Общие сведения о средствах измерений (СИ)

Средство измерений – техническое средство (или их комплекс), предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным в пределах установленной погрешности и в течение известного интервала времени.

1. По метрологическому назначению средства измерений подразделяются на:

· эталоны – это средства измерений или комплекс средств измерений, предназначенных для воспроизведения и хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утвержденные в качестве эталона в установленном порядке. Воспроизводят единицу ФВ с наивысшей точностью.

Различают следующие виды эталонов:

ü первичный – это эталон, воспроизводящий единицу физической величины с наивысшей точностью, возможной в данной области измерений на современном уровне научно-технических достижений. Они составляют основу государственной системы обеспечения единства измерений;

ü вторичный – эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы;

ü сравнения – эталон, применяемый для сличений эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом;

ü исходный – эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами (в данной лаборатории, организации, на предприятии), от которого передают размер единицы подчиненным эталонам и имеющимся средствам измерений;

ü рабочий – эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерений. Это самые распространенные эталоны;

ü государственный – первичный эталон, признанный решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории государства. Государственные эталоны создаются, хранятся и применяются центральными метрологическими научными институтами;

ü национальный – эталон, признанный официальным решением служить в качестве исходного для страны;

ü международный – эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.

· образцовые средства измерений, предназначенные для обеспечения единства измерений в стране и служащие для поверки по ним других средств измерений.

· рабочие средства измерений (РСИ), предназначенные для измерений физических величин, не связанных с передачей размера единицы другим средствам измерений. РСИ являются самыми многочисленными и широко применяемыми. Примеры РСИ: электросчетчик – для измерения электрической энергии; теодолит – для измерения плоских углов; нутромер – для измерения малых длин (диаметров отверстий); термометр – для измерения температуры; измерительная система теплоэлектростанции, получающая получить измерительную информацию о ряде физических величин в разных энергоблоках.

2. По стандартизации средства измерений делятся на:

· стандартизованные средства измерений, изготовленные в соответствии с требованиями государственного или отраслевого стандарта.

· нестандартизованные средства измерений – уникальные средства измерений, предназначенные для специальной измерительной задачи, в стандартизации требований к которому нет необходимости. Нестандартизованные средства измерений не подвергаются государственным испытаниям (поверкам), а подлежат метрологическим аттестациям.

3. По степени автоматизации средства измерений делятся на:

· автоматические средства измерений, производящие в автоматическом режиме все операции, связанные с обработкой результатов измерений, их регистрацией, передачей данных или выработкой управляющего сигнала;

· автоматизированные средства измерений, производящие в автоматическом режиме одну или часть измерительных операций;

· неавтоматические средства измерений, не имеющие устройств для автоматического выполнения измерений и обработки их результатов (рулетка, теодолит и т. д.).

4. По конструктивному исполнению средства измерений делятся на:

· меры;

· измерительные преобразователи;

· измерительные приборы;

· измерительные установки;

· измерительно-информационные системы.

Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера, значение которого выражено в установленных единицах и установлено с необходимой точностью. Мера выступает в качестве носителя единицы физической величины и служит основой для измерений. Примеры мер: нормальный элемент – мера Э.Д.С. с номинальным напряжением 1 В; кварцевый резонатор – мера частоты электрических колебаний. Меры бывают однозначные и многозначные.

ü Однозначная мера воспроизводит одно значение физической величины, т. е. воспроизводит эту величину одного размера, например конденсатор постоянной емкости, нормальный элемент, измерительный резистор и др.

ü Многозначные меры воспроизводят (плавно или дискретно) ряд значений одной и той же физической величины (ряд ее размеров). Примерами многозначных мер могут быть: конденсатор переменной емкости, магазин сопротивлений, обеспечивающий ряд дискретных значений сопротивлений.

Измерительный преобразователь – средство измерений для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному наблюдению человеком (оператором).

1. По характеру преобразования измерительные преобразователи различают:

ü аналоговый измерительный преобразователь – измерительный преобразователь, преобразующий одну аналоговую величину (аналоговый измерительный сигнал) в другую аналоговую величину (измерительный сигнал);

ü аналого-цифровой измерительный преобразователь – измерительный преобразователь, предназначенный для преобразования аналогового измерительного сигнала в цифровой код;

ü цифро-аналоговый измерительный преобразователь – измерительный преобразователь, предназначенный для преобразования числового кода в аналоговую величину.

2. По месту в измерительной цепи измерительные преобразователиподразделяются на:

ü первичный измерительный преобразователь (ПИП) – измерительный преобразователь, на который непосредственно воздействует измеряемая физическая величина. ПИП является первым преобразователем в измерительной цепи измерительного прибора;

ü датчик – конструктивно обособленный первичный измерительный преобразователь;

ü детектор – датчик в области измерений ионизирующих излучений;

ü промежуточный (вторичный) измерительный преобразователь – измерительный преобразователь, занимающий место в измерительной цепи после первичного преобразователя.

3. По принципу действия:

ü генераторные преобразователи (имеют выходной сигнал по току, напряжению или ЭДС);

ü параметрические преобразователи (имеют выходной сигнал по сопротивлению, емкости или индуктивности).

4. По другим признакам измерительные преобразователи подразделяются на:

ü передающий измерительный преобразователь – измерительный преобразователь, предназначенный для дистанционной передачи сигнала измерительной информации;

ü масштабный измерительный преобразователь – измерительный преобразователь, предназначенный для изменения размера величины или измерительного сигнала в заданное число раз;

ü нормирующий преобразователь – измерительный преобразователь, осуществляющий преобразование естественного выходного сигнала в стандартный унифицированный сигнал тока, напряжения, частоты.

Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия человеком (оператором).

1. По способу представления информации различают:

ü показывающий измерительный прибор – измерительный прибор, допускающий только отсчитывание показаний значений измеряемой величины;

ü регистрирующий измерительный прибор – измерительный прибор, в котором предусмотрена регистрация показаний. Регистрация значений может осуществляться в аналоговой или цифровой формах. Выделяют самопишущие и печатающие регистрирующие приборы.

2. По методу измерений:

ü измерительный прибор прямого действия – измерительный прибор, например, манометр, амперметр в котором осуществляется одно или несколько преобразований измеряемой величины и значение её находится без сравнения с известной одноимённой величиной;

ü измерительный прибор сравнения – измерительный прибор, предназначенный для непосредственного сравнения измеряемой величины с величиной, значение которой известно.

3. По форме представления показаний:

ü аналоговый измерительный прибор – измерительный прибор, показания которого или выходной сигнал являются непрерывной функцией изменений измеряемой величины;

ü цифровой измерительный прибор – измерительный прибор, показания которого представлены в цифровой форме.

4. По другим признакам:

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

ü интегрирующий измерительный прибор – измерительный прибор, в котором значение измеряемой величины определяются путём её интегрирования по другой величине.

5. По способу применения и конструктивному исполнению:

ü стационарные,

ü щитовые,

ü панельные,

ü переносные.

6. По принципу действия с учётом конструкции:

ü с подвижными частями,

ü без подвижных частей.

Для приборов с механической частью также по способу создания противодействующего момента:

ü с механическим противодействием,

ü с магнитным или на основе электромагнитных сил.

7. По характеру шкалы и положению на ней нулевой точки:

ü равномерная шкала,

ü неравномерная шкала,

ü с односторонней, двухсторонней (симметричной и несимметричной) шкалами,

ü с безнулевой шкалой.

8. По конструкции отсчётного устройства:

ü непосредственный отсчёт,

ü со световым указателем – световым зайчиком,

ü с пишущим устройством,

ü язычковые – вибрационные частотометры,

ü со шкалой на оптоэлектронном эффекте.

9. По точности измерений:

ü нормируемые,

ü ненормируемые – индикаторы или указатели.

10. По виду используемой энергии (физическому явлению):

ü электромеханические,

ü электротепловые,

ü электрокинетические,

ü электрохимические и т. д.

11. По роду измеряемой величины:

ü вольтметры,

ü амперметры,

ü веберметры,

ü частотометры,

ü ваттметры и т. д.

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных средств измерений, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного наблюдения человеком и расположенная в одном месте. Измерительная установка может включать в себя меры, измерительные приборы и преобразователей, а также различные вспомогательные устройства.

Измерительная система (ИС) – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого пространства (среды, объекта, технологического процесса и т. п.) с целью измерений одной или не­скольких физических величин, свойственных этому пространству (объекту, среде и т. п.). В зависимости от числа измерительных каналов в системе они подразделяются на одно-, двух-, трехканальные и т. д.

Измерительную систему, снабженную средствами автоматического получения и обработки измерительной информации, называютавтоматической измерительной системой.

Измерительная система, которая перестраивается в зависимости от изменения измерительной задачи, называется гибкой измерительной системой.

Различают:

· измерительная информационная система (ИИС) – измерительная система, предназначенная для целей представления измерительной информации в виде, необходимом потребителю;

· измерительная контролирующая система (ИКС) – измерительная система, предназначенная для целей контроля параметров технологического процесса, явления, движущегося объекта и т. п.;

· измерительная управляющая система (ИУС) – измерительная система предназначенная для целей автоматического управления технологическим процессом, движущимся объектом и т. п.;

· измерительно-вычислительный комплекс (ИВК) – функционально объединенная совокупность средств измерений, ЭВМ и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения в составе ИИС конкретной измерительной задачи.