Тема: Основні властивості засобів вимірювання. Класифікація електровимірювальних приладів.

План.

1. Поняття та види засобів вимірювання.

2. Вимірювальні перетворювачі.

3. Класифікація засобів вимірювання.

Запитання до теми №2

1. Дати визначення поняттю «засоби вимірювальної техніки».

2. Дати визначення поняттю «еталон».

3. Призначення вимірювального перетворювача.

4. Основні складові ЗВ.

5. Класифікація ЗВ.

Література до теми №2

1. Шаповаленко О.Г., Бондарев В.М., Основи електричних вимірювань: Підручник. – К.: Либідь, 2002. – 320с.

2. Хромой Б.П., Моисеев Ю.Г., Электрорадиоизмерения: Учебник для техникумов. – М.: Радио и связь, 1985. – 288с.

3. Кушнир Ф.В. Электроизмерения: Учебное пособие для вузов. – Л.: Энергоатомиздат, Ленинград. Отделение, 1983. – 320с.

4. Электрические измерения (с лабораторными работами) : учебник для техникумов/ Р.М. Демидова-Панферова, В.Н. Малиновский, В.С. Попов и др.: под редакцией Малиновского В.Н. –М.: Энергоатомиздат, 1983. – 392с.

Вимірювання здійснюють із застосуванням призначених для цього спеціальних технічних засобів - засобів вимірювальної техніки (ЗВТ). Ці засоби взаємодіють з об'єктом, внаслідок чого на їх входах отримують сигнали, які містять інформацію про вимірювану величину. Згідно із ДСТУ 2681-94 до ЗВТ (див. рис. 3.1) належать засоби вимірювань (ЗВ) та вимірювальні пристрої (ВП).

Засобами вимірювань називають технічні засоби, що вико­ристовуються при вимірюваннях і мають нормовані метро­логічні властивості.

Особливістю засобів вимірювань є те, що з їх допомогою безпосередньо одержують результат вимірювання. До ЗВ належать вимірювальні прилади, вимірювальні канали, вимірювальні системи та вимірювальні устави.

Вимірювальні пристрої (міри, вимірювальні перетворювачі, компаратори та обчислювальні компоненти) виконують лише одну з вимірювальних операцій і самостійно не забезпечують одержання результату вимірювання, а лише в сукупності з іншими пристроями чи засобами вимірювань.

Приклад 3.1. Засобами вимірювань є: вимірювальні прилади: термометр, вольтметр, штангенциркуль тощо; система вимірювання температурного поля; канал вимірювання І напруги в системі контролю експлуатаційних параметрів генератора енергоблока електричної станції; установка для дослідження магнітних властивостей матеріалів тощо.

Приклад 3.2. Вимірювальними пристроями є: міра маси, багатозначні міри (магазини) електричного опору, ємності; компаратор напруги, терези (компаратор маси), магнітний компаратор електричного струму; вимірювальний перетворювач температури; в ЕРС (термоелектричний перетворювач), перетворювач механічної деформації в зміну електричного опору (тензорезистивний перетворювач), вимірювальний подільник, підсилювач, трансформатор (масштабні перетворювачі); обчислювач витратоміра, ;обчислювач статистичних параметрів випадкового процесу, обчислювач характеристик температурного поля котлоагрегату ТЕС, обчислювач коефіцієнтів аналітичної залежності функції перетворення вимірювального перетворювача.

Мірою називають засіб вимірювань, призначений для відтво­рення фізичної величини заданого розміру. Розрізняють одно­значні, багатозначні міри і набори мір.

Однозначна міра відтворює фізичну величину одного роз­міру, наприклад вимірювальна котушка опору. Багатозначна міра відтворює ряд однойменних розмірів різного розміру, на­приклад конденсатор змінної ємності.

Набір мір являє собою спеціально підібраний комплект мір, застосовуваних не тільки окремо, але й у різних сполученнях із метою відтворення ряду однойменних розмірів різної величини, наприклад магазин індуктивності.

Вимірювальний перетворювач — засіб вимірювань, призначений для вироблення сигналу вимірювальної інформації у формі, зручній для передачі, подальшого перетворення, обробки або збереження, але не доступній для безпосереднього сприйняття спостерігачем. В області електричних вимірювань найбільше поширення одержали масштабні перетворювачі, тобто такі, у яких значення вихідної величини в задане число раз відрізняється від значення вхідної. До них відносяться вимірювальні трансформатори, дільники напруги, шунти, додаткові резистори, вимірювальні підсилювачі. Ці перетворювачі дозволяють розширити межі вимірювання приладів, створити багатограничні засоби вимірювань, підвищити безпеку вимірювальних робіт.

Вимірювальний прилад - засіб вимірювання, призначений для вироблення сигналу вимірювальної інформації у формі, доступній для безпосереднього сприйняття спостерігачем.

Сполучення вимірювального приладу і вимірювальних перетворювачів, що мають самостійне застосування, часто називають вимірювальним пристроєм.

Вимірювальна установка - сукупність функціонально об’єднаних засобів вимірювань (мір, вимірювальних перетворювачів, вимірювальних приладів) і допоміжних пристроїв, призначена для вироблення сигналу вимірювальної інформації у формі, зручній для безпосереднього сприйняття спостерігачем, і розміщена в одному місці, наприклад установка для перевірки вимірювальних трансформаторів струму, установка для випробування магнітних матеріалів та ін.

Вимірювальна інформаційна система - сукупність засобів вимірювань (мір, вимірювальних перетворювачів, вимірювальних приладів) і допоміжних пристроїв, з’єднаних між собою каналами зв’язку, призначена для вироблення сигналу вимірювальної інформації у формі, зручній для автоматичної обробки, передачі і використання в автоматичних системах управління.

Вимірювальні комплекси служать для одержання й обробки вимірювальної інформації від складного об’єкта, необхідної для управління об’єктом. Вони дозволяють не тільки здійснити звичайні контрольно-вимірювальні функції, але і вирішувати принципово нові завдання, пов’язані з діагностикою і прогнозуванням стана об’єкта досліджень, статистичною обробкою результатів експериментів. З цією метою сучасні засоби вимірювань усе ширше використовують у своїй структурі елементи обчислювальної техніки.

Залежно від метрологічного призначення всі засоби вимі­рювань діляться на еталонні, зразкові і робочі.

Еталонні - засоби вимірювань (комплекс засобів вимірів), що забезпечують відтворення і збереження одиниць фізичних величин із метою передачі їх розміру зразковим і робочим за­собам вимірювань.

Зразкові засоби вимірювань призначені для передачі величини одиниць від еталонів до робочих засобів вимірювань, наприклад зразкова міра електричного опору, зразковий прилад для вимірювання температури та ін. До зразкових засобів вимірювань відносяться зразкова речовина і стандартний зразок.

Зразкова речовина - зразкова міра у вигляді речовини з визначеними властивостями, що відтворюються при дотри­манні умов виготовлення, затверджених у специфікації на цю міру, наприклад чисті гази (водень, кисень), чисті метали (срібло, платина й ін.); неметали, з’єднання.

Стандартний зразок - міра для відтворення одиниць розмірів, що характеризують властивості або склад речовин і матеріалів, наприклад стандартний зразок властивостей легованої сталі, феромагнітного матеріалу визначеної марки.

Робочі засоби вимірювань призначені для вимірювань, не зв’язаних із передачею величини одиниць фізичних величин. У цій групі виділяють більш точні засоби вимірювань - лабо­раторні і менш точні - технічні.

Технічні засоби вимірювань служать для безпосередніх практичних вимірювань.

Залежно від призначення, будови, принципу дії, засоби вимірювальної техніки мають різні характеристики, які визначаються точністю, правильністю, чутливістю, відтво­ренням, збіжністю, швидкодією та надійністю роботи.

Результати вимірюваної величини визначаються за шка­лою приладу, діапазон показів якого обмежений початко­вим і кінцевим значенням.

Діапазон вимірювань  інтервал вимірюваної вели­чини, у межах якого пронормовані похибки засобу вимі­рювання.

Досить часто діапазон вимірювань подається не в одиницях вимірюваної величини, а у вигляді нормованого си гналу для відповідних оцифрованих значень шкали засобу вимірювання і називається градуювальною характеристикою. Вона встановлюється як залежність між значеннями вимірюваної величини на вході та виході засобу вимірювань, отриманими під час градуювання та поданими у вигляді таблиці, графіка або формули. Наприклад, градуювальна характеристика автоматичного потенціометра, моста, логометра та інших прикладів подана таблично як залежність показань температури на шкалі приладу від вхідного сигналу, мілівольтах.

Точністю засобу вимірювання називається характеристика засобу вимірювань, яка визначається за близькістю його показів до істинного значення вимірюваної величини або ж близькістю до нуля всіх його похибок (випадкових, систематичних методичних та інших).

Правильністю засобу вимірювань називається харак­теристика, яка показує близькість до нуля його система­тичних похибок.

Важливою характеристикою засобу вимірювання є його чутливість, що розраховується з відношення зміни ви­хідної величини засобу вимірювання до зміни вхідної ве­личини, яка спричинила цю зміну:

;

де l і   зміни відповідно лінійної чи кутової вихідної величин засобу вимірювання у мм, поділках, градусах повороту;

A  зміна вхідної вимірюваної величини у відповідних одиницях.

Поріг чутливості  найменше значення вимірюваної величини, яке може бути виявлене засобом вимірювання, тобто на виході засобу вимірювання відбудеться зміна вихідної величини хоча б на 0,5 поділки.

Поряд з приведеними характеристиками важливе значен­ня мають характеристики якості засобів вимірювань, які вка­зують на близькість результатів вимірювань, виконаних як в однакових, так і в різних умовах експерименту.

Збіжність засобу вимірювань  характеристика якості, яка відображає близькість результатів вимірювань однієї і тієї самої величини у однакових умовах.

Відтворюваність засобу вимірювань  характерис тика якості, яка відображає близькість результатів вимі­рювань однієї і тієї самої величини, виконаних у різних умовах, різних місцях, різними методами і засобами вимі­рювань.

Стабільність засобу вимірювань - характеристика якості засобу вимірювань, яка вказує на незмінність у часі його метрологічних властивостей.

Швидкодія засобу вимірювань характеризується часом реагування засобу вимірювання на зміну вхідної вимірюваної величини. Для автоматичних приладів швидкодія - час переміщення каретки з одного кінця в другий кінець шкали приладу.

Надійність засобу вимірювання характеризується збереженням безвідмовної роботи протягом заданого достатнього часу. Надійність характеризується такими показниками: часом безвідмовної роботи, терміном роботи, нарубкою на відмову та ін. Інколи надійність роботи засобу вимірювання характеризують за його працездатністю або можливістю виконувати свої функції відповідно до технічних вимог.

Слід зауважити, що на характеристики засобів вимірювальної техніки негативно впливають зовнішні умови (температура, тиск, вологість, вібрація, магнітні поля та ін.), тому умови експлуатації засобів вимірювальної техніки повинні відповідати умовам їх градуювання, вказаним у технічних паспортах.

Кожний вид засобів вимірювань може бути класифікований за низкою ознак. Для прикладу розглянемо класифікацію вим­ірювальних приладів за такими ознаками:

• за видом вихідного розміру: аналогові - вихідна вели­чина яких (лінійне або кутове переміщення рухомої ча­стини вимірювального механізму, тобто відлік ведеть­ся за шкалою) є безперервною за часом функцією зміни вимірюваної величини; цифрові - вихідна величина яких - цифровий код - є дискретна функція вимірю­ваної величини;

• за елементною базою - електромеханічні; електронні;

• за формою представлення інформації - показуючі, що допускають тільки відлік показань; реєструючі, у яких пе­редбачена реєстрація показань. Крім того, показання мо­жуть бути записані на діаграмі (самописні прилади) або друкуватися в процесі вимірювання в цифровій формі (друкуючі прилади ).

за методом вимірювального перетворення - прямої дії, у яких передбачено одне або декілька перетворень сигналу вимірюваної інформації в одному напрямку (без зворот­ного зв’язку); прилади порівняння, призначені для безпо середнього порівняння вимірюваної величини із величи­ною, значення якої відомо;

• за вимірюваною величиною - засоби вимірювань темпера­тури, тиску, витрати речовин, електричних величин та ін;

• за призначенням - термометри, амперметри, вольтметри, частотоміри, омметри;

• за принципом дії засобу вимірювання, тобто фізичним законом або явищем, використовуваним для одержання результату вимірювання. Цей принцип часто відбиваєть­ся в найменуванні засобу вимірювання, наприклад термо­метр рідинний, або манометр пружинний, або ватметр електродинамічний.

Є й інші класифікаційні ознаки, наприклад габарити при­ладів, відношення до вібрацій та ін.

Важливою характеристикою засобів вимірювання є повірка - визначення погрішностей засобів вимірювань і встановлення їх придатності до застосування.

Продовження лек 3