Меры. Измерительный преобразователь, прибор, установка и система

Современные средства измерений делят на меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки и измерительные системы.

Мера – средство измерений, воспроизводящее физическую величину известного размера. Примеры мер: гири, измерительные резисторы, измерительные конденсаторы.

Различают однозначные меры, многозначные меры и наборы мер. Примерами многозначных мер могут служить линейки с делениями, измерительные рулетки, магазины резисторов и т.д.

Наряду с многозначными мерами, воспроизводящими дискретные значения величин, существуют многозначные меры с непрерывным воспроизведением величин в некотором диапазоне, например измерительный конденсатор переменной емкости. Точность мер с непрерывным интервалом обычно ниже точности мер с дискретными значениями воспроизводимых величин.

При измерениях с использованием мер сравнивают измеряемые величины с известными величинами, воспроизводимыми мерами. Сравнение осуществляется разными путями, но специфическим средством сравнения величин являются так называемые компараторы. Примером наиболее распространенных компараторов служат обычные равноплечные чашечные весы.

В некоторых случаях роль компаратора может выполнять человек. Так, при измерении длины тела с помощью линейки последняя накладывается на это тело и благодаря зрительному восприятию наблюдатель фиксирует те деления линейки (и их доли), с которыми совпадают соответствующие точки тела.

Измерительный преобразователь – средство измерений, предназначенное для преобразования сигналов измерительной информации в форму, целесообразную для передачи, обработки или хранения. Измерительная информация на выходе измерительного преобразователя, как правило, недоступна для непосредственного восприятия наблюдателем.

Нужно различать измерительные преобразователи и преобразовательные элементы сложного прибора. Первые представляют собой средства измерений и как таковые имеют нормируемые метрологические свойства. Вторые же не имеют самостоятельного метрологического значения и отдельно от того прибора, в который они входят, неприменяются.

Измерительные прео6разователи очень разнообразны. Это термопары, термометры сопротивлений, измерительные шунты, измерительные электроды рН-метров и т.д. Измерительные трансформаторы тока или напряжения, измерительные усилители – тоже измерительные преобразователи. Но для этой группы преобразователей характерно то, что у них сигналы на входе и выходе представляют собой физическую величину одного и того же вида, изменяется лишь ее размер. Поэтому эти измерительные преобразователи называют масштабными измерительными преобразователями.

Измерительный прибор – средство измерений, предназначенноедля преобразования сигналов измерительной информации в форму, доступную для непосредственного восприятия наблюдателем.

По устройству входных цепей измерительные приборы так же разнообразны, как измерительные преобразователи, и трудно обозреть все их многообразие. К тому же подобный обзор и даже классификация более важны для конструирования приборов, чем для описания их общих свойств.

Общим для всех измерительных приборов является наличие отсчетных устройств. Чаще всего последние выполняются в виде шкалы и указателя-стрелки. В этом случае показания прибора являются непрерывной функцией измеряемой величины. Такие приборы называют аналоговыми.

В последние годы распространение получают приборы, автоматически вырабатывающие дискретные сигналы измерительной информации. Показания этих приборов имеют цифровую форму, и называют цифровыми.

Формально под приведенное определение цифровых приборов подпадают как автоматические цифровые вольтметры, мосты и тому подобные приборы, так и индукционные счетчики электрической энергии. Однако у этих приборов большая часть измерительных преобразований осуществляется в дискретной форме, а у индукционных счетчиков все измерительные преобразования сигналов протекают в аналоговой форме и лишь выходной сигнал принимает дискретную форму. Преобразования измерительной информации в дискретной форме обладают рядом специфических особенностей. Поэтому в настоящее время обычно под цифровыми приборами понимают только те приборы, в которых измерительные преобразования происходят в дискретной форме.

Показания цифровых приборов легко фиксируются и удобны для введения в цифровые вычислительные машины. Кроме того, обычно их устройство позволяет получать точность больше, чем та, которая доступна для аналоговых. К тому же при применении цифровых приборов отсутствует погрешность отсчитывания показаний. Однако аналоговые приборы значительно проще цифровых, поэтому надежнее и дешевле. Кроме того, при их применении легче судить о тенденциях изменения измеряемых величин.

В ряде случаев измерительные приборы конструируют так, чтобы осуществлялась регистрация их показаний. Такие приборы называют регистрирующими.

Регистрация может осуществляться в виде непрерывной записи изменения величины во времени или в виде ряда точек этойзависимости. Такие регистрирующие приборы принято называть самопишущими. Регистрация может также осуществляться путем печатания показаний прибора в цифровой форме. Такие приборы называют печатающими.

Иногда измерительные приборы снабжают индукционными, фотооптическими или контактными устройствами и реле в целях управления или регулирования. Подобные приборы называют регулирующими. Приспособления для регулирования стремятся конструировать так, чтобы они не снижали точность измерительного прибора. Однако это удается редко.

К измерительным приборам принято относить и компараторы для сравнения мер и нулевые индикаторы, например гальванометры. Возможно, это объясняется тем, что компаратор с набором мер становится измерительным прибором сравнения, а гальванометр можно использовать как высокочувствительный показывающий прибор.

Измерительная установка – совокупность функционально и конструктивно объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, предназначенная для рациональной организации измерения.

Измерительная установка позволяет предусмотреть определенный метод измерения и заранее оценить погрешность измерений.

Измерительная система – совокупность функционально объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи. Предназначена для преобразования сигналов измерительной информации в форму, удобную для автоматической обработки, передачи, использования в автоматических системах управления и (или) доступную для непосредственного восприятия наблюдателем.[4]

Классическим примером измерительных систем являются телеизмерительные системы. В энергетике обычно в телеизмерительных системах используют проводную связь. Телеизмерительные системы космических аппаратов, естественно, построены с использованием радиосвязи.

Приведенное выше определение измерительной системы взято из ГОСТа 16263 – 70. В учебных пособиях по специальности «информационно-измерительная техника» измерительные системы рассматриваются как частный случай измерительных информационных систем. Последние, в свою очередь, считаются разновидностью информационных систем. К измерительным информационным системам, кроме измерительных, относят также системы автоматического контроля, системы технической диагностики и системы опознавания образов. Объединение перечисленных систем в одну категорию технических средств отражает общность их устройства.

Как видно из приведенного выше, измерительные информационные системы несут, кроме измерительных, еще и другие функции. Поэтому они, по существу, представляют собой нечто большее, чем только средство измерений, и естественно, что в их общем названии эта особенность отражена дополнительным словом. Затруднение вызывает, однако, определение измерительных систем как разновидности измерительных информационных систем. Если считать, что слова «сбор информации» в определении системы говорят о ее пригодности к измерению нескольких величин, то этим качеством может обладать и измерительная установка. То жесамое можно сказать и относительно автоматизации сбора, а также обработки измерительной информации.

Иногда признаком для выделения измерительных систем считают их построение из блоков, выпускаемых как законченные изделия и имеющих нормированные метрологические свойства. Однако ясно, что и простой прибор, например амперметр, можно собирать из отдельных блоков, а их свойства нормировать, но из-за этого измерительный прибор называть измерительной системой не следует.

По мнению автора, термин «измерительная система» нужно понимать в том смысле, как он определен в ГОСТе 16263 – 70. Подчеркнутые этим определением особенности, и прежде всего наличие канала связи, отграничивают измерительные системы от других видов средств измерений по устройству и применению. Попутно следует заметить, что устройство для измерений нескольких величин может быть и измерительной установкой и измерительной системой в зависимости ототсутствия или наличия канала связи. Особенности же, связанные с множеством входных величин, можно учесть введением в эти термины слова, говорящего о централизации измерений, например централизованная измерительная установка и централизованная измерительная система.

 

Эталон единицы, образцовое и рабочее средство измерения

 

Образцовым средством измерений называют меру, измеряемый прибор, измеряемый преобразователь, которые служат для поверки других средств измерений по ним и утверждены в качестве образцовых.

Рабочее средство измерений – средство, применяемое для измерений, не связанных с передачей размера единиц. К рабочим средствам относят приборы, которыми пользуются в повседневной практике. В зависимости от способа использования рабочие средства могут быть разделены на три группы:

1) рабочие средства измерений общего применения – наиболее распространенные, предназначенные для использования в составе различных технических средств независимо от назначения последних;

2) специальные рабочие средства измерений (сервисные) – средства узкого назначения, пригодные для использования только в определенных условиях;

3) встроенные средства измерений – средства, конструктивно входящие в состав технического устройства.

Эталон может быть государственным – исходным для страны. При этом государственный эталон является первичным, воспроизводящим или хранящим единицу физической величины, специальным, заменяющим первичный эталон для воспроизведения единицы в особых условиях. Для обеспечения нужд отраслевых метрологических служб применяются вторичные эталоны, размер единицы которым передается от первичного (специального) эталона. В некоторых случаях, когда не представляется возможным создать эталонное средство измерений, допускается применение так называемого группового эталона, состоящего из однотипных средств измерений (например образцовых или рабочих). Размер единицы физической величины, хранимой групповым эталоном, определяется в соответствии с принятым алгоритмом обработки значений физической величины, воспроизводимых отдельными средствами измерений, входящими в состав группового эталона.