Средства измерений, используемые в различных областях науки и техники, чрезвычайно многообразны. Однако для этого множества можно выделить некоторые общие признаки, присущие всем СИ независимо от области применения. Эти признаки положены в основу различных классификаций СИ, которые рассмотрены далее.
По роли, выполняемой в системе обеспечения единства измерений, СИ делятся на:
эталоны, предназначенные для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи её размера нижестоящим по поверочной схеме СИ и утвержденные в качестве эталонов в установленном порядке;
образцовые - это меры, измерительные приборы или преобразователи, служа-щие для поверки по нашим других СИ и утверждённые в качестве образцовых;
рабочие, применяемые для измерений, не связанных с передачей размера единиц.
По уровню автоматизации все СИ делятся на три группы:
неавтоматические;
автоматизированные, производящие в автоматическом режиме одну или часть измерительной операции;
автоматические, производящие в автоматическом режиме измерения и все операции, связанные с обработкой их результатов, регистрацией, передачей данных или выработкой управляющих сигналов.
В настоящее время всё большее распространение получают автоматизированные и автоматические СИ. Это связано с широким использованием в СИ электронной и микропроцессорной техники.
По отношению к измеряемой физической величине средства измерений делятся на:
основные - это СИ той физической величины, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей;
вспомогательные - это СИ той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерения необходимо учесть для получения результатов измерения требуемой точности.
Классификация по роли в процессе измерения и выполняемым функциям является основной и представлена на рисунке 1.3. Элементы, составляющие данную классификацию, рассмотрены в последующих разделах.
Операцию воспроизведения величины заданного размера можно формально представить как преобразование цифрового кода N в заданную физическую величину ХМ, основанное на единице данной физической величины . Поэтому уравнение преобразования меры запишется в виде ХМ= N .
Выходным сигналом является квантованная аналоговая величина ХМ заданного размера, а входным сигналом следует считать числовое значение величины N (рисунок 1.4).
Меры подразделяются на следующие типы:
однозначные, воспроизводящие физическую величину одного размера, например: гиря 1 кг, плоскопараллельная концевая мера 100мм, конденсатор постоянной ёмкости, нормальный элемент;
многозначные, воспроизводящие величины разных размеров, например: конденсатор переменной ёмкости, штриховая мера длины.
Кроме этого, различают наборы мер, магазины мер, установочные, встроенные и ввозимые меры.
Важнейшей характеристикой ИП является функция (уравнение) преобразования (рисунок 1.6,б), которая описывает статические свойства преобразователя и в общем случае записывается в виде Y =F(X, Zj).
В подавляющем большинстве случаев стремятся иметь линейную функцию преобразования. Функция Y(X) идеального ИП при отсутствии помех описывается уравнением Y=kX. Она линейна, безынерционна, стабильна и проходит через начало координат. Реальная передаточная функция в статическом режиме имеет вид Y = k(1+g)X+D0+D и может отличаться от идеальной смещением нуля D0, наклоном g и нелинейной составляющей D. Такие отклонения реальной передаточной функции ИП приводят к возникновению аддитивной, мультипликативной и нелинейной составляющих погрешности.
ИП классифицируются по ряду признаков.
По местоположению в измерительной цепи преобразователи делятся на первичные и промежуточные. Первичный измерительный преобразователь - это такой ИП, на который непосредственно воздействует измеряемая физическая величина, т.е. он является первым в измерительной цепи средством измерений. Промежуточные преобразователи располагаются в измерительной цепи после первичного. Зачастую конструктивно обособленные первичные измерительные преобразователи называют датчиками. Например, резистивный датчик перемещения - это первичный преобразователь, в котором перемещение преобразуется в изменение активного сопротивления.
По характеру преобразования входной величины ИП делятся на линейные и нелинейные. Линейный преобразователь - это ИП, имеющий линейную связь между входной и выходной величинами. Их важной разновидностью является масштабный ИП, предназначенный для изменения размера величины или измерительного сигнала в заданное число раз. Его уравнение преобразования имеет вид Y=kX, где X, Y - однородные входная и выходная величины; k - постоянный коэффициент передачи. Примерами масштабных преобразователей могут служить усилители, делители напряжения, измерительные трансформаторы напряжения. У нелинейных ИП связь между входной и выходными величинами нелинейная.
По виду входных и выходных величин ИП делятся на:
аналоговые, преобразующие одну аналоговую величину в другую аналоговую величину;
аналогово-цифровые (АЦП), предназначенные для преобразования аналогового измерительного сигнала в цифровой код;
цифроаналоговые (ПАП), предназначенные для преобразования цифрового кода в аналоговую величину.
Измерительный прибор - средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне ее изменения и выработки сигнала измерительной информации, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.
Классификация измерительных приборов. Для учета всех особенностей многообразных измерительных приборов применяют классификацию по различным признакам. По форме индикации измеряемой величины различают измерительные приборы:
показывающие, которые допускают только отсчитывание показаний измеряемой величины, например стрелочный или цифровой вольтметр;
регистрирующие, предусматривающие регистрацию показаний на том или ином носителе информации, например на бумажной ленте. Регистрация может производиться в аналоговой или цифровой форме. Различают самопишущие и печатающие приборы.
По методу преобразования измеряемой величины различают приборы прямого, компенсационного (уравновешивающего) и смешанного преобразования.
По назначению измерительные приборы делятся на амперметры, вольтметры, омметры, термометры, гигрометры и т. д.
По форме преобразования используемых измерительных сигналов приборы подразделяют на аналоговые и цифровые.
Измерительная установка - совокупность функционально объединенных средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в удобной для непосредственного восприятия наблюдателем форме и расположенная в одном месте.
Измерительную установку, предназначенную для испытания каких-либо изделий, называют испытательным стендом (например, для измерения удельного сопротивления электрических материалов, испытания магнитных материалов).
Измерительную установку с включенными в нее эталонами, применяемую для поверки СИ, называют поверочной установкой (например, установка для поверки вольтметров). Некоторые большие измерительные установки, используемые главным образом в машиностроении, называют измерительными машинами (например, силоизмерительная машина, делительная машина).
Измерительно-вычислительный комплекс - это автоматизированное СИ элек-трических величин, на основе которого возможно создание информационно-измерительных систем, систем автоматизации научных исследований, систем автоматизации испытаний и других систем автоматизации измерений. В него входит совокупность программно-управляемых измерительных, вычислительных и вспомогательных технических средств, функционирующих на основе единого метрологического обеспечения и реализующих алгоритмы получения, обработки, представления и использования измерительной информации.
Под информационно-измерительной системой понимают совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных и вспомогательных технических средств для получения измерительной информации, ее преобразования и обработки с целью представления пользователю в требуемом виде, либо автоматического осуществления логических функций контроля, диагностики, идентификации.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему