1.4 Классификация измерительных приборов и их шкал

Измерительный прибор — средство измерения, предназна­ченное для выработки определенного вида сигнала измеритель­ной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия оператором.

Измерительные приборы ха­рактеризуются показателями:

1. диапазон измерений — область значений измеряемой вели­чины, для которой нормированы допускаемые погрешности из­мерительного прибора (средства измерения).

2. предел измерений — наибольшее или наименьшее значение диапазона измерений.

3. диапазон показаний — размеченная область шкалы, ограни­ченная ее начальным и конечным значениями, т.е. указанными на ней наименьшим X_min и наибольшим Х_тах возможными значениями измеряемой величины (он может быть шире диапазона измерений).

4. область рабочих частот (диапазон частот) — полоса час­тот, в пределах которой погрешность прибора, полученная при изменении частоты сигнала, не превышает допускаемого предела.

5. градуировочная характеристика — зависимость, определяющая соотношение между сигналами на выходе и входе средства измерений в статическом режиме.

6. чувствительность по измеряемому параметру — отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызвавшему его изменению измеряемой величины:

где х — измеряемая величина; Δх — изменение измеряемой величины; Δу — изменение сигнала на выходе.

7. разрешающая способность (абсолютная) — минимальная разность двух значений измеряемых однородных величин, которая может быть различима с помощью прибора.

8. быстродействие (скорость измерения) — максимальное число измерений в единицу времени, выполняемых с нормированной погрешностью.

9. входное сопротивление (полное) Z_BX — сопротивление измерительного прибора со стороны входных зажимов.

В электротехнике сигналом измерительной информации явля­ется электрический сигнал, функционально связанный с изме­ряемой физической величиной.

По назначению приборы делят на рабочие и образцовые.

Рабочие приборы предназначены только для измерения во всех об­ластях хозяйственной деятельности.

Образцовые приборы служат для поверки и калибровки рабочих приборов. Погрешность измерения образцовых приборов на 1—2 порядка меньше по сравнению с рабочими приборами.

Стоимость прибора напрямую связана с погрешностью измерения: если прибор имеет погрешность в 10 раз меньше, то стоит такой при­бор в 10 раз дороже. Использовать образцовые приборы для массовых измерений экономически нецелесообразно, поэтому в лабораториях учебных заведений и на производстве применяются в основном рабо­чие приборы.

Измерительные приборы классифицируют по ряду признаков:

1. по форме индикации измеряемой величины делят на показывающие и регист­рирующие, среди которых есть самопишущие и печатающие.

Показывающий измерительный прибор — устройство, пред­назначенное только для считывания показаний, например вольт­метр, амперметр.

Самопишущий измерительный прибор — регистрирующий прибор, в котором возможна запись показаний в форме диаграммы.

Печатающий измерительный прибор — регистрирующий измерительный прибор, в котором предусмотрена печать показа­ний в цифровой форме.

2. по принципу действия все измерительные приборы делятся на две группы:

• электромеханические приборы, используемые в цепях постоян­ного тока и на низких частотах;

• электронные приборы, используемые в цепях постоянного тока и во всем диапазоне частот.

3. по способу выдачи результата измерительные приборы подразде­ляются на аналоговые и цифровые.

Аналоговый измерительный прибор (со стрелочным индикатором, самопишущие) — средство измерения, показания которого являются непрерывной функцией изменения измеряемой величины.

Аналоговые приборы делятся на четыре ос­новные группы:

в первую группу входят приборы для измерения параметров и характеристик сигналов (например, осциллографы, частотомеры и пр.);

вторую группу образуют приборы для измерения параметров и характеристик активных и пассивных элементов электрических схем. Это измерители сопротивления, емкости, индуктивности, а также приборы для снятия частотных и переходных характеристик цепей;

в третью группу входят — измерительные генераторы, являющиеся источниками сигналов различной амплитуды, формы и частоты.

Четвертая группа --- элементы измерительных схем — преоб­разователи, аттенюаторы, циркуляторы, фазовращатели и т.д.

При прямых измерениях физическая величина определя­ется непосредственно по шкале или дисплею прибора: напряжение — вольтме­тра, частота — частотомера, сила тока — амперметра.

При косвенных измерениях необходимая физическая величина находится расчетным путем по результатам измерений других величин, связанных с искомой величиной определенной функциональной зависимостью. Например, измерив силу тока и напряжение, на основании формулы можно определить мощность:

Px=U*I.

• Цифровой измерительный прибор, показания, которых образуются в результате автоматического вырабатывания дискретных сигналов измерительной информации, представленной в цифровой форме.

• Перед аналоговыми приборами ЦИП имеют преимущества:

• удобство и объективность отсчета измеряемых величин;

• высокая точность результатов измерения;

• широкий динамический диапазон;

• высокое быстродействие и возможность автоматизации про­цесса измерения;

• 4. по методу преобразования измеряемой ве­личины различают приборы прямого, компенсационного (уравновешивающего) и интегрирующие измерительные приборы.

• Приборы прямого действия отображают измеряемую величину на индикаторе в единицах этой величины. Изменения рода физической величины в процессе измерения не происходит. К таким приборам от­носятся амперметры и вольтметры.

Измерительные приборы сравнения, предназначенные для непосредственного сравнения измеряемой величины с величинами, значения которых известны; например, электроизмерительный потенциометр.

• Интегрирующие измерительные приборы, в которых иссле­дуемая величина интегрируется по времени или по другой независимой переменной; (электрический счётчик энергии).

Шкалы АИП классифицируются по следующим признакам.

По признаку равномерности различают равномерные (линейные) и неравномерные шкалы:

• равномерная шкала — это шкала с делениями постоянной длины и с постоянной ценой деления (рис. 1.4.1, а). Такую шкалу имеют электромеханические приборы только магнитоэлектрической си­стемы измерения;

неравномерная шкала — это шкала с делениями непостоянной длины и с непостоянной ценой деления (рис. 1.4.1, б).

Рис. 1.4.1 Шкалы аналоговых приборов:

равномерная (а), неравномерная (б), прямая (в), обратная (г), односторонняя (д), двухсторонняя (е), безнулевая (ж)

Такую шкалу имеют электромеханические приборы выпрямительной, электро­магнитной, электродинамической, ферродинамической, электро­статической, термоэлектрической систем.

По признаку направления градуирования различают прямые и об­ратные шкалы.

• Прямая шкала градуирована слева направо, т.е. нуль на шкале рас­положен слева (рис 1.4.1, в). Такая шкала является самой распространенной в АИП;

• Обратная шкала градуирована справа налево, т.е. нуль на шкале расположен справа (рис. 1.4.1, г). Такая шкала используется, например, в аналоговых мультиметрах при отсчете значения сопротивления резисторов и емкости конденсаторов.

По положению нуля на шкале и направлению движения стрелки индикатора различают односторонние (д), двухсторонние (е) и безнулевые (ж) представленные на рисунке 1.2

. односторонняя шкала — это шкала, стрелка индикатора кото­рой при измерении отклоняется только в одну сторону от нуля (рис. 14.1, д). Такая шкала является самой распространенной;

• двухсторонняя шкала — это шкала, стрелка индикатора при из­мерении которой отклоняется как влево, так и вправо от нуля. Причем отклонение влево от нуля дает отрицательные значения измеряемой величины, а отклонение вправо — положительные (рис. 1.2, е). Такую шкалу имеют индикаторы аналоговых измерительных мостов и гальванометры;

• безнулевая шкала — это шкала, на которой отсутствует нулевая отметка (рис. 1.4.2, ж). Такую шкалу имеют электромеханические частотомеры, генераторы, градуированные по частоте, длительно­сти импульсов, временному сдвигу.