Средства измерений

Элементарными средствами измерений называют меры, устройства сравнения (компараторы) и измерительные преобразователи. Каждое из этих средств, взятое в отдельности, не может осуществить операцию измерения. При выполнении простейших прямых измерений методом сравнения необходимо только два элементарных средства: мера и компаратор. Например, при измерении длины — линейка и человек, выполняющий функции компаратора.

Измерительным преобразователем называется средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. По месту расположения в измерительной цепи преобразователи подразделяются на первичные, непосредственно воспринимающие воздействие измеряемой величины, и промежуточные, расположенные после первичного преобразователя и предназначенные для дальнейшего преобразования измерительного сигнала. Конструктивно обособленные первичные преобразователи иногда называют датчиками.

Наиболее часто используют линейные преобразователи, имеющие линейную связь между входной и выходной величинами. При этом если природа входной и выходной величин сохраняется, а изменяется только размер величины в заданное число раз, то преобразователь называется масштабным (например, измерительный микроскоп).

По. виду входных и выходных величин преобразователи подразделяются:

- на аналоговые, преобразующие одну аналоговую величину в другую аналоговую величину;

- аналого-цифровые, преобразующие аналоговый измерительный сигнал в цифровой код;

- цифроаналоговые, преобразующие цифровой код в аналоговую величину.

Измерительным сигналом называется сигнал, содержащий количественную информацию об измеряемой физической величине.

Наиболее универсальными носителями количественной информации являются электрический и радиосигналы, которые позволяют передавать информацию на значительные расстояния и удобны для обработки и дальнейшего преобразования.

Измерительный прибор — средство измерений, в котором измеряемая физическая величина преобразуется в измерительный сигнал, который в свою очередь воздействует на отсчетное устройство, позволяющее получить значение физической величины в удобной для наблюдателя форме. По форме представления показаний отсчетные устройства подразделяются на цифровые и аналоговые.

Составными частями отсчетного устройства являются шкала и указатель. Шкала — это часть отсчетного устройства, представляющая собой ряд отметок, соответствующих последовательному ряду значений измеряемой величины. Отметка шкалы — это знак на шкале (черточка, точка), соответствующий определенному значению измеряемой величины. Отметка, у которой проставлено число отсчета, называется числовой отметкой шкалы. Промежуток между двумя соседними отметками шкалы называется делением шкалы. Цена деления шкалы — это разность значений измеряемой величины, соответствующих двум соседним отметкам. Указатель — это часть отсчетного устройства, положение которого относительно отметок шкалы определяет показания измерительного прибора. Указатель выполняется, как правило, в виде подвижной стрелки. Градуировка шкалы прибора — нанесение на шкалу отметок путем «измерения» многозначной эталонной меры, т.е. путем подведения к первичному преобразователю многозначной эталонной меры. В градуировке нуждаются только приборы прямого преобразования, так как в них измеряемая величина преобразуется в одном направлении и выходной сигнал воздействует на отсчетное устройство. К приборам прямого действия относится большинство манометров, динамометров, термометров, амперметров и т.д.

В приборах сравнения (компенсационного преобразования) измеряемые величины при каждом измерении сравниваются с величинами, значения которых известны, т.е. особенностью компенсационного преобразования является обратное преобразование выходного сигнала в величину, однородную с измеряемой. Простейшим прибором этого типа являются рычажные весы.

Измерительные приборы классифицируют также и по другим признакам:

- по форме индикации измеряемой величины (показывающие или регистрирующие);

- форме преобразования сигналов (аналоговые или цифровые);

- принципу действия;

- назначению;

- точности;

- стабильности показаний;

- диапазону измерений.

Диапазоном измерений называется область значений шкалы, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности прибора. При этом диапазон показаний прибора — область значений между первой и последней отметками, — как правило, несколько больше диапазона измерений.

Современные автоматизированные производственные процессы и экспериментальные научные исследования требуют измерения многих физических величин одновременно или в

определенном режиме. Для этих целей используют:

- измерительные установки — комплекс функционально объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, расположенных в одном месте;

- измерительные системы — комплекс функционально объединенных средств измерений, вспомогательных устройств, вычислительной техники и каналов связи.