Тема 2. Вибір приладів за метрологічними та

ЯКІСНИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

2.1 Засоби вимірювань, їх види та класифікаційні ознаки

2.2 Структурні схеми вимірювальних приладів та систем

2.3 Метрологічні властивості та експлуатаційна характеристика вимірювальних приладів

2.1 Засоби вимірювань, їх види та класифікаційні ознаки

Засіб вимірювальної техніки – це технічний засіб, який застосовується під час вимірювань і має нормовані метрологічні характеристики. Засіб взаємодіє з об’єктами, внаслідок чого на його вході отримують сигнали, які містять інформацію про вимірювану величину. Згідно з ДСТУ 2681-94 до ЗВТ належать засоби вимірювань (ЗВ) та вимірювальні пристрої (ВПР).

Засобами вимірювань є засоби, що реалізують процедури вимірювань, а саме, вимірювальні та реєструвальні прилади, цифрові засоби вимірювань, вимірювальні установки, вимірювальні канали та вимірювальні системи. Особливістю засобів вимірювань є те, що з їх допомогою безпосередньо одержують результат вимірювань.

Вимірювальні пристрої – це засоби, за допомогою яких здійснюють окремі вимірювальні операції та які поділяються на міри, компаратори, вимірювальні перетворювачі та обчислювальні компоненти. Особливістю ВПР є те, що вони самостійно не забезпечують одержання результату вимірювання, а лише в сукупності з іншими пристроями та засобами вимірювань.

На рис.2.1 наведена узагальнена класифікація засобів вимірювальної техніки.

Рис.2.1 - Узагальнена класифікація засобів вимірювальної техніки

Засоби вимірювань, за допомогою яких здійснюють операції

вимірювань. Вимірювальний пристрій, що реалізує відтворення та (або) збереження фізичної величини заданого розміру із заданою точністю, є мірою, структурна схема якої наведена на рис.2.2.

Рис.2.2 – Структурна схема міри

На вхід такого пристрою надходить значення відтворюваної величини, тобто число N_Х, а на виході – відтворена із заданою точністю величина Х_Н .

Міри поділяються на еталони, зразкові та робочі.

Еталони займають значне місце серед мір, мають найвищу точність та здійснюють відтворення та зберігання одиниць фізичних величин з метою передачі їх розміру зразковим мірам.

Зразкові міри передають розмір фізичних величин робочим мірам, які призначені для визначення метрологічних характеристик засобів вимірювання.

Крім того, міри поділяються на однозначні, які відтворюють фізичну величину одного розміру, і багатозначні, які відтворюють багато значень фізичної величини у деякому діапазоні.

Вимірювальний пристрій, що реалізує порівняння однорідних фізичних величин є компаратором, структурна схема якого наведена на рис. 2.3.

Рис.2.3 – Структурна схема компаратора

Такий пристрій має два входи і один вихід. На один хід компаратора подається вимірювана величина Х, або вихідна величина вимірювального перетворювача, а на другий вхід – однорідна величина Х_N, яка відтворена мірою. Вихідним сигналам компаратора є логічний сигнал α, який може бути «1», якщо вхідні величини компаратора однакові, та логічний сигнал α буде «0», якщо сигнали різні.

Вимірювальним перетворювачем є пристрій, що реалізує вимірювальне перетворення, тобто перетворення вхідної фізичної величини на функційно з нею зв’язану вихідну величину - рис.2.4. Вихідні сигнали вимірювальних перетворювачів мають бути зручними для передавання,подальшого перетворення, обробки та зберігання інформації.

Рис.2.4 – Структурна схема вимірювального перетворювача

На вхід вимірювального перетворювача подається вхідна фізична величина Х, а на виході отримується вихідна фізична величина У.

Якщо вхідна X і вихідна У фізичні величини різнорідні, то такий вимірювальний перетворювач має назву вимірювальний перетворювач роду фізичної величини.

Приклад 2.1 Вимірювальні перетворювачі роду фізичної величини : - тензометричний резистор, у якого вхідною величиною є механічна деформація, а вихідною - зміна активного електричного опору; - термопара, вхідною величиною якої є температура, а вихідною – електрорушійна сила.

У вимірювальних перетворювачах без перетворення роду фізичної величини вхідна Х та вихідна У фізичні величини однорідні.

Якщо залежність між вхідною Х і вихідною У величинами лінійна і ці величини однорідні, то такий перетворювач має назву масштабний вимірювальний перетворювач, який змінює розмір величини в задану кількість раз без зміни роду величини.

Приклад 2.2 Масштабні вимірювальні перетворювачі: шунти для амперметрів; додаткові резистори для вольтметрів; вимірювальні трансформатори струму та напруги.

В залежності від форми сигналу вимірювальної інформації на вході і виході вимірювальні перетворювачі поділяються на:

- аналогові;

- аналого-цифрові (АЦП);

- цифро-аналогові (ЦАП);

- цифрові.

Вимірювальний пристрій, що є сукупністю засобів обчислювальної техніки і програмного забезпечення і виконує обчислювальні операції під час вимірювань, має назву обчислювальний компонент або числовий вимірювальний перетворювач.

Засоби вимірювань, за допомогою яких здійснюють процедуру

вимірювання. Вимірювальний прилад – це засіб вимірювань, в якому створюється візуальний сигнал вимірювальної інформації, а реєструвальний прилад – це такий засіб вимірювань, в якому реєструється сигнал вимірювальної інформації.

Кодовий засіб вимірювань – це засіб вимірювань, в якому створюється кодовий сигнал вимірювальної інформації.

Вимірювальна установка – це сукупність функціонально об’єднаних вимірювальних приладів і пристроїв та інших технічних засобів, призначених для досліджень властивостей зразків матеріалів та метрологічної перевірки інших засобів вимірювальної техніки. Об’єктом досліджень у такому разі є засоби вимірювальної техніки (прилади, канали систем, сенсори та міри). Конструктивно установка виконана, переважно, як одне ціле у вигляді стенда з необхідними пристроями під’єднання досліджуваних зразків, регулювання величин, відображення і документування результатів.

Вимірювальний канал – це сукупність засобів вимірювальної техніки, засобів зв’язку та інших пристроїв, призначення якої – це отримання вимірювальної інформації про одну вимірювальну фізичну величину.

Вимірювальні системи – це сукупність вимірювальних каналів, вимірювальних пристроїв, інших засобів вимірювальної техніки і зв’язку, обчислювальних та інших технічних пристроїв, а також обчислювальних програм та програм керування, які об’єднані для отримання вимірювальної інформації про стан об’єкта, що досліджується, загалом. Особливістю вимірювальних систем є те, що вони призначені для вимірювання не однієї величини, а сукупності величин, які й характеризують стан об’єкта. Ці величини можуть бути як одного виду, так і різних видів, що характеризують різні властивості об’єкта.

На рис. 2.5 наведена узагальнена схема вимірювальної системи.

В залежності від призначення вимірювальні системи розрізняють:

- інформаційно-вимірювальні системи;

- контрольно-вимірювальні системи;

- діагностично-вимірювальні системи.

Вимірювальна інформаційна система (ВІС) – це сукупність ЗВТ та засобів контролю, діагностування та інших технічних засобів, об’єднаних для створення сигналів вимірювальної інформації та інших її видів.