Засоби вимірювання

До основних засобів вимірювання фізичних величин відносяться: міри, вимірювальні прилади, вимірювальні перетворювачі та вимірювальні пристрої.

Міра - вимірювальний засіб, призначений для відновлення фізичної величини заданого розміру.

Вимірювальний прилад - це пристрій для спостереження, вимірювання, обробки, подання інформації, передачі її на відстань, для дії на об’єкт дослідження, для регулювання і управління процесами.

Для орієнтування в світі приладів їх необхідно класифікувати. Класифікація – поділ за тією чи іншою ознакою. Залежно від ознаки, покладеної в основу, можлива та чи інша класифікація.

Основні класифікації бувають:

1. За призначенням. За цією ознакою розрізняють:

- прилади для отримання інформації про явища природи і техніки. Це прилади для спостереження і вимірювальні прилади (вольтметр, ротаметр тощо);

- еталони і міри (лінійки, гирі тощо);

- прилади для передачі і перетворення інформації (датчики, лінії зв'язку, підсилювачі, інтегратори);

- прилади для перетворення і передачі енергії (джерела струму, трансформатори, редуктори тощо);

- прилади для дії на об'єкти (насоси, печі, пальники, котли, холодильники).

2. За галуззю використання: хімічні, біологічні, медицинські, геодезичні, електротехнічні, теплотехнічні тощо.

3..За видом вимірюваної величини: спідометри, вольтметри, амперметри, манометри, психрометри, ротаметри тощо.

4. За принципом дії: електричні, оптичні, магнітні.

5. За конструктивним оформленням: стаціонарні (щитові, настільні) і переносні.

6. За компоновкою блоків, вузлів:

- власне прилад (всі блоки в одному корпусі);

- установку (на одному столі всі прилади, з'єднані лініями зв'язку);

- інформаційну систему (сукупність приладів, які знаходяться в різних місцях);

7. Прямого (лінійка, гирьова вага) та непрямого вимірювання (коли прилад безпосередньо вимірює величину X, а необхідно виміряти величину X, котра пов'язана з X якоюсь залежністю, (наприклад, ртутний термометр безпосередньо вимірює не температуру Т, а збільшення об'єму ртуті V).

8. За методом вимірювання:

- прилади прямого показування (метод безпосереднього вимірювання), в яких залежно від значення вимірюваної величини зміщується по шкалі мітка (стрілка, „зайчик") - вольтметр, ротаметр, барометр, манометр.

- Нуль-прилади (метод компенсації), в яких вимірювана величина врівноважується набором мір з магазину, мітка і шкала служать тільки для реєстрації рівноваги, тобто повної компенсації вимірюваної величини набором мір. Приклади - важільна вага, вимірні мости, вимірювальні потенціометри.

- Диференційні (метод часткової компенсації), в яких відбувається не повна, а часткова компенсація вимірюваної величини за рахунок магазинних мір. Приклади - торговельні ваги, диференційні манометри.

Вимірювальні прилади завжди більш або менш складнішим чином переробляють інформацію, що надійшла. В найпростішому випадку переміщення вказівника (мітки) приладу прямо пропорційне вимірюваній величині X ~ n (рис. 1, а). При градуюванні такого приладу шкала виходить лінійною і рівномірною. Якщо покази приладу не залежать від знаку вимірюваної величини, шкала виходить квадратичною: X ~ n² (рис. 1, б). Таку шкалу мають багато електровимірювальних приладів. Чим далі поділки від нуля, тим ширші відстані між ними. Коли величина, яка вимірюється, змінюється на декілька порядків, роблять перемикач діапазонів ( 10^-1, 10^-2) або використовують логарифмічну шкалу (рис. 1, в), тобто переміщення мітки на шкалі пропорційне не n, а логарифму n: X ~ lg n= lg X/Х₀. На такій шкалі немає поділки n=0, бо lg 0 = -∞, але можуть бути поділки, які відпо­відають малим n.

Поділки на шкалу наносять через такі інтервали, щоб одна поділка (або половина поділки) відповідала абсолютній похибці приладу для даних показів.

Рис. 1. Шкали приладів:

а) лінійна; б) квадратична; в) логарифмічна

Основними статичними метрологічними характеристиками вимірювальних приладів є такі:

а) Чутливість - відношення зміни вихідної величини засобу вимірювання до відповідної зміни вхідної величини, що її викликає;

б) Поріг чутливості - найменше значення фізичної величини, на яке здатен реагувати прилад. Наявність порогу чутливості робить даремним велике підсилювання сигналу, бо одночасно із сигналом підсилюється і шум;

в) Клас точності - узагальнена характеристика засобу вимірювальної техніки, що визначається границями його допустимих основної і додаткових похибок а також іншими характеристиками, що впливають на його точність, значення яких регламентується.

, (1)

де DХ – абсолютна похибка вимірювання; Х_шк – межа шкали.

г) Час встановлення потрібного показу називається постійною часу t - це інтервал часу від моменту початку дії вхідного сигналу до моменту, коли показ досягає і залишається всередині певних меж навколо усталеного значення.

Якщо в приладах необхідно вимірювальний сигнал виробити у формі, зручній для передачі, обробки або зберігання, то використовують вимірювальні перетворювачі.

В залежності від функції, які можуть виконувати вимірювальні перетворювачі, їх ділять на первинні, передавальні, що передають сигнал на відповідну відстань, та масштабні, які використовуються для зміни значення вихідного сигналу в заданому масштабі.

Вимірювальні прилади, оснащені вимірювальними перетворювачами, називають вимірювальними пристроями.

При проведені експериментальних досліджень в наш час широко застосовують інформаційно-вимірювальні системи, які дозволяють автоматично виконувати багатоканальні вимірювання та обробляти результати вимірювань за заданими програмами. Такі системи також використовують для оперативного керування різними технологічними процесами, що дозволяє змінювати процес в потрібному напрямку з метою досягнення бажаного результату.

При застосуванні інформаційно-вимірювальних систем, з метою підвищення надійності цих систем, важливого значення набуває уніфікація вихідних сигналів різних вимірювальних пристроїв, що суттєво спрощує програми обробки результатів вимірювання.

Засоби вимірювання в залежності від призначення діляться на робочі, зразкові та еталонні.

Для практичних вимірювань використовують робочі засоби вимірювання які в свою чергу ділять на технічні та лабораторні, які мають в порівнянні з технічними підвищену точність. Зразкові засоби вимірювання застосовують для перевірки робочих, які можуть бути мірами, вимірювальними приладами та вимірювальними перетворювачами. За допомогою еталонних засобів вимірювання здійснюють відновлення та зберігання одиниць фізичних величин з найбільшою точністю, яке може бути досягнуто на даному етапі розвитку науки і техніки.

Поиск по сайту: