Розділ 4. Засоби вимірювання.

Тема 4.1. Класифікація і структура вимірювальних приладів

Класифікація вимірювальних приладів

Засоби вимірювання – це технічні засоби, які використовуються при вимірюваннях і мають нормовані метрологічні властивості.

Від засобів вимірювання залежить правильне визначення значення вимірюваної величини в процесі його вимірювань.

До засобів вимірювання відносять: міри, вимірювальні прилади, вимірювальні пристрої, вимірювальні системи.

Міра – засіб вимірювання, який призначений для відтворення фізичної величини заданого розміру (гиря – міра маси, генератор – міра частоти електричних коливань).

Міри, в свою чергу, підрозділяють на однозначні і багатозначні.

Однозначна міра – міра, яка відновлює фізичну величину одного розміру (плоскопаралельна кінцева міра довжини, нормальний елемент, конденсатор постійної ємкості).

Багатозначна міра – міра, яка відновлює ряд однойменних фізичних величин різного розміру (лінійка з міліметровими поділками, конденсатор змінної ємкості).

Набір мір – спеціально підібраний комплект мір, які застосовуються не лише кожна окремо, але і в різних поєднаннях з метою відновлення низки однойменних величин різного розміру (набір гирь, набір плоскопаралельних кінцевих мір довжини).

Вимірювальний прилад – засіб вимірювань, призначений для створення сигналу вимірювальної інформації у формі, доступній для безпосереднього сприйняття спостерігачем. Результати вимірювань видаються відліковими пристроями приладів, які можуть бути шкальними, цифровими і реєструючими.

Шкальні відлікові пристрої складаються зі шкали, яка є сукупністю відміток і чисел, що зображують низку послідовних значень вимірюваної величини, і вказівника (стрілки, електронного променя та ін.), пов’язаних з рухомою системою приладу.

Відмітки шкали з представленими числовими значеннями називають числовими відмітками шкали. Основні характеристики шкали – довжина поділки шкали, яка виражається відстанню між осями двох сусідніх штрихів шкали, і ціна поділки шкали, яка є значенням вимірюваної величини, що викликає зсув вказівника на одну поділку.

Прийнято також виділяти поняття діапазон вимірювань і діапазон показів.

Діапазон вимірювань – частина діапазона показів, для якого нормовані межі допустимих похибок засобів вимірювань. Найменше і найбільше значення діапазону вимірювань називають відповідного нижньою і верхньою межею вимірювань (рисунок).

Значення величини, яке визначається по відліковому пристрою засобу вимірювання і виражене в прийнятих одиницях цієї величини, називають показами засобу вимірювання.

Виміряне значення визначається або шляхом множення кількості поділок шкали на ціну поділки, або множенням числового значення, відрахованого за шкалою, на постійну шкали.

На даний час широке застосування мають або механічні, або світлові цифрові відлікові пристрої.

Механічні цифрові пристрої використовують у тих цифрових приладах, в яких вимірювана величина перетворюється у відповідні кути повороту валів. Світлове табло, яке складається, як правило, з системи індикаторів газорозрядних ламп,що підсвічують ті чи інші цифри, використовуються в електронних цифрових приладах, у яких вимірювані величини перетворюються у визначену послідовність імпульсних сигналів.

Реєструючі відлікові пристрої складаються з пишучого або печатного механізму і стрічки.

До засобів вимірювань відносять також і вимірювальні перетворювачі, призначені для створення сигналу вимірювальної інформації у формі, зручній для передачі, подальшого перетворення, обробки і зберігання, але такій, що не піддається безпосередньому сприяйняттю спостерігачем.

Засоби вимірювань величин, які впливають на метрологічні властивості іншого засобу вимірювання при його застосуванні чи повірці отримали назву допоміжного засобу вимірювання (термометр для вимірювань температури газу в процесі вимірювань об’ємного розходу цього газу).

До засобів вимірювань не слід відносити пристрої, які служать для створення умов вимірювань (різноманітні реєструючі пристрої, реостати, термометри,барометри і т.д.).

Кожний вид засобів вимірювань може бути класифікований за низкою ознак. Наприклад, можлива класифікація вимірювальних приладів за такими ознаками:

- з а в и г л я д о м в и х і д н о ї в е л и ч и н и

аналогові – вихідна величина яких (лінійне чи кутове переміщення рухомої частини вимірювального механізму) є безперервною за часом функцією зміни вимірюваної величини;

цифрові – вихідна величина яких – цифровий код – є дискретна функція вимірюваної величини,

- з а е л е м е н т н о ю б а з о ю

електромеханічні;

- За способом перетворення електромагнітної енергії, що підводиться до приладу, в механічну енергію переміщення рухомої частини електромеханічні прилади поділяються на:

Магнітоелектричні,електромагнітні,електродинамічні,електростатичні,індукційні і термоелектричні. В залежності від особливостей конструкції вимірювального механізму всередині груп (деяких) виділяють підгрупи (наприклад магнітоелектричні прилади поділяють на прилади з рухомою рамкою і рухомим магнітом).

Прилади елекричномеханічної групи є:

- шкальними, тобто приладами з відліковим пристроєм в вигляді шкали і покажчика (стрілкового або світлового).

-електронні;

- з а ф о р м о ю п р е д с т а в л е н н я і н ф о р м а ц і ї

такий, що показує – який допускає тільки відлік показів;

такий, що реєструє – у якого передбачена реєстрація показів (у тому числі такі, що друкують, і такі, що самозаписують);

- з а м е т о д о м в и м і р ю в а л ь н о г о п е р е т в о р е н н я

прямої дії, у якому передбачено одне чи кілька перетворень сигналу вимірювальної інформації в одному напрямку (без зворотнього зв’язку);

прилади порівняння, призначені для безпосереднього порівняння вимірюваної величини з величиною, значення якої відомо;

- з а п р и з н а ч е н н я м

амперметри, вольтметри, частотометри, омметри.

Для радіовимірювальних приладів існує єдина система класифікації найменувань і позначень.

За характером змін і виглядом вимірюваних величин групи електронних радіовимірювальних приладів поділяються на підгрупи, які позначаються певними прописними буквами українського алфавіту, а прилади кожної підгрупи в залежності від основної виконуваної функції – на види; їх позначення складається з прописної букви і цифри, буква відповідає позначенню підгрупи, а цифра – номеру виду. Крім цього, прилади кожного виду за своїми технічними характеристиками і за черговістю розробок поділяються на типи, цифрове позначення яких вказує на порядковий номер моделі. Отже, позначення приладу включає в себе позначення його виду і номер моделі (перед номером моделі кладеться риска). Наприклад, прилад В3-10 означає вольтметр змінного струму (вид В3), який має номер моделі 10.

Модернізація приладу відображається прописною буквою українського алфавіту за порядком послідовності модернізації (А, Б, В і т.д.); ця буква додається до номеру моделі (В3-10А).

Конструктивна модифікація приладів, які мають одинакові технічні характеристики, відображається цифрою, яка додається через косу до номеру моделі (наприклад, В3-10/1).

В позначення комбінованих приладів допускається включати букву К (наприклад, ВК7-9А).

Нижче приведено класифікацію деяких радіовимірювальних приладів по підгрупах.

Підгрупа А. Прилади для вимірювання сили струму:

А1-. Установки і прилади для повірки амперметрів.

А2-. Амперметри постійного струму.

А3-. -//- змінного струму.

А7-. -//- універсальні.

А9-. -//- Перетворювачі струму.

Підгрупа В. Прилади для вимірювання напруги:

В1-. Установки і прилади для повірки вольтметрів.

В2-. Вольтметри постійного струму.

В3-. -//- змінного струму.

В4-. -//- імпульсного струму.

В5-. -//- фазочутливі.

В6-. -//- селективні.

В7-. -//- універсальні.

В8-. Вимірювачі відношення напруги і різниці напруг.

В9-. Перетворювачі напруг.

Підгрупа Г. Генератори вимірювальні:

Г1-. Установки для повірки вимірювальних генераторів.

Г2-. Генератори шумових сигналів.

Г3-. -//- сигналів низькочастотні.

Г4-. -//-сигналів високочастотні.

Г5-. -//- імпульсів.

Г6-. -//- сигналів спеціальної форми.

Підгрупа Е. Прилади для вимірювання параметрів компонентів і кіл з зосередженими постійними:

Е1-. Міри, установки і прилади для повірки вимірювачів параметрів компонентів і кіл.

Е2-. Вимірювачі повних опорів і провідностей.

Е3-. -//- індуктивності.

Е4-. -//- добротності.

Е6-. -//- опорів.

Е7-. -//- параметрів універсальні.

Е8-. -//- ємностей.

Е9-. Перетворювачі параметрів компонентів і кіл.

Підгрупа Л. Прилади загального застосування для вимірювання параметрів електронних ламп і напівпровідникових приладів:

Л2-. Вимірювачі параметрів напівпровідникових приладів.

Л3-. -//- параметрів електронних ламп.

Л4-. -//- шумових параметрів напівпровідникових приладів.

Підгрупа С. Прилади для спостереження, вимірювання і дослідження форми сигналу і спектру:

С1-. Осцилографи універсальні.

С2-. Вимірювачі коефіцієнта глибини амплітудної модуляції.

С4-. Аналізатори спектру.

С6-. Вимірювачі нелінійних спотворень.

С7-. Осцилографи швидкісні, стробоскопічні.

С8-. -//-, що запам’ятовують.

С9-. -//- спеціальні.

Підгрупа Х. Прилади для спостереження і дослідження характеристик радіопристроїв:

Х1-. Прилади для дослідження амплітудно-частотних характеристик.

Х2-. -//- для дослідження перехідних характеристик.

Х3-. -//- для дослідження фазочастотних характеристик.

Х4-. -//- для дослідження амплітудних характеристик.

Х5-. Вимірювачі коефіцієнтів шуму.

Х6-. Прилади для дослідження корреляційних характеристик.

Х8-. Установки і прилади для повірки вимірювачів характеристик радіопристроїв.

Структура електромеханічних приладів

До електромеханічних відносяться прилади в яких електромагнітна енергія підведена до приладу безпосередньо із вимірювального кола перетворюється в механічну енергію кутового переміщення рухомої частини відносно нерухомої

Електромеханічні показуючі прилади зазвичай виконуються за методом прямого перетворення і складаються з вимірювального кола (перетворювача) ВК, вимірювального механізму ВМ і відлікового пристрою ВП. Структурна схема такого електромеханічного приладу показана на малюнку

Вимірювальне коло приладу являє собою перетворювач вимірюваної величини Х в деяку проміжну електричну величину Y, функціонально пов'язану з величиною Х. Величина Y безпосередньо діє на вимірювальний механізм.

Вимірювальне коло складається із з'єднання різноманітних елементів – резисторів, конденсаторів, котушок індуктивності, випрямлячів і т.д.