Лекция 2 средства измерения

1 Классификация средств измерения

Для измерений ФВ применяют технические устройства - средства измерения (СИ), воспроизводящие и(или) хранящие единицу ФВ, размер которой принимается неизменным (в пределах установленной погрешности) в тече­ние известного интервала времени.

По ряду критериев разли­чают следующие средства измерений.

По назначению — метрологические и рабочие.

Метрологические средства измерений предназначены для воспроизведения единицы ФВ и(или) ее хранения или передачи размера единицы рабочим средствам из­мерений. С их помощью обеспечивается единство измерений в стране. К ним относятся эталоны, образцовые средства из­мерений, поверочные установки, средства сравнения (компа­раторы и др.), стандартные образцы.

Рабочие средства измерений предназначены для измере­ний, которые не связаны с передачей размера единицы ФВ другим средствам измерений. Они позволяют из­мерять реальные ФВ.

К ним относятся средства измерений, применяемые при контроле различных парамет­ров технологических процессов , продукции и в научных исследованиях (термометры, манометры, рН-метры, газоанализаторы и т.д.).

По конструктивному исполнению СИ делятся:

Мера как СИ предназначена для воспро­изведения и(или) хранения ФВ одного или нескольких заданных размеров, значения которых вы­ражены в установленных единицах и известны с необходи­мой точностью. Размер ФВ - количественное содержание в данном объекте свойства, соответствующего понятию «ФВ». Нормальный элемент Вестона — мера эдс с номинальным значением 1В; 6,02·10²³ — мера количе­ства любых частиц (атомов, ионов, молекул), равная одному молю.

Мера выступает в качестве носителя единицы ФВ и служит основой для измерений. При сравнении с ней размера измеряемой величины получают ее значение в этих же единицах.

Меры подразделяют на однозначные, многозначные, на­боры мер, магазины мер, установочные.

Мера, воспроизво­дящая ФВ одного размера, - однозначная мера (гиря определенной массы, конденсатор постоянной ем­кости, нормальный элемент Вестона, калибр).

Мера, воспро­изводящая ФВ разных размеров, - много­значная мера (конденсатор переменной емкости, кюветы для спектрофотометрических измерений с вкладышами). Ком­плект мер разного размера одной и той же физической ве­личины, необходимый для применения на практике как в отдельности, так и в различных сочетаниях, есть набор мер (набор разновесов, калибров и т.д.). Наборы мер обычно ус­танавливаются нормативно-техническими документами. На­бор мер, конструктивно объединенных в единое устройство, в котором имеются приспособления для их соединения в раз­личных комбинациях, называется магазином мер (магазин электрических сопротивлений, емкостей или индуктивностей). Мера, предназначенная для приведения показания средства измерения в соответствие с ее известным значением или для контроля неизменности чувствительности средства измерений и приведения его показаний (выходных сигналов) к показа­ниям, соответствующим чувствительности средства измере­ний при первичной градуировке, называется установочной мерой. Пример: контрольный радионуклидный источник, при­меняемый для контроля стабильности чувствительности ра­диометрических и дозиметрических приборов.

В реальной жизни мы не можем непосредственно измерить многие ФВ для получения измерительной информации приходится использовать СИ, построенное на определенном физическом принципе действия. Рассмотрим в качестве примера измерение температуры.

Температура - ФВ, характеризующая тепловое состояние тел. С молекулярно-кинетической точки зрения температура - ФВ, характеризующая интенсивность хаотического, теплового движения всей совокупности частиц системы и пропорциональная средней кинетической энергии поступательного движения одной частицы. Измерение температуры основано на зависимости какой-либо ФВ (например, объема) от температуры. Эта зависимость и используется в температурной шкале СИ, служащего для измерения температуры ‒термометра. Действие такого термометра основано на тепловом расширении вещества. При нагревании столбик используемого в термометре вещества (например, ртути или спирта) увеличивается, при охлаждении ‒ уменьшается.

Таким образом, для измерения температуры используется измерительное преобразование размера одной ФВ, которую называют входной величиной Х в размер другой ФВ, называемую выходной величиной Y (рис.1).

Рис. 1. Схема преобразования входной величины Х в выходную величину Y

СИ, которые выполняют измерительные преобразования, делятся на измерительный преобразователь (ИПр) и измерительные приборы (ИП).

ИПр – СИ, которые служат для преобразования сигнала измерительной информации в форму, удобную для обработки или хранения, а также передачи на показывающее устройство, но сигнал ИПр не поддается непосредственному восприятию наблюдателем.

ИПр подразделяются на первичные, непосредственно воспринимающие измеряемую ФВ (чувствительный элемент), и передающие, преобразующие измеряемую величину в форму, удобную для передачи на расстояние и хранения

ИП – СИ, которые позволяют получать измерительную информацию в форме, удобной для восприятия пользователем.

Принципиально ИП состоит из ИПр, каналов связи и устройства отображения измерительной информации в виде шкалы со стрелкой или другим приспособле­нием, диаграмму с пером или табло, с помо­щью которых можно производить отсчет или регистрацию значений физической величины. В случае сопряжения прибо­ра с компьютером отсчет может сниматься с дисплея или распечатки.

В практике для ИП, установленных на щитах контроля и управления, применяется термин вторичный прибор, т.е. устройство, воспринимающее сигнал от первичного преобразователя или передающего ИПр и выражающее его в воспринимаемом виде с помощью отсчетного устройства.

ИП, на которых значение измеряемой величины определяют положением стрелки, перемещающейся по шкале с делениями, называют аналоговыми. ИП с цифровым дисплеем (табло), на котором отображается измеренное значение величины в виде числа, называют цифровыми или дискретными.