Классификация и показатели измерительных приборов

Измерительные приборы по принципу действия в общем виде можно разделить на электромеханические и электронные.

По структурной схеме приборы делятся на аналоговые и цифровые.

Аналоговый измерительный прибор (АИП) — это средство измерений, показания которого являются непрерывной функцией изменения измеряемой величины. Аналоговые измерительные приборы делятся на четыре основные группы.

В первую, самую большую группу входят приборы для измерения параметров и характеристик сигналов (например, осциллографы, вольтметры, частотомеры, анализаторы спектра и т.д.).

Вторую группу образуют приборы для измерения параметров и характеристик активных и пассивных элементов электрических схем. Это измерители сопротивления, емкости, индуктивности, параметров микросхем, транзисторов, а также приборы для снятия частотных и переходных характеристик.

Третью группу составляют измерительные генераторы, являющиеся источниками сигналов различной амплитуды, формы и частоты.

К четвертой группе относятся такие элементы измерительных схем, как преобразователи, аттенюаторы, фазовращатели, ответвители и т.д.

Цифровым измерительным прибором (ЦИП) называется средство измерений, автоматически вырабатывающее дискретные сигналы измерительной информации, показания которого представлены в цифровой форме.

По конструктивному исполнению измерительные приборы подразделяются на показывающие и регистрирующие, среди которых различают самопишущие и печатающие.

Показывающий измерительный прибор — устройство, допускающее только считывание показаний оператором.

Регистрирующий измерительный прибор — прибор, в котором предусмотрена регистрация показаний.

Самопишущий измерительный прибор — регистрирующий измерительный прибор, в котором предусмотрено печатание показаний в форме диаграммы, а печатающий — в виде цифр.

По принципу действия измерительные приборы классифицируются на следующие виды:

Ø прямого действия — в них предусмотрено одно или несколько преобразований сигнала измерительной информации в одном направлении, т.е. без применения цепей обратной связи, например амперметры, вольтметры;

Ø сравнения — предназначены для непосредственного сравнения измеряемой величины с известной величиной, например электроизмерительный потенциометр;

Ø интегрирующие — устройства, в которых измеряемая величина интегрируется по времени или другой независимой переменной, например электрический счетчик энергии;

Ø суммирующие — приборы, показания которых функционально связаны с суммой двух или нескольких величин, подводимых к ним по различным каналам, например ваттметр для измерения суммы мощностей нескольких электрических генераторов.

Измерительные приборы характеризуются следующими основными показателями.

Диапазон измерений — область значений измеряемой величины, для которой нормированы допустимые погрешности измерительного прибора (средства измерений).

Диапазон показаний — размеченная область шкалы, ограниченная ее начальным и конечным значениями, т.е. указанными на ней наименьшим x_min и наибольшим x_max возможными значениями измеряемой величины (этот диапазон может быть шире диапазона измерений).

Предел измерений — наибольшее или наименьшее значение диапазона измерений.

Область рабочих частот (диапазон частот) — полоса частот, в пределах которой погрешность прибора, полученная при изменении частоты сигнала, не превышает допустимого предела.

Цена деления шкалы — разность значений измеряемой величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы.

Чувствительность (S) по измеряемому параметру — отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызвавшему его изменению измеряемой величины. Чувствительность подразделяется на абсолютную, относительную и предельную.

Абсолютную чувствительность можно рассчитать по формуле

S = ,

где ∆y — измерение сигнала на выходе; ∆x — измерение измеряемой величины.

Относительная чувствительность определяется следующим образом:

S_отн = ,

где x — измеряемая величина.

Предельная чувствительность (по напряжению, току или мощности) — минимальная величина исследуемого сигнала (напряжения, тока или мощности), подаваемого на вход прибора, которая необходима для получения отсчета с погрешностью, не превосходящей допустимой.

Разрешающая способность — минимальная разность двух значений измеряемых однородных величин, которая может быть различима с помощью прибора.

Порог реагирования (чувствительности) — изменение измеряемой величины, вызывающее наименьшее изменение показаний, обнаруживаемое наблюдателем при нормальном для данного прибора способе отсчета.

Вариация показаний — средняя разность между показаниями прибора, соответствующими данной точке диапазона измерений, при двух направлениях медленного многократного изменения измеряемой величины. Показанием называется значение измеряемой величины, определяемое по отсчетному устройству прибора и выраженное в принятых единицах этой величины. Вариация характеризует, насколько устойчиво повторяются показания прибора при измерениях одних и тех же значений величин.

Время установления показаний (время успокоения) — промежуток времени, прошедший с момента изменения измеряемой величины до момента установления показаний. Для аналоговых приборов момент установления показаний определяется моментом, когда амплитуда колебаний указателя становится не больше, чем погрешность прибора.

Погрешности измерительного прибора (инструментальные погрешности) оказывают существенное влияние на точность измерения физической величины.

Контрольные вопросы

1Как организована и каким законом установлена Государственная система обеспечения единства измерений?

2Какие отношения регулирует закон?

3Что является Нормативной и Технической базой обеспечения единства измерений?

4Что обозначают термины «принцип измерений» и «метод измерений»?

5Что такое Калибровка средства измерений?

6Какие методы допускаются для поверки и калибровки средств измерений?

7На что разделяются и распространяются Поверочные схемы?

8Какие различают разновидности метода сравнения?

9Какие режимы измерений различают по характеру изменения измеряемой величины во времени?

10На какие виды по принципу действия делятся измерительные приборы?

11Что такое Цифровой измерительный прибор?

12На что подразделяются измерительные приборы по конструктивному исполнению?

13Что понимается под достоверностью и правильностью измерений?

14Как выглядит схема Российской службы калибровки?

15Объясните структурную схему организации государственной поверочной службы.