8.2. Обобщенная структура си, ее элементы

Большинство средств измерений состоит из набора модулей (компонентов), каждый из которых выполняет определенную операцию измерительной процедуры и поэтому не может быть отнесен к категории средства измерений. Исключение составляет мера, которая может выступать в двух ипостасях - как один из компонентов структуры СИ (встроенная мера) или как самостоятельное средство измерений. Кроме меры основными структурными компонентами СИ, как уже отмечалось, являются: измерительный преобразователь, компаратор, устройство отображения информации.

Измерительный преобразователь (ИП)– техническое средство, предназначенное для преобразования информации об измеряемой величине в сигнал измерительной информации, удобный для обработки, хранения, дальнейшего преобразования, индикации или передачи и имеющий нормированные метрологические характеристики. Преобразуемая величина называетсявходной, а результат преобразования –выходной величиной. Соотношение между ними задаетсяфункцией преобразованияИП (его статической характеристикой). Выходная величина, как правило, недоступна для непосредственного восприятия наблюдателем. К измерительным преобразователям относят термопары, измерительные трансформаторы тока, измерительные усилители и другие устройства.

По местоположению в измерительной цепи ИП делят на первичные, промежуточные и передающие. На первичный преобразователь непосредственно воздействует объект измерения, т.е. он является первым элементом измерительной цепи. Конструктивно обособленный первичный ИП называют датчиком. Промежуточные (вторичные) измерительные преобразователи располагаются в измерительной цепи после первичного. На выходе передающих ИП образуются сигналы в форме, удобной для их регистрации и передачи на расстояние.

По характеру преобразования сигнала измерительные преобразователи делят на линейные и нелинейные.

Функция преобразования идеального измерительного преобразователя линейна, безинерционна, стабильна и проходит через начало координат.

По виду входных и выходных сигналов ИП делят на:

4. аналоговые, преобразующие один аналоговый сигнал в другой аналоговый сигнал;

5. аналого-цифровые (АЦП), предназначенные для преобразования аналогового измерительного сигнала в цифровой код;

6. цифроаналоговый (ЦАП), которые преобразуют цифровой код в аналоговый сигнал.

7. Компаратор (устройство сравнения)– дает возможность выполнять сравнение мер однородных величин или показаний измерительных приборов, а также сравнивать участки (точки) шкал измерений. Компаратором может быть как техническое устройство, так и естественная или специально созданная среда.

Можно выделить следующие типы компараторов:

0. - соответствующий функциональный узел измерительного прибора: компарирующая ячейка (например, в стрелочном гальванометре это узел рамки, где сравниваются два крутящих момента – возникающий от взаимодействия магнитных полей рамки и магнита и развиваемый пружинкой);

1. - "классический" компаратор, то есть средство измерений, не содержащие меру (равноплечие рычажные весы, фотометрическая головка);

2. - естественная биологическая система: органы чувств человека (зрение, слух, обоняние, вкус);

3. - компарирующие факторы (среды, устройства, процессы, явления), от которых требуется лишь стабильность во времени и однородность в объеме – гравитационное поле Земли при сличении мер массы и силы, температурное поле термостата для сравнения показаний термометров, генерируемое техническими устройствами электромагнитное поле для сличения электроизмерительных проборов, градуировочная жидкость для сличения показаний образцового и рабочего ареометров.

Степень совершенства компаратора определяется минимально возможным порогом чувствительности и быстродействием (временем переключения из одного состояния в другое), которые у идеального компаратора равны нулю.

Устройство отображения информациипредназначено для наблюдения оператором значения измеряемой величины, воспроизводимого средством измерений.Отсчетное(показывающее,индикаторное)устройстводает текущую визуальную информацию об измеряемой величине.Записывающее(регистрирующее)устройствозаписывает выходной сигнал СИ в течение определенного интервала времени; в системах мониторинга регистраторы работают непрерывно.

И отсчетное, и записывающее устройство может быть аналоговым или цифровым. Традиционным аналоговым средством отображения постоянной или медленно изменяющейся величины является отсчетная шкала с указателем. Один из этих элементов неподвижен, другой - изменяет свое положение в зависимости от значения измеряемой величины. Для визуального изображения периодически изменяющейся величины наиболее подходящим средством служит экран электронно-лучевого осциллографа.

Цифровой сигнал в виде конечного числового значения измеряемой величины может отображаться цифровыми индикаторами разнообразной конструкции:

8. - ламповым цифровым устройством (например, лампа тлеющего разряда с десятью проволочными катодами в форме цифр от 0 до 9);

9. - алфавитно-цифровым дисплеем (жидкокристаллическим, плазменным, на основе светоизлучающих диодов) и другими.

10. Характеристики точности средства измерений определяются соответствующими параметрами его составных частей. Поэтому все необходимые параметры компонентов СИ должны иметь установленные пределы для своих отклонений от паспортных значений. Другими словами, каждый компонент структуры средства измерений должен иметь собственные метрологические характеристики.