредственно воздействующую на ИМ. ИМ преобразует электромагнитную энергию в механическую, необходимую для отклонения на угол а его подвижной части относительно неподвижной. ОУ состоит из указателя жестко связанного с подвижной частью ИМ и неподвижной шкалой. Указатели бывают стрелочные и световые

Электромеханические приборы с преобразователями

Высокая чувствительность и точность, малое собственное потребление энергии и другие положительные свойства магнитоэлектрических приборов выгодно отличают их от других электромеханических приборов. Задача использования их для измерений в цепях переменного тока решена путем преобразования переменного тока в постоянный с помощью преобразователей. В соответствии с используемым преобразователем, приборы называют выпрямительными, термоэлектрическими, электронными.

Работа магнитоэлектрических механизмов основана на взаимодействии потока постоянного магнита и тока, проходящего по катушке подвижной части (токовой рамки). Возникающий при этом вращающий момент отклоняет подвижную часть механизма относительно неподвижной. В зависимости от того, какой из указанных элементов (постоянный магнит или рамка) является подвижной частью, различают механизмы с подвижной рамкой и с подвижным магнитом.

Магнитная цепь измерительного механизма с внешним магнитом состоит из сильного постоянного магнита, полюсных наконечников с цилиндрической поверхностью, цилиндрического сердечника и магнитопровода, выполненных из магнитомягкого материала. В воздушном зазоре между сердечником и полюсными наконечниками создается сильное, практически равномерное радиальное магнитное поле.

Достоинствами магнитоэлектрического механизма по сравнению с другими являются: высокая чувствительность; малые значения мощности потребления; хорошая помехозащищенность от внешних магнитных полей, благодаря наличию мощного постоянного магнита; линейность функции преобразования.

Недостатками магнитоэлектрического механизма являются: сложность конструкции; высокая стоимость; низкая устойчивость к перегрузкам.

Благодарная отмеченным достоинствам магнитоэлектрические механизмы с внешними и внутренними магнитами являются самыми точными, характеризуемые классами точности вплоть до .

Магнитоэлектрические механизмы широко используются в амперметрах и вольтметрах постоянного тока с пределами от до [A],[В], в гальванометрах, в сочетании с различными преобразователями их также можно использовать в цепях переменного тока.

Для особо точных измерений используют магнитоэлектрические логометры.В отличие от классического магнитоэлектрического механизма здесь не нужны пружины создающие момент противодействия. Здесь момент измерительного тока уравновешивается аналогичным образом путем пропуска части измеряемого тока через аналогичную магнитоэлектрическую систему.

Достоинствами магнитоэлектрического механизма по сравнению с другими являются: высокая чувствительность; малые значения мощности потребления; хорошая помехозащищенность от внешних магнитных полей, благодаря наличию мощного постоянного магнита; линейность функции преобразования.

Недостатками магнитоэлектрического механизма являются: сложность конструкции; высокая стоимость; низкая устойчивость к перегрузкам.

Благодарная отмеченным достоинствам магнитоэлектрические механизмы с внешними и внутренними магнитами являются самыми точными, характеризуемые классами точности вплоть до .

Магнитоэлектрические механизмы широко используются в амперметрах и вольтметрах постоянного тока с пределами от до [A],[В], в гальванометрах, в сочетании с различными преобразователями их также можно использовать в цепях переменного тока.

Для особо точных измерений используют магнитоэлектрические логометры.В отличие от классического магнитоэлектрического механизма здесь не нужны пружины создающие момент противодействия. Здесь момент измерительного тока уравновешивается аналогичным образом путем пропуска части измеряемого тока через аналогичную магнитоэлектрическую систему.

Недостатками электромагнитного механизма являются: нелинейная шкала; возможность влияния внешних магнитных полей; высокая потребляемая мощность.

К достоинствам электромагнитного механизма относят: пригодность для измерения любого рода тока; устойчивость к перегрузкам; простота и конструкции и меньшая стоимость.

Наибольшее распространение измерительные приборы с электромагнитными системами получили в качестве щитовых исполнениях амперметрах и вольтметров переменного тока классами точности до 1,0.