Разновидности средств измерений

Размещено на http://www.allbest.ru/

4

Разновидности средств измерений

Как уже было сказано, средство измерений -- это техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства

Средства измерений в зависимости от их роли в процессе измерений разделяются на следующие виды:

Мера -- средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Мера может быть однозначной (например, катушка индуктивности) и многозначной (например, магазин сопротивлений, генератор стандартных сигналов).

Измерительный преобразователь -- средство измерения, предназначен-ное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем.

Измерительный прибор -- это средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Это наиболее многочисленный вид средств измерений.

Измерительная система -- совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и (или) использования в автоматических системах управления.

Измерительные системы являются разновидностью более широкого класса - информационно-измерительных систем (ИИС), предназначенных для автоматического сбора, обработки, передачи и представления измерительной информации в том или ином виде. Помимо ИИС получили распространение измерительно-вычислительные комплексы (ИВК) - автоматизированные средства измерений и обработки информации, представляющие собой совокупность программно-управляемых измерительных и вычислительных средств, предназначенных для исследования сложных объектов и управления ими.

В настоящее время получили распространение компьютерные измерительные системы (КИС), а также виртуальные средства измерения.

Разновидности измерений

По способу нахождения числового значения измеряемых величин измерения подразделяются на прямые, косвенные, совместные и совокупные.

При прямых измерениях искомое значение величины находят непосредственно по показанию отсчетного устройства.

При косвенных измерениях искомое значение величины находят по ее известной зависимости от величин , определяемых при прямых измерениях:

(1)

Например, косвенное измерение сопротивления R резистора по измеренным значениям напряжения U и тока I c использованием известной зависимости R= U/I.

Совместные измерения - это проводимые одновременно измерения двух или нескольких разноименных величин для нахождения зависимости между ними.

Например, совместное измерение нескольких значений температуры T и сопротивления терморезистора в целях определения его температурной зависимости

Совокупные измерения - это измерение одноименных величин с целью нахождения значений нескольких других величин, связанных с первыми известными зависимостями.

К этому виду измерений, например, относится совокупность измерений сопротивления , и между соответствующими точками цепи (рис. 1) с целью определения сопротивлений резисторов , и . Очевидно, что указанные сопротивления связаны между собой тремя уравнениями позволяющими найти , и .

Размещено на http://www.allbest.ru/

4

,

,

,

метрология измерение статистический

Разновидности методов измерения

Разновидности методов измерения могут быть представлены схемой 1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

4

Метод непосредственной оценки - метод измерения, при котором значения измеряемых величин определяются непосредственно по отсчетным устройствам измерительных приборов. Это наиболее распространенный и наиболее оперативный метод измерения.

Пример: измерение напряжения с помощью вольтметра.

Метод сравнения - метод измерения, при котором измеряемая величина сравнивается с одноименной величиной , воспроизводимой мерой. Процедура сравнения обычно сводится к получению разности (иногда отношения) и . При этом на два выхода сравнивающего устройства поступают сигналы и , а на его выходе получают результат сравнения.

(2)

Метод сравнения предполагает наличие обратной связи, осуществляемой вручную или автоматически, так как значение , поступающее на вход сравнивающего устройства, обычно должно изменяться в зависимости от значения на выходе устройства. При этом знак “-” в (2) определяет отрицательный характер такой обратной связи.

По сравнению с методом непосредственной оценки, метод сравнения обеспечивает более высокую точность измерений.

Метод сравнения имеет следующие разновидности:

Нулевой метод, который состоит в том, что результирующий эффект воздействия величин и на устройство сравнения доводят до нуля путем изменения величины . Очевидно, что тогда и значение измеряемой величины отсчитывается по шкале меры.

Метод применяется, например, при измерении сопротивления, емкости, индуктивности с помощью мостовых схем.

Дифференциальный метод, при котором не равное нулю остаточное значение измеряется методом непосредственной оценки, и значение определяют как

В частности, этот метод широко используется для расширения частотного диапазона цифрового частомера, измеряющего с высокой точностью разность между измеряемой частотой и известной частотой гармоники кварцевого генератора.

Метод замещения, при котором измеряемую величину на входе прибора непосредственной оценки замещают регулируемой мерой более высокого класса точности. При этом, регулируя значение меры , добиваются, чтобы показание прибора совпало с его же показанием, когда на его входе была измеряемая величина. В этом случае, пренебрегая погрешностью меры, можно считать, что , а разность будет определять погрешность прибора.

Измерительные преобразователи

Измерительный преобразователь -- это техническое средство, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или сигнал измерительной информации, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи и имеющее нормированные метрологические характеристики.

Любой измерительный прибор может состоять из одного или нескольких преобразователей.

Размещено на http://www.allbest.ru/

4

Одной из важнейших характеристик измерительного прибора или преобразователя является функция преобразования

, (3)

т. е. функциональная зависимость выходной величины Y от входной Х, описываемая аналитическим выражением, графиком или таблицей (рис. 2).

Другой важной характеристикой измерительного прибора или преобразователя является его чувствительность

(4)

отношение изменения сигнала на выходе dY к вызывающему его малому изменению входного сигнала dX:

Чаще всего стремятся иметь линейную функцию преобразования, имеющую функцию преобразования вида:

, (5)

где чувствительность (коэффициент передачи) есть постоянная величина. При нелинейной функции преобразования , очевидно, зависит от величины входного сигнала (рис. 2). Чувствительность не следует путать с порогом чувствительности прибора, под которым понимают наименьшее значение измеряемой величины, вызывающее достоверное различимое от нуля показание прибора.

Прямое и уравновешивающее преобразования

Структурная схема измерительного прибора (или измерительной установки) состоит из отдельных, соединенных между собой, измерительных преобразователей (функциональных звеньев). Несмотря на большое разнообразие, эти структурные схемы по принципу соединения их составных звеньев можно разделить на два основных вида: схемы прямого и уравновешивающего преобразования.

1. В схеме прямого преобразования отдельные преобразователи соединяются последовательно друг за другом в направлении от входа прибора к его выходу. Все преобразование сигнала измерительной информации идет в одном прямом направлении (рис. 4).

Не трудно показать, что в этом случае чувствительность S всего прибора будет определяться произведением чувствительностей отдельных преобразователей, т. е.

(6)

2. Уравновешивающее преобразование может быть представлено схемой 3, в которой и -- чувствительности прямого и обратного преобразования.

Особенностью схемы уравновешивающего преобразования является то, что в ней кроме цепи прямого преобразования (как в случае 1) имеется цепь обратного преобразования (отрицательной обратной связи), которая осуществляет преобразование выходной величины Y в величину , однородную входной величине Х. Кроме того, на входе схемы имеется устройство сравнения (вычитания), в котором величина компенсирует (уравновешивает) измеряемую величину , в результате чего на вход цепи прямого преобразования поступает сигнал, соответствующий разности . Если функции прямого и обратного преобразования линейны, т. е. , а , то нетрудно показать (сделать самостоятельно!), что общая чувствительность определяется известной вам зависимостью:

, (7)

а

(8)

и

(9)

Уравновешивающее преобразование, реализуемое в схеме 3, может быть статическим или астатическим.

1. Статическое уравновешивание. Если цепи прямого и обратного преобразования схемы 3 имеют постоянные и практически частотонезависимые, т. е. действительные коэффициенты передачи и , то все процессы, очевидно, будут происходить практически мгновенно. Если при этом (как обычно и делают) , то , и

(10)

Из (10) следует, что:

Во-первых, при подаче (в произвольный момент времени , рис. 3) постоянной измеряемой величины на вход такой схемы, практически мгновенно происходит ее уравновешивание (), но не полностью, т. е. с определенной статической погрешностью, определяемой величиной .

При этом чем больше произведение , тем точнее уравновешивание. (Следует, однако, отметить, что в реальных схемах чрезмерное увеличение приводит к потере устойчивости работы реальных схем).

Во-вторых, при чувствительность схемы практически не зависит от коэффициента передачи (и его нестабильности) в цепи прямого преобразования. Это существенно повышает стабильность, а значит и точность схемы в сравнении со схемой, содержащей лишь прямое преобразование. Впрочем, этого и следовало ожидать при использовании отрицательной обратной связи.

Размещено на Allbest.ru