Общие сведения об измерениях и измерительных средствах

Примем, что буквенное обозначение Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru будет относиться к входным измеряемым, а обозначение Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru – квыходным измеренным величинам. Термин «измерение», в зависимости от контекста, будет трактоваться двояко: как измерительная процедура или, как численный результат измерительной процедуры.

Рассмотрим измерения с точки зрения метода получения результатов. Приведем необходимые определения и сведения, которые используются при решении задач анализа и обработки измерений.

Многократные измерения физической величины Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru образуются на основе последовательности (серии) измерений, осуществленных, как, правило, в одинаковых условиях. Указанные измерения обозначаются, как Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru , Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru , где Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru – номер измерения, Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru – число измерений.

Однократные измерения, обозначаемые в виде Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru , для физической величины Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru являются частным случаем многократных измерений при Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru ( Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru ). Прямые измерения физической величины Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru , также обозначаемые, как Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru , производятся непосредственно на основе показаний измерительных средств.

Косвенные измерения реализуются в предположении, что физическая величина Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru . которая является ненаблюдаемой, и значение которой необходимо определить (измерить), связана с наблюдаемыми (измеряемыми) физическими величинами Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru , Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru функциональной зависимостью известного вида

Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru .

Пусть Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru , являются измерениями физических величин Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru , которые могут быть получены на основе процедур однократных или многократных измерений. Косвенное измерение Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru для величины Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru , достаточно часто представляется, как результат вычисления по исходной зависимости, путем замены Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru , на Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru

Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru . (1.1)

Например, измерение количества выделенного тепла Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru при остывании тела массой Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru , удельной теплоемкости Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru от температуры Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru , до температуры Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru вычисляется на основе известной функциональной зависимости

Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru . (1.2)

Для физических величин Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru , Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru , Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru производятся прямые измерения Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru , Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru , Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru , физическая величина Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru определяется на основе ее табличного значения Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru . Величине Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru ставится в соответствие ее косвенное измерение Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru , вычисляемое по (1.2) в соответствии с (1.1).

Многомерные измерения осуществляются для систем, состояние которых описывается совокупностью (набором) переменных физических величин. В таких системах многомерное состояние может быть представлено вектором Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru и многомерное (векторное) измерение для состояния записывается в виде Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru .

Измерения могут быть классифицированы по виду измеряемых физических величин. Для систем автоматизации, холодильной техники, машин и оборудования пищевой промышленности и отраслей АПК измерения удобно сгруппировать следующим образом:

- Теплофизические измерения, состоящие из измерений температуры, тепловых потоков, количеств тепла, теплоемкостей, коэффициентов теплопроводности и теплопередачи, холодопроизводительности т.д.;

- Механические измерения, включающие измерения масс, плотностей веществ, расходов протекающих веществ, сил, давлении, механических напряжений, энергии, мощностей, перемещений, скоростей (линейных и угловых), ускорений, частот вращения, смещений уровней раздела сред и т.д.;

- Линейно–угловые измерения, включающие измерения линейных размеров, дуг, углов, а также площадей, объемов и т.д.;

- Электрические измерения, охватывающие измерения силы тока, напряжения, электрической мощности и энергии, фазовых сдвигов, измерения сопротивлений, емкостей и т.д.,

- Физико-химические измерения, включающие измерения влажности, измерения составов газов, физических характеристик веществ, концентрации веществ и т.д.,

- Виброакустические измерения, охватывающие измерения вибросмещений, виброскоростей, виброускорений, акустических давлений, акустической мощности как случайных сигналов, уровней вибраций и шумов, спектров вибраций и шумов и т.д.

Измерения, реализуемые при исследованиях, испытаниях, наладке и эксплуатации систем автоматизации, холодильных систем, пищевых машин и оборудования могут входить в одну или несколько указанных групп: теплофизическую, механическую, физико-химическую и др.

Для рассматриваемых предметных областей существуют вполне сложившиеся наборы измерительных задач с относительно устоявшимися средствами к технологиям измерений. В частности, холодильная техника характеризуется, в значительной степени, типовым набором измерительных задач, таких как, измерение показателей качества оборудования -холодопроизводительности холодильных машин или компрессоров, тепловых потоков и коэффициентов теплопередачи для теплообменников, измерение параметров для элементов оборудования - температур, давлений, расходов, влажностей и т.д. Вполне отработаны, учитывающие специфику рассматриваемой предметной области, общие методики измерений и технологии, касающиеся формирования конструкций измерительных (испытательных) теплотехнических стендов, выбора типов измерительных средств и определения требований к точности измерений.

Современные измерительные задачи реализуются с применением микроэлектроники и компьютерной техники, обеспечивающих получение существенно эффективных измерений, и предполагающих: наличие распределенных объектов измерения (например, холодильных камер, холодильных мании, теплообменных аппаратов, испытательных стендов и т.д.), состояние которых определяется совокупностью параметров и для которых производятся многоканальные измерения, 2) применение системы сбора многоканальной измерительной информации и ЭВМ; 3) возможность управления от ЭВМ процессам измерения; 4) реализацию в ЭВМ математической обработки больших объемов измерительной информации.

Приведем общепринятую классификацию для измерительных средств.

Измерительный преобразователь –- это техническое устройство, вырабатывающее измерительную информацию в виде. необходимом для последующего использования в автоматических системах, в системах передачи и обработки данных и т.д. На вход измерительного преобразователя поступает измеряемая физическая величию Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru , выходом является физическая величина, обозначаемая как Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru ,в которой содержится измерительная информация о величине Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru . Данное техническое устройство прообразует одну 'физическую величину Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru в другую физическую величину Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru . Измерительный преобразователь представляет собой достаточно общее понятие.

Измерительное средство – это техническое устройство, предназначенное для реализации измерений и имеющее определенные метрологические характеристики. Входом для измерительного средства служит измеряемая физическая величина Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru , выходом – ее измеренное значение, обозначаемое, как Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru .

Мера –- это измерительное средство, предназначенное для воспроизведения (калибровки) измеряемой физической величины; например, к мерам относятся такие измерительные средства, как мерные массы, мерные линейки (меры длины) и г.д.

Измерительный прибор – это измерительное средство, предназначенное для выработки измерительной информации, доступной для непосредственного наблюдения. Измерительные приборы различаются типом выходной информации: 1) приборы с аналоговой (непрерывной) выходной информацией, в которых, чаще всего, для считывания показаний применяются стрелочные индикаторы; 2) приборы с цифровой выходной информацией, для которых показания, как правило, считываются в цифровой форме, например, со светодиодных индикаторов. Измерительные приборы бывают показывающими, регистрирующими или комбинированными.

Датчики – это измерительные преобразователи с выходной информацией в виде аналогового электрического сигнала. Датчики, как правило, входят в состав контрольно – измерительных приборов и систем автоматики. Иногда датчики включаются в единый конструктивный узел – измерительный регулятор, на который возлагаются задачи регулирования.

Датчики физических величин, которые выпускаются специализированными фирмами, как правило, подвергаются унификации по целому ряду параметров: по источникам питания; по форме и размерам монтажных плат, каркасов, панелей, пультов, конструкций корпусов, оснований и присоединительных узлов, по видам исполнений – пыле- и влагозащитном, герметичном, виброустойчивом и т.д.

Рассмотрим унифицированные требования к выходным электрическим сигналам датчиков в части диапазонов изменения по току или напряжению. Предполагается, что для датчиков устанавливаются пределы изменения намеряемых физических величин Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru , Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru : обозначения Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru , Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru (мА или В) применяются для задания граничных значений диапазона изменения выходных сигналов. При этом, выходной сигнал датчика Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru связывается с измеряемой величиной Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru линейной зависимостью с насыщением

Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru для Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru , (1.3)

причем Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru для Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru и Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru для Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru . По величине выходного сигнала Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru для Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru на основе (2 1.3) определяется измеряемая величина Общие сведения об измерениях и измерительных средствах - student2.ru .

Микропроцессорные датчики – это измерительные преобразователи с выходной информацией в виде цифрового кода. Микропроцессорные датчики состоят: 1) из аналоговой части, преобразующей измеряемую физическую величину в электрический сигнал, 2) из микропроцессорной части, состоящей из блока АЦП, микропроцессорного блока, блока памяти и блока управления. Микропроцессорная часть представляет собой, фактически, микроЭВМ, реализованную в виде микросхемы. Наличие микроЭВМ, даже с ограниченными арифметическими возможностями и памятью, позволяет реализовать функции интеллектуальных датчиков, осуществляющих предварительную обработку информации и управление процессом измерения.

Для обеспечения удобств сопряжения микропроцессорных датчиков с ЭВМ или локальной вычислительной сетью выходные цифровые коды от указанных датчиков нормируются соответствующим образом. Взаимная передача цифровой информации между системой микропроцессорных датчиков и ЭВМ через локальную сеть реализуется на основе протоколов обмена. Цифровые сигналы, посылаемые от ЭВМ к датчикам или наоборот, формируются на основе определенных протоколом правил, которые позволяют декодировать (кодировать) принятую (посланную) информацию.

Датчики (сенсоры) на интегральных схемах–- это измерительные преобразователи, реализованные в виде специальных интегральных схем. Конструкции указанных датчиков обязательно содержат аналоговую часть; параметры электронных компонент аналоговой части оказываются зависящими от измеряемых физических величин, например, температуры, давления, влажности и т.д.

Компьютерные измерительные системы – представляют собой системы, состоящие из ЭВМ, набора измерительных средств, электронных схем ввода аналоговых измерительных сигналов в ЭВМ и вывода цифровых сигналов из ЭВМ для передачи управляющих сигналов в измерительные средства. Применение ЭВМ позволяет эффективно решать задачи управления измерительными средствами, задачи обработки результатов измерений, задачи отображения измерительной информации на мониторе, задачи выбора информации, полученной от нескольких измерительных средств.

Наши рекомендации