Средства измерений, их основные элементы

Средства измерения — совокупность технических средств, используемых при различных измерениях и имеющих нормированные метрологические свойства, в частности по единицам и точности измерений, надежности и воспроизодимости результатов, а также требованиям к конструкциям и размерам.

Основными видами средств измерений являются меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи, измерительные установки.

Измерительный прибор — это средство измерения, служащее для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия.

Измерительный преобразователь — средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи и дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не воспринимающегося непосредственно.
Наибольшая часть преобразователей — это первичные преобразователи (датчики, сенсоры). Важнейшей характеристикой первичного преобразователя является функциональная зависимость между контролируемой величиной и выходным сигналом.
Промежуточные преобразователи: усиливают, линеаризуют, интегрируют измерительную информацию.
Передающие преобразователи: предназначены для дистанционной передачи сигнала.

Измерительные установки — это средства измерения, представляющие совокупность измерительных приборов, расположенных в одном месте и конструктивно связанных друг с другом (автомобильные, самолетные шкалы).

Вторичные измерительные устройства — это средства измерения, предназначенные для работы в комплекте с измерительными приборами.

Самопишущие приборы — автоматически регистрируют на бумажном или другом носителе информации изменения текущей величины от времени. К таким приборам относится, например, сейсмограф. 

Шкалы приборов

Шкалы делят на:

  • прямолинейные
  • дуговые
  • круговые равномерные
  • круговые неравномерные
  • барабанные

Любая шкала имеет начало отсчета (наименьшее значение величины — нижний предел измерения прибора) и конец отсчета (верхний предел измерения); конца отсчета может и не быть.

Каждая шкала имеет характеристику

          q = f (φ)
φ — угол поворота указателя;
q — отсчет по шкале.

Для приборов с прямолинейным отсчетом:

       q1 = f1 (N)
N — линейное смещение указателя.

Для дуговых и круговых шкал

          q2 = φ·Rm
Rm — радиус шкалы.

Деление — это промежуток между осями или центрами двух смежных отметок.

Образцовые меры — предназначены для градуировки и поверки рабочих мер.

Эталоны — служат для воспроизведения и хранения единиц измерения с наивысшей точностью, достигаемой при данном уровне науки и техники, а также для поверки мер приборов и преобразователей высшего разряда.

Поверка — это операция сравнения показаний средств измерения с образцовыми для определения их погрешности или поправок к показаниям.

Статические характеристики и чувствительность измерительных приборов.

Зависимость выходной величины от входной, выраженная аналитически или графическив установившихся режимах работы — это статическая характеристика измерительных приборов. 

x — значение измеряемой величины;
f, N — координаты указателя.

Зависимость (*) — уравнение шкалы прибора или градуировочной характеристики преобразователя.

Для статической характеристики при линейной градуировке: Y0 = k·X0

При нелинейной градуировке может проявляться гистерезис, порог чувствительности прибора и явления насыщения.

Рылейная характеристика определяет выходную зависимость, определяемую скачком. k — это чувствительность прибора.
Для линейной характеристики:

     

Если характеристика нелинейная, то чувствительность определяется дифференцированием выходной величины по входной.
          S = dY/dX

Величина, обратная чувствительности прибора — цена деления.

Порог чувствительности — наименьшее изменение значения измеряемой величины, способные вызвать малейшее изменение показания прибора.

Динамические характеристики измерительных приборов.

Измерительные приборы, с помощью которых оценивают временное изменение величины, практически не могут без запаздывания следить за изменениями. Величина запаздывания зависит от принципа действия и конструкции прибора. Зависимость показания прибора от изменения величины — динамическая характеристика прибора.

Графическое изменение выходной величины при скачкообразном изменении входной представляет собой переходной процесс.

Динамическая погрешность — это разность между показаниями прибора и действительным значением измеряемой величины в данный момент времени.

          Δд = Xд — X 
Xд — показания прибора;
X — истинное значение входной величины;
τнр — время начала реагирования (время от момента изменения значения измеряемой величины на входе прибора до момента начала изменения показаний;
Т — время переходного процесса (время, в течение которого показания после изменения измеряемой величины входят в 5% зону;
Тр — полное время установления показаний.

Читайте далее: Измерение температуры