3. Средства измерений, их классификация

Измерения выполняются с помощью специальных технических средств, имеющих нормированные метрологические характеристики, воспроизводящие и хранящие единицу физической величины, размер которой принимается неизменным в пределах установленной погрешности в течение известного интервала времени. Такие технические средства являются средствами измерений. Данное определение раскрывает метрологическую сущность средства измерения, заключающуюся, во-первых, в «умении» хранить (или воспроизводить) единицу физической величины и, во-вторых, в неизменности размера хранимой единицы. К средствам измерений относятся измерительные преобразователи и приборы, измерительные установки и системы. Классификация средств измерений по их роли в процессе измерения и выполняемым функциям представлена на рис. 7.2.

Меры предназначены для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров. К мерам относятся гири, концевые меры длины, нормальные элементы (меры ЭДС) и др. Меры, воспроизводящие физическую величину одного размера, называются однозначными. Меры, воспроизводящие физическую величину разных размеров, называются многозначными. Примером многозначной меры, является миллиметровая линейка, воспроизводящая наряду с миллиметровыми также и сантиметровые размеры длины.

Применяются также меры в виде наборов и магазинов мер. Набор мер представляет собой комплект однородных мер разного размера, предназначенных для приме­нения в различных сочетаниях (например, набор конце­вых мер длины). Магазин мер — набор мер, конструк­тивно объединенных в единое устройство, в котором пре­дусмотрено ручное или автоматизированное соединение мер в необходимых комбинациях (например, магазин электрических сопротивлений).

Часто к однозначным мерам относят стандартные образцы и стандартные вещества. Указанное на мере значе­ние величины является номинальным значением меры. В специальном свидетельстве, придаваемом мере, указыва­ется действительное значение, определенное при высокоточных измерениях с помощью соответствующего эталона. Разность между номинальным и действительным зна­чениями называется погрешностью меры. Величина, обратная погрешности меры по знаку, представляет собой поправку к номинальному значению меры.

Измерительные преобразователи предназначены для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал с целью представления измеряемой величины в форме, удобной для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или, передачи. Измерительные преобразователи входят в состав измерительных приборов (установок, систем) или применяются вместе с каким-либо средством измерений. Самым распространенным по количеству видом средств измерений являются первичные измерительные преобразователи, которые служат для непосредственного (первого) восприятия измеряемой величины, как правило, неэлектрической, и преобразования ее в другую величину -электрическую. Часть первичного преобразователя, воспринимающая измерительный сигнал на его входе, называется чувствительным элементом или сенсором (например, термопара).

Первичный измерительный преобразователь, от которого поступают измерительные сигналы, конструктивно оформленный как обособленное средство измерений (отсчетного устройства), называется датчиком. В подавляющем большинстве случаев датчик предназначен для преобразования неэлектрической физической величины в электрический ток, электрическое напряжение.

Промежуточными измерительными преобразователями называются преобразователи, расположенные в изме­рительной цепи после первичного преобразователя и обыч­но по измеряемой (преобразуемой) физической величине однородные с ним. По характеру преобразования изме­рительные преобразователи разделяются на аналоговые, аналого-цифровые (АЦП), цифро-аналоговые (ПАП). Указанные преобразователи почти всегда являются проме­жуточными.

Измерительные приборы предназначены для получе­ния значений измеряемой физической величины в уста­новленном диапазоне. Измерительные приборы представ­ляют собой конструктивно объединенную совокупность первичных и промежуточных преобразователей.

Измерительные приборы прямого действия преобра­зуют измеряемую величину, как правило, без изменения ее рода и отображают ее на показывающем устройстве, проградуированном в единицах этой величины (ампер­метры, вольтметры и др.).

Более точными являются приборы сравнения, предназначенные для сравнения измеряемых величин с вели­чинами, значения которых известны (например, измерение массы с помощью эталонных гирь на равноплечных весах) или с помощью мостовых цепей. По способу отчета значений измеряемых величин приборы подразделя­ются на показывающие (в том числе на аналоговые и цифровые) и регистрирующие. Регистрирующие приборы по способу записи делятся на самопишущие и печатаю­щие. В самопишущих приборах запись показаний пред­ставляется в графическом виде, в печатающих — в числовой форме.

Измерительные установки и системы представля­ют собой совокупность функционально объединенных средств измерений, мер, измерительных приборов, изме­рительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств с целью измерений одной или нескольких физических величин объекта измерений.

В настоящее время большинство измерительных сис­тем являются автоматизированными. Несмотря на различные наименования (АИС — автоматизированная из­мерительная система, ИИС — информационно-измерительная система, ИВК — измерительно-вычислительный комплекс), все они, по существу, обеспечивают автоматизацию процессов измерений, обработки и отображения результатов измерений. Измерительные системы и комплексы широко используются для автоматизации технологических процессов в различных отраслях промышленности.

7