Измерительные приборы и установки

     Физические величины могут быть непрерывными по значению и квантованными (они представляются обычно кодовыми сигналами). Если входная и выходная величины измерительного преобразователя – непрерывные величины, такой преобразователь называют – аналоговым. Измерительный преобразователи одного кодового сигнала в другой  получили название кодовых. Преобразователи аналог-код превращают непрерывную величину в кодовый сигнал, а преобразователи код-аналог  -  кодовый сигнал в сигнал, непрерывный по значению (например, преобразователь двоичного числа в постоянное напряжение).

     По  месту, занимаемому в измерительной  цепи, средства измерения, преобразователи  подразделяются на первичные, передающие, промежуточные, выходные и обратные.

     Первичный преобразователь  — это преобразователь, к которому подведена измеряемая величина. Для первичных преобразователей характерно то, что на них воздействует непосредственно измеряемая величина. Физическая величина, в которую преобразует измеряемую величину первичный преобразователь, может быть подведена к измерительному механизму, может быть подана на другой преобразователь или использована, например, для целей телеизмерений.

     Примером  первичного преобразователя может  служить термопара в цепи термоэлектрического  термометра.

     Конструктивно обособленный первичный измерительный  преобразователь, от которого поступают  сигналы измерительной информации, называется датчиком.

     Датчик  может быть вынесен на значительное расстояние от средства измерений, принимающего его сигналы. Например, датчики запущенного  метеорологического радиозонда передают измерительную информацию о температуре, давлении, влажности и других параметрах атмосферы; тензопреобразователь, наклеенный на упругий элемент и воспринимающий его деформацию, также является датчиком .

     Передающий  преобразователь - измерительный преобразователь, служащий для дистанционной передачи измерительной информации. Для этих преобразователей характерно назначение величины, образуемой на его «выходе». Очевидно, что преобразователь может одновременно выполнять функции первичного и передающего.

     Промежуточный преобразователь  — преобразователь, занимающий в измерительной цепи место после первичного.

     Выходной  преобразователь – преобразователь,  стоящий последним в измерительной цепи. Он снабжается отсчетным или регистрирующим устройством, фиксирующим значение измеряемой величины.

     Измерительные приборы сравнения имеют две  цепи – прямого преобразования, начиная от входной величины, и  обратного преобразования – к  входной величине. Измерительные  преобразователи, стоящие в цепи обратного преобразования, получили название обратных.

     Для изменения в определенное число  раз значения одной из величин, действующих  в измерительной цепи, без изменения  ее физической природы используют масштабные преобразователи: делители напряжения, измерительные трансформаторы тока, измерительные усилители и т. п.

     Полезно также все измерительные преобразователи  разделить на две группы: генераторные (энергетические) и параметрические. Первые характеризуются тем, что  для осуществления преобразования не требуется постороннего источника  энергии. Измерительный преобразователь  её вырабатывает сам за счет воздействия  преобразуемой величины. Параметрические же преобразователи должны быть возбуждены от постороннего источника энергии. Например, преобразователь в виде термопары для измерения температуры сам вырабатывает электрическую энергию, а термометр сопротивления (нагреваемая проволока) может осуществлять преобразование температуры в сопротивление только будучи нагретым источником электрического тока.

     Измерительные преобразователи могут быть встроены в корпус прибора и вместе с  другими его устройствами образовать единую конструкцию. В этом случае метрологические  характеристики нормируются для  измерительного прибора в целом. В тех случаях, когда измерительные  преобразователи (один или несколько) являются конструктивно обособленными  элементами, метрологические характеристики нормируются на эти элементы. Это  очень важно при построении измерительных  средств на базе блочно-модульного принципа, при построении измерительных  установок и систем, которые могут  включать десятки различных измерительных  преобразователей.

     Измерительные преобразователи бывают взаимозаменяемыми, ограниченно-взаимозаменяемыми и невзаимозаменяемыми или индивидуальными.

     Взаимозаменяемые  преобразователи могут без каких-либо ограничений заменять друг друга. При такой замене свойства прибора не должны измениться. Для того чтобы обеспечивалась такая взаимозаменяемость, нормируют ряд характеристик преобразователей. Для них устанавливают и стандартизуют рациональный ряд коэффициентов преобразования. Под коэффициентом преобразования понимается отношение значения величины на входе преобразователя к значению соответствующей ей величины на выходе.

     Важные  характеристики взаимозаменяемых преобразователей следующие: - значение входной и выходной величин каждой в отдельности. Так, например, государственными стандартами  устанавливаются следующие диапазоны  изменения входных и выходных величин: сила постоянного электрического тока I= = 0…5 мA; 0…20 мA, постоянное напряжение U= 0…10 В, переменное напряжение U~ = 0…2 В, частота электрических колебаний  f = 1500…2500 Гц;  4000…8000 Гц . Установление определенного ряда этих значений и обеспечивает широкую взаимозаменяемость преобразователей. Благодаря установлению таких рядов значительно сокращается количество разновидностей первичных преобразователей и вторичных устройств (конструктивно обособленная остальная часть элементов измерительной цепи).- точность и постоянство коэффициента преобразования на всем диапазоне его работы.

     Для большинства взаимозаменяемых преобразователей устанавливают классы точности. При  выборе преобразователя стремятся  к тому, чтобы его класс точности, если это возможно, был выше класса точности измерительного прибора, применяемого с преобразователем, иначе говоря, чтобы применение преобразователя  как можно меньше снижало общую  точность измерения данным прибором. 

     Требования, предъявляемые к взаимозаменяемым преобразователям, весьма высоки. В  ряде случаев некоторые из них  невыполнимы или выполнение их экономически нецелесообразно. Тогда их применяют  ограниченно, причем ограничение накладывают  на какое-либо одно требование.

     Чаще  всего взаимозаменяемые преобразователи  используют только для измерительного прибора одного вида или типа, а  иногда даже только одной его конструкции, о чем на преобразователе делается соответствующая надпись.

     Применение  индивидуальных (невзаимозаменяемых) преобразователей позволяет улучшить метрологические характеристики  измерительного прибора и установки за счет специальных регулировок. 
 
 

     Измерительные приборы.

     По  принципу действия приборы подразделяются па приборы прямого действия и  приборы сравнения.

     В приборах прямого действия измеряемая величина подвергается ряду последовательных преобразований в одном направлении, т. е. без возвращения к исходной величине. Они состоят из ряда блоков, предназначенных для преобразования измеряемой величины в более мощный сигнал, который может приводить в действие подвижные органы отсчетных устройств, проградуированных с помощью соответствующих мер. Такие приборы являются наиболее распространенными. К их числу относятся, например, амперметры, вольтметры, манометры и т.п.

     Приборы сравнения основаны на использовании приема сравнения измеряемых величин с величинами, значения которых известны. Сравнение осуществляется с помощью компенсационных или мостовых цепей. Компенсационные цепи применяются для сравнения активных величин, т. е. несущих в себе некоторый запас энергии (сил, давлений и моментов сил, электрических напряжений и токов, яркости источников излучения и т. д.). Сравнение проводится путем встречного включения этих величин в единый контур и наблюдения их разностного эффекта. По этому принципу работают такие приборы, как равноплечие и неравноплечие весы (сравнение на рычаге силовых эффектов действия масс), грузопоршневые и грузопружинные манометрические в вакуумметрические приборы (сравнение на поршне силовых эффектов измеряемого давления и мер массы) и др.

     Для сравнения пассивных величин (электрические, гидравлические, пневматические и другие сопротивления) применяются мостовые цепи типа электрических уравновешенных или неуравновешенных мостов. Конечно, пассивные величины могут быть вначале преобразованы в активные или наоборот и сравниваться соответственно в компенсационных или мостовых цепях.

     Весьма  часто пассивные величины предварительно преобразовываются в активные или  наоборот. Приборы сравнения обладают более высокой точностью, чем  приборы прямого действия.

     Автоматические  приборы сравнения выпускаются  чаще всего в виде комбинированных  приборов, в которых шкальный или  цифровой отсчет сочетается с записью  на диаграмме или с печатанием результатов измерений.

     По  виду выдаваемой информации все приборы делятся на аналоговые и цифровые. Аналоговым является измерительный прибор, показания которого являются непрерывной функцией измеряемой величины, например,  стрелочный вольтметр. Цифровым называется измерительный прибор, автоматически вырабатывающий дискретные сигналы измерительной информации, показания которого представлены в цифровой форме, например,  цифровой омметр.

     По  способу выдачи измерительной информации измерительные приборы делятся  на показывающие и регистрирующие.

     Показывающие  приборы, если на них воздействует измеряемая величина, допускают только отсчитывание показаний. Указатель отсчетного устройства перемещается относительно шкалы и наблюдается визуально. Шкала средства измерения - это часть отсчетного устройства, представляющая собой совокупность отметок и проставленных у некоторых из них чисел отсчета или других символов, соответствующих ряду последовательных значений измеряемой величины.

     Шкалы с делениями постоянной длины  и с постоянной ценой деления  называются равномерными шкалами, а  шкалы с делениями непостоянной длины - неравномерными. 

     К показывающим измерительным приборам относят также приборы с цифровым отсчетом . Их отсчетное устройство выдает показания в цифровой форме, показанное число соответствует  значению измеряемой величины.

     Измерительные приборы с цифровым отсчетом находят  все большее распространение, поскольку  они более производительны и  удобны для наблюдателя.

     Регистрирующие  измерительные приборы  содержат механизм регистрации показаний. Регистрирующий прибор, в котором предусмотрена запись показаний в форме диаграммы, называют самопишущим прибором.

     Диаграмма представляет собой изображение  измерений измеряемой величины в  зависимости от изменений другой переменной величины. Запись производится на бумаге в виде движущейся ленты  или диска, наложенного на барабан. Способы записи, применяемые в  настоящее время, весьма разнообразны. Наиболее распространены запись чернилами  посредством пера той или иной конструкции и печатание точек  через цветные ленты, пропитанные  краской. Существуют и другие способы  записи: тонкой струйкой чернил, электрической  искрой на металлизированной бумаге, нагретым стержнем на бумаге с восковым слоем и т. д.

     К регистрирующим следует отнести  измерительные приборы с печатающими  механизмами, дающими показание  в виде чисел, отпечатанных на бумажной ленте.

     По  роду измеряемой величины приборам присвоены  наименования в зависимости от названия единицы этой величины (в том числе  кратных и дольных единиц), для  измерения которой они предназначены: амперметры, микроамперметры  - для измерения тока; веберметры, милливеберметры  - для измерения магнитной индукции и т.д.

     По  другим признакам:

     Суммирующий измерительный прибор— измерительный прибор, показания которого функционально связаны с суммой двух или нескольких величин, подводимых к нему по различным каналам;

     Интегрирующий измерительный прибор— измерительный прибор, в котором значение измеряемой величины определяются путём её интегрирования по другой величине;

     По  способу применения и конструктивному  исполнению (стационарные, щитовые, панельные, переносные);