Способы и виды средств измерений.

Кафедра теплоенергетики

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ навчальної дисципліни

«ТЕПЛОТЕХНІЧНІ ВИМІРЮВАННЯ ТА ПРИЛАДИ»

ГАЛУЗЬ ЗНАНЬ 0506 «Енергетика та енергетичнемашинобудування»

НАПРЯМ ПІДГОТОВКИ 6.050601 «Теплоенергетика»

КВАЛІФІКАЦІЯ Бакалавр енергетики

Розробник

к.т.н., доц. Суртаєв В.В.

Конспект лекцій затверджений на засіданні кафедри теплоенергетики,

протокол № від 20 р.

Зав. кафедрою теплоенергетики

д.т.н., проф. Замицький О.В.

Кривий Ріг – 2016 р.

ОБЩИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

Тема 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ИЗМЕРЕНИЯХ.

1.1. Виды измерений. Методы измерений.

Понятие об измерении Измерением называется процесс получения опытным путем числового соотношения между измеряемой величиной и некоторым ее значением, принятым за единицу сравнения.

Числовое значение измеряемой величины Число, выражающее отношение измеряемой величины к единице измерения, называется числовым значением измеряемой величины; оно может быть целым или дробным, но является отвлеченным чис­лом. Значение величины, принятое за единицу измерения, называ­ется размером этой единицы.

Чем меньше выбранная единица, тем больше для данной измеряемой величины будет числовое зна­чение. Результат всякого измерения является именованным чис­лом. Вследствие этого для определенности написания результата измерения рядом с числовым значением измеряемой величины ста­вится сокращенное обозначение принятой единицы. При выборе единиц измерения необходимо учитывать фактор «удобства» — результат измерений по возможности должен выра­жаться «удобным» числом: не слишком большим и не слишком ма­лым.

Если единица измерения представлена в виде конкретного об­разца, называемого мерой, то процесс измерения сводится к непо­средственному сравнению измеряемой величины с мерой, как материальным выражением единицы измерения.

В тех же случаях, когда непосредственное сравнение невозможно или трудно осуществить, измеряемая величина преобразуется в некоторую другую физическую величину, однозначно связанную с измеряемой и более удобную для измерения. Например, измерение температуры жидкостно-стеклянным термометром сводится к определению длины жидкостного столбика, выраженной в деле­ниях шкалы, а измерение температуры с помощью термометра сопро­тивления к определению электрического сопротивления и т. п.

Прямые измерения По способу получения числового значения искомой величины измерения можно разделить на два вида: прямые и косвенные.

К прямым измерениям относятся те, результат которых получа­ется непосредственно из опытных данных. При этом значение иско­мой величины получается либо путем непосредственного сравнения ее с мерами, либо посредством измерительных приборов, градуиро­ванных в соответствующих единицах. При прямых измерениях результат выражается непосредственно в тех же единицах, что и измеряемая величина. Прямые измерения являются весьма распространенным видом технических измерений. К ним относятся измерения длины — метром, температуры — термометром, давления-—манометром и т. п.

Косвенные измерения К косвенным измерениям относятся те, результат которых полу­чается на основании прямых измерений нескольких других вели­чин, связанных с искомой величиной определенной зависимостью.

К косвенным измерениям относится определение расхода жидкости, газа и пара по перепаду давления в сужающем устройстве и т. п.

Косвенные измерения применяются в технике и научных иссле­дованиях в тех случаях, когда искомую величину невозможно или сложно измерить непосредственно путем прямого измерения или когда косвенное измерение позволяет получить более точные результаты.

Методы измерений В метрологической практике кроме рассмотренных видов измерений применяют совокупные и совместные виды измерения .

В зависимости от назначения и от предъявляемой к ним точности измерения делятся на лабораторные (точные) и технические.

Под принципом измерения понимается совокупность физических явлений, на которых основаны измерения, например измерение тем­пературы с использованием термоэлектрического эффекта, измерение расхода жидкостей по перепаду давления в сужающем устройстве. Под методом измерений понимается совокуп­ность приемов использования принципов и средств измерений.

Процесс измерения, способы проведения его и средства измерений, при помощи которых он осуществляется, зависят от измеряемой величины, существующих методов и условий измерения. При выполнении теплотехнических измерений широко применяют метод непосредственной оценки, метод сравнения с мерой и нулевой метод.

Под методом непосредственной оценки понимается метод измерения, в котором значение измеряемой величины определяют непо­средственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия, например измерение давления манометром, измерение температуры термометром и т. п. Он является самым распространенным, особенно в промышленных условиях.

Метод сравнения с мерой — метод, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной воспроизводимой меры, например измерение э. д. с. термоэлектрического термометра или напря­жения постоянного тока на компенсаторе сравнением с э. д. с. нормального элемента. Его часто называют компенсационным.

Нулевым называется метод, при котором эффект действия изме­ряемой величины полностью уравновешивается эффектом известной величины, так что в результате их взаимное действие сводится к нулю. Применяемый при этом прибор служит только для установления факта достижения уравновешивания и в этот момент показание прибора становится равным нулю. Прибор, применяемый при нулевом методе, сам по себе ничего не измеряет и поэтому его обычно называют нулевым. Нулевой метод обладает высокой точностью измерения. Нулевые приборы, применяемые для осуществления данного метода, должны обладать высокой чувствительностью. Понятие точность к нулевым приборам неприложимо. Точность же ре­зультата измерения, производимого по нулевому методу, определя­ется в основном точностью применяемой образцовой меры и чувстви­тельностью нулевого прибора.

Способы и виды средств измерений.

Общие сведения о средствах измерений Средствами измерений называют технические средства, исполь­зуемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики - характеристики свойств средств измерений, оказывающие влияние на результаты и погрешности измерений.

Виды средств измерений Основными видами средств измерений являются меры, измери­тельные приборы, измерительные преобразователи и измерительные устройства.

Мера — средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Например, гиря есть мера массы; измерительный резистор - мера электрического сопротивления; температурная лампа - мера яркостной или цвето­вой температуры.

1.3.Измерительные приборы и их категории.

Измерительные приборы Измерительным прибором называют средство измерений, пред­назначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Измерительный прибор, показания которого являются непрерывной функцией изменений измеряемой величины, называют аналоговым измерительным прибором. Если показания прибора, автомати­чески вырабатывающего дискретные сигналы измерительной информации, представлены в цифровой форме, прибор называют цифровым.

Показывающим измерительным прибором называют прибор, до­пускающий только отсчитывание показаний. Если в измерительном приборе предусмотрена регистрация показаний, то его называют регистрирующим.

Самопишущим измерительным прибором называют регистрирую­щий прибор, в котором предусмотрена запись показаний в форме диаграммы. Регистрирующий прибор, в котором предусмотрено печатание показаний в цифровой форме, называют печатающим.

Измерительным прибором прямого действия называют прибор, в котором предусмотрено одно или несколько преобразований сиг­нала измерительной информации в одном направлении, т. е. без применения обратной связи, например, показывающий манометр, ртутно-стеклянный термометр.

Измерительный прибор, в котором подводимая величина подвер­гается интегрированию по времени или по другой независимой пере­менной, называют интегрирующим измерительным прибором.

Измерительным преобразователем называют средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обра­ботки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Измерительные преобразователи в за­висимости от их назначения и функций могут быть подразде­лены на первичные, промежуточные, передающие, масштабные и другие.

Первичным преобразователем называют измерительный преобра­зователь, к которому подведена измеряемая величина, т. е. первый в измерительной цепи. В качестве примера можно привести термоэлектрический термометр, термометр сопротивления, сужающее устройство расходомера. Измерительный преобразователь, занимающий в измерительной цепи место после первичного, называют промежуточным.

Передающим измерительным преобразователем называют изме­рительный преобразователь, предназначенный для дистанционной передачи сигнала измерительной информации.

Масштабным измерительным преобразователем называют изме­рительный преобразователь, предназначенный для изменения вели­чины в заданное число раз, например, измерительный трансформатор тока, делитель напряжения, измерительный усилитель и т. п.

Измерительными устройствами называют средства измерений, состоящие из измерительных приборов и измерительных преобразо­вателей. Измерительные устройства в зависимости от их назначения и функций, могут быть подразделены на первичные и промежуточные измерительные устройства (приборы).

Под первичным измерительным устройством (первичным прибо­ром) понимают средство измерений, к которому подведена измеряе­мая величина. Промежуточным измерительным устройством (промежуточным прибором) называют средство измерений, к которому подведен выходной сигнал первичного преобразователя (например, перепад давления, создаваемый сужающим устройством). Первич­ные и промежуточные приборы, снабженные передающими преобра­зователями, могут быть выполнены с отсчетными устройствами или без них.

Вторичными измерительными устройствами (вторичными прибо­рами) называют средства измерений, которые предназначены для работы в комплекте с первичными или промежуточными приборами, а также с некоторыми видами первичных и промежуточных преобразователей.

Кроме рассмотренных средств измерений применяются более сложные измерительные устройства автоматического действия так называемые измерительные информационные системы. Под такими системами понимаются устройства с автоматическим многоканальным (во многих точках) измерением, а в некоторых случаях и обработкой информации по некоторому заданному алгоритму.

Следует отметить, что одним из важных признаков новых разра­боток средств измерений и элементов для устройств автоматизации (автоматического контроля, регулирования и управления) является унификация выходных и входных сигналов преобразователей, пер­вичных, промежуточных и вторичных приборов. Унификация вы­ходных и входных сигналов обеспечивает взаимозаменяемость средств измерений, позволяет сократить разновидность вторичных измерительных устройств. Кроме того, унифицированные приборы и элементы существенно повышают надежность действия устройств автоматизации и открывают широкие перспективы применения информационно-вычислительных машин.

Категории средств измерений В зависимости от назначения, а вместе с тем и от той роли, кото­рую выполняют различные средства измерений (меры, измеритель­ные приборы и преобразователи) в процессе измерения, они делятся на три категории:

1) рабочие меры, измерительные приборы и преобразователи;

2) образцовые меры, измерительные приборы и преобразователи;

3) эталоны.

Рабочими средствами измерений называются все меры, приборы и преобразователи, предназначенные для практических повседнев­ных измерений во всех отраслях народного хозяйства. Они подразделяются на средства измерений повышенной точности (лаборатор­ные) и технические.

Образцовыми называются меры, приборы и первичные преобразователи (например, термоэлектрические термометры, термометры сопротивления), предназначенные для поверки и градуировки ра­бочих мер, измерительных приборов и преобразователей. Верхний предел измерений образцового прибора должен быть равен или более верхнего предела измерений поверяемого прибора. Допускае­мая погрешность образцового прибора или измерительного устрой­ства в том случае, когда поправки к его показаниям не учитываются, должна быть значительно меньше (в 4—5 раз) допускаемой погрешности испытуемого прибора.

Рабочие меры, измерительные приборы и преобразователи пове­ряются в институтах мер и измерительных приборов и в контрольных лабораториях системы Государственного комитета стандартов, мер и измерительных приборов.

Образцовые меры, измерительные приборы и первичные преобра­зователи, предназначенные для поверки рабочих, поверяются в Государственных институтах мер и измерительных приборов и в Государственных контрольных лабораториях 1-го разряда по еще более точным образцовым мерам, приборам и преобразователям, т. е. образцовым средствам измерений более высокого разряда (напри­мер, образцовые приборы 2-го разряда поверяются методом сравне­ния с образцовыми приборами 1-го разряда). Образцовые меры, приборы и преобразователи высшего в данной области измерения разряда (1-го разряда) поверяются в Государственных институтах мер и измерительных приборов по соответствующим рабочим эталонам,

Меры, измерительные приборы и первичные преобразователи, служащие для воспроизведения и хранения единиц измерения с наивысшей (метрологической) точностью, достижимой при дан­ном уровне науки и техники, а также для поверки мер, приборов и преобразователей высшего разряда, называются эталонами.