1.3 Классификация измерительных приборов

Существуют различные классификации ИП, однако не одна из них не является исчерпывающей. Приведем классификацию ИП в соответствии со следующими классификационными признаками:

- назначение;

- элементная база;

- вид сигнала измерительной информации;

- метод измерения;

- метод отсчёта;

- вид измеряемой физической величины.

По назначению ИП делятся на две группы:

1) приборы метрологического назначения;

2) технические, или рабочие.

К первым относятся меры и образцовые ИП, вся остальная часть приборов относится ко вторым.

По элементной базе ИП также делятся на две группы:

1.Электрические, или электроизмерительные, или электромеханические.

2.Электронные, или радиоизмерительные.

Это деление обусловлено рабочим частотным диапазоном. Первые работают на частоте питающей сети, вторые - на радиочастотах.

По виду сигнала измерительной информации ИП делятся:

1.Аналоговые.

2.Цифровые, предполагают наличие в своем составе АЦП и ЦАП.

По методу измерения приборы делятся на:

1.ИП непосредственной оценки.

2.ИП сравнения.

3.Комбинированные.

По методу отсчёта различают:

1.Показывающие.

2.Регистрирующие.

В показывающих ИП значение физической величины определяется по отсчётному устройству. ИП второй группы предполагают регистрацию результатов измерения на каком-либо носителе.

По виду измеряемой физической величины ИП делятся на:

1.Амперметры.

2.Вольтметры.

3.Частотомеры.

и т.д.

Приборы электромеханические делятся на следующие разновидности:

1.Магнитоэлектрические – М.

2.Электромагнитные – Э.

3.Электро- и ферродинамические – Д.

4.Электростатические – С.

5.Индукционные – И.

6.Термоэлектрические – Т.

7.Комбинированные (тестеры) – Ц.

Название приборов обусловлено различным принципом действия. В большинстве этих приборов есть подвижная вращающаяся и неподвижная части. Способ создания момента вращения определяет тип прибора и его название.

Буквенно-цифровое обозначение начинается с заглавной буквы русского алфавита.

Электронные приборы делятся на 20 подгрупп в зависимости от назначения. Название подгрупп связано с условным буквенно-цифровым обозначением.

Подгруппа А – приборы для измерения силы тока, подгруппа В – приборы для измерения напряжения, и т.д.

Условное обозначение радиоизмерительного прибора состоит из обозначения вида, к которому он относится и номера модели. Перед номером модели ставится дефис.

В2 – вольтметры постоянного тока;

В3 – вольтметры переменного тока;

В4 – импульсные вольтметры;

В6 – селективные (частотно-избирательные) вольтметры;

В7 – универсальные вольтметры.

2 – 7 – вид вольтметра.

Пример: В3 – 38, где 38 – модель или номер разработки.

В буквенно-цифровом обозначении помимо вида и номера разработки могут присутствовать русские буквы А, Б, которые свидетельствуют о том, что прибор подвергался модернизации. Пример: В3 – 38А, В3 – 38Б. Могут еще стоять через косую черту цифры, которые означают, что прибор подвергался конструктивной доработке. Пример: В3 – 38/1, В3 – 38/2.

1.4 Основные технические характеристики измерительных приборов

Возможность эффективного использования ИП характеризуется группой свойств, которая получила название технические характеристики (ТХ). ТХ отражают абсолютно все свойства ИП (точность, чувствительность, габариты, массу, диапазон измерений, надежность, и т.д.). Среди этой группы свойств приборов принято выделять те свойства, которые обусловливают точность измерений и эту группу характеристик называют метрологическими характеристиками.

К наиболее важным метрологическим характеристикам ИП относят следующие характеристики:

1. Номинальная статическая характеристика преобразования (НСХП).

2. Чувствительность прибора.

3. Цена деления прибора.

4. Диапазон измерений.

5. Диапазон показаний.

6. Диапазон частот.

7. Потребляемая мощность.

8. Входной импеданс.

9. Динамические характеристики прибора.

10. Погрешности.

11. Класс точности прибора.

Рассмотрим эти характеристики:

1. Номинальная статическая характеристика преобразования (НСХП) – зависимость информативных параметров входного и выходного сигналов измерительной информации при заданных условиях измерения. Эта характеристика может быть представлена в виде аналитической зависимости между информативными параметрами сигнала в виде таблицы или графика. Это та формула, которая описывает принцип действия прибора, она является исчерпывающей характеристикой прибора, и все остальные характеристики метрологически вытекают из этой аналитической зависимости. В технических описаниях к приборам эта характеристика обычно не приводится, она имеет интерес для разработчиков.

2. Чувствительность прибора характеризует способность ИП реагировать на изменение входного сигнала измерительной информации. Чувствительность представляет собой отношение изменения сигнала на выходе к вызвавшему его изменению входного сигнала. Если обозначить изменение входного сигнала , а - соответствующее изменение выходного сигнала, то чувствительность .

Различают чувствительность абсолютную и относительную .

На практике широко вместо понятия чувствительность пользуются понятием порог чувствительности, под которым понимают минимальное значение изменения входного сигнала измерительной информации, на которое реагирует измерительный прибор.

3. Характеристика, обратная чувствительности, называется постоянной прибора, или ценой деления шкалы.

.

Понятие цена деления существует и для цифровых ИП, но смысл другой – вес единицы младшего разряда кода. Требование стабильности чувствительности при любых сочетаниях влияющих факторов является одним из важнейших требований, предъявляемых к ИП.

4. Диапазон измерений – интервал значений измеряемой физической величины, в пределах которого нормирована погрешность ИП. Диапазон измерений сверху и снизу ограничивается пределами измерений и, как привило, разбивается на поддиапазоны.

5. Диапазон показаний прибора обусловлен начальным и конечным значениями шкалы прибора.

6. Диапазон частот – полоса частот, в пределах которой нормирована погрешность ИП.

7. Потребляемая мощность (от объекта исследования) отражает степень взаимодействия объекта измерения и измерительного прибора. Чем меньше мощность, потребляемая прибором от объекта измерения, тем в меньшей степени измерительный преобразователь влияет на режим работы объекта измерения, тем выше точность результатов измерения.

8. Входной импеданс ИП – полное эквивалентное сопротивление прибора со стороны входных зажимов. В составе входного импеданса выделяют активную и реактивные составляющие. Наличие реактивных составляющих обусловлено паразитными параметрами входных цепей ИП.

Примеры паразитных емкостей: индуктивность соединительных проводов, межвитковые емкости, емкости между проводниками и общей шиной приборов, которые проявляются на частотах, превышающих сотни килогерц. При измерениях в диапазоне частот до сотен килогерц принято считать, что входной импеданс прибора представляет собой только активную его составляющую. Кроме того, между паразитной индуктивностью и паразитной емкостью могут возникать резонансы, влияние которых негативно сказывается на свойствах ИП, поэтому при проектировании приборов стремятся обеспечить такие значения паразитных параметров, чтобы частоты собственных резонансов не менее чем в 50 раз превышали верхнюю граничную частоту прибора.

9. Динамические характеристики ИП. Эта группа характеристик определяет реакцию прибора на изменения измеряемой физической величины во времени. Различают полные и частные динамические характеристики. К полным относят комплексную частотную характеристику прибора и переходную характеристику прибора, а частные динамические характеристики представляют собой параметры полных динамических характеристик. К ним относят время успокоения и быстродействие прибора. Под временем успокоения понимают промежуток времени от момента скачкообразного изменения измеряемой физической величины до момента установления показаний прибора. Другое название этой характеристики – время установления показаний. Такое понятие относится только к аналоговым ИП. Это значение нормируется и должно составлять не более 4 с. Аналогичная характеристика для цифровых ИП – быстродействие – количество измерений за единицу времени.

10. Любой результат измерений характеризуется некой неточностью, которая называется погрешностью. Различают погрешности измерений и погрешности измерительных приборов, которые являются частью погрешности измерений. Применительно к ИП регламентируются 4 вида погрешностей:

1.Основная.

2.Дополнительная.

3.Динамическая.

4.Погрешность взаимодействия.