2.3. Основні види засобів вимірювання

Основними видами засобів вимірювання є еталони, міри, вимірювальні

перетворювачі, вимірювальні прилади, вимірювальні установки та вимірювальні системи (інформаційно-вимірювальні системи ІВС).

1. Еталони – це ЗВ, за допомогою яких ведеться відтворення та зберігання одиниць фізичних величин, з метою передачі їхніх розмірів зразковим мірам.

2. Міра – це ЗВ, який призначений для відтворення фізичної величини заданого розміру (н., ваги – міра маси 0,5 кг). Використовується для повірки ЗВ, що розташовані на технологічних лініях виробництв, а також при реалізації диференціального методу вимірювань.

3. Вимірювальні перетворювачі – це ЗВ, що призначені для формування сигналу вимірювальної інформації про значення вимірюваної величини у формі зручній для передачі, подальшого перетворення, обробки та збереження, хоч безпосередньо він не сприймається спостерігачем.

Необхідно відрізняти вимірювальні перетворювачі від перетворюючих елементів складних вимірювальних приладів. Перші (вимірювальні перетворювачі) – це ЗВ із нормованими метрологічними характеристиками, а другі – не мають самостійного метрологічного значення і без того приладу, у який вони входять, не використовуються.

Вимірювальні перетворювачі розділяють на чотири групи:

А) Первинні вимірювальні перетворювачі (ПВП) - це технічні засоби, що побудовані з використанням певного фізичного принципу й виконуючі тільки одне вимірювальне перетворення, як правило, перетворення фізичної величини в електричні величини. ПВП - ще називають сенсорами або датчиками (чутливими елементами). Вони безпосередньо знаходяться під дією вимірюваної величини, і формують сигнал вимірювальної інформації (здебільшого - аналоговий або частотний). ПВП зображуються на схемах автоматизації як ХЕ, де замість символу Х ставляться символи: L(рівень), Q(концентрація) і т.д., наприклад, FЕ (первинний вимірювальний перетворювач витрати).

Робота ПВП протікає в складних умовах, так як на об’єкт вимірювання, як правило, являє собою складний, багатогранний процес, що характеризується великою кількістю параметрів (тиск, температура, вологість, в'язкість і т. п. ), кожний з яких діє на ПВП разом з іншими. ПВП проектують для вимірювання тільки одного конкретного параметру, який називається вимірюваною величиною, він виконує тільки одне вимірювальне перетворення, а усі інші параметри процесу, для даного ПВП, називаються факторами збурення.

У кожного ПВП є характеристика перетворення або функція перетворення – це залежність між вимірюваною величиною, яка краще всього сприймається ПВП на фоні факторів збурення, та його вихідним сигналом. Характеристика перетворення описується аналітичним виразом або графіком.

Б) Передавальні вимірювальні перетворювачі (ПП) – це комплекс технічних засобів, які зв’язані між собою лінією зв’язку і які забезпечують передачу вимірювальної інформації від місця її отримання до вторинного вимірювального засобу, що встановлений на деякій відстані. Такий комплекс ще називають системою дистанційної передачі (СДП). Передавальний перетворювач зображуються на схемах автоматизації як ХТ, наприклад, FТ (передавальний перетворювач витрати).

Система дистанційної передачі, як правило, складається із трьох основних елементів: 1) передавального перетворювача, який знаходиться у взаємодії є первинним вимірювальним перетворювачем; 2) лінії зв’язку по якій передається вимірювальна інформація; 3) вторинного вимірювального приладу, який призначений для відображення інформації у формі, зручній для сприйняття та для подальшого використання в системах контролю та керування.

У багатьох випадках передавальний перетворювач може може одночасно виконувати функцію і первинного вимірювального перетворювача.

Вимірювання , перетворення, передача та відтворення інформації проходить за схемою:

ОБ'ЄКТ ПП ЛІНІЯ ЗВЯЗКУ ВТОРИННИЙ МП КОНТОЛЕР

(сенсор) ( до 1000 м) ПРИЛАД ЕОМ

Системи дистанційної передачі у свою чергу розподіляються на дві великі групи:

А) - з уніфікованими сигналами, тобто, сигналами приведеними до виду і рівня, що відповідають вимогам стандарту ДСП;

Б) - з не уніфікованими (природними) сигналами, які додатково не змінюються, з метою приведення до стандартного вигляду, і передаються у вигляді, виробленому сенсором.

Тип передавального перетворювача вибирається в залежності від сигналу, який виробляє ПВП, та сигналу, який необхідно передавати по лінії зв’язку (струм, напруга, стиснене повітря).

В) Нормувальні перетворювачі – призначені для перетворення вихідних сигналів ПВП в уніфікований сигнал, як правило, по струму постійного в межах: 0 – 5 мА, 0 – 20 мА та 4 – 20 мА або по напрузі постійного струму 0 – 10 В.

Ланцюг: ПВП Нормувальний перетворювач МП контролер найбільш поширений в сучасних розподілених мікропроцесорних АСУ ТП та ІВС, оскільки мікропроцесорні системи працюють тільки з уніфікованими сигналами.

Г) Міжгілкові перетворювачі – це перетворювачі, що забезпечують зв'язок між гілками ДСП (пнемоелектричні, електропневматичні), а також перетворювачі, які призначені для приведення природних неуніфікованих сигналів до уніфікованого виду.

3. Вимірювальні прилади – це ЗВ, які призначені для формування вимірювальної інформації і формі доступній для безпосереднього сприйняття спостерігачем. За формою видачі інформації прилади поділяють на аналогові (покази є непереривною функцією вимірюваної величини), та цифрові, покази яких є дискретні, а інформація надається в цифровій формі.

Прилади розрізняють по функціями: показуючі, самописні, сигнальні, регулювальні, з лічильниками, з нормувальними перетворювачами, а також з іншими функціями.

Однією з основних частин вимірювальних приладів є шкала. Необхідно розрізняти такі терміни:

- початок шкали – це мітка, яка відповідає найменшому значенню вимірюваної приладом величини (нижня межа вимірювань приладу);

- кінець шкали – відповідно мітка найбільшого значення вимірюваної величини (верхня межа, границя вимірювань);

- нуль шкали – мітка, яка відповідає нульовому значенню вимірюваної величини;

- однобічна шкала – шкала, у якої нульова мітка співпадає з початком шкали;

- двобічна шкала – шкала, у якої нульова мітка не співпадає з початком шкали (мілівольтметр зі шкалою вимірювання в діапазоні від -50 до + 50 мВ);

- без нульова шкала, яка не має нульової мітки (медичний термометр).

4. Вимірювальна установка – сукупність функціонально об’єднаних вимірювальних приладів, перетворювачів та інших допоміжних пристроїв, розміщених в одному місці і пов’язаних єдністю конструктивного виконання, і яка призначена для формування сигналів вимірювальної інформації у формі, доступній для сприйняття спостерігачем. Наприклад, установка для визначення якості хліба, виноматеріалів і інші.

5. Вимірювальна система (ІВС) – сукупність ЗВ (мір, вимірювальних перетворювачів та приладів) і допоміжних пристроїв , з’єднаних між собою каналами зв’язку, і яка призначена для формування сигналів вимірювальної інформації у формі, доступній для автоматичного опрацювання, передачі і використання в АСУ ТП.