§ 27.3. Средства измерений. Основные понятия и классификация.

Средство измерения - техническое устройство, предназначенное для экспериментального определения численного значения физической величины, имеющее нормированные метрологические показатели и характеристики, воспроизводящие и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным в пределах установленной погрешности в течение определенного промежутка времени. Все средства измерения при воздействии на них измеряемой величины Х вырабатывают сигнал Y, несущий информацию об этой величине. Средства измерения состоят из различных измерителей-преобразователей и других устройств, обеспечивающих решение измерительной задачи.

Рассмотрим процесс измерения. У нас есть некий объект измерения, который не существует автономно. Возникают некие вспомогательные средства измерения, обеспечивающие функционирование этого ОИ. Под действием эти вспомогательных средств и каких-то управляющих команд ОИ вырабатывает некий измерительный сигнал Х. Он воспринимается чувствительным элементом средств измерения, который затем поступает на первичный преобразователь. Значит в чувствительном элементе Х преобразуется в некую величину Х₁, а после первичного преобразователя уже, как правило, сигнал становится электрическим. Например, в манометре происходит передача давления на трубку бурдона, трубка бурдона соответственно преобразует величину этого давления в механическое перемещение, либо в угловое, которое в свою очередь передается уже на какой-то датчик. Любые не электрические величины, особенно для автоматизированной обработки, конечно, преобразуются в электрические. В резисторном датчике существует некоторая мембрана. Под действием давления мембрана прогибается, перемещение мембраны фиксируется изменением сопротивления. Это изменение уже дальше идёт в измеритель преобразователя, которых может быть несколько ИП₁, ИП_n, на выходе ПН возникает измерительный сигнал Y_n+1, который уже удобен нам для ввода его в анализатор. Этот анализатор может быть непосредственно ЭВМ или наблюдателем. На этом этапе от первого до энного преобразователя обычно происходит отстройка от погрешности измерения, компенсация различных помех, иногда здесь происходит сравнение с мерой - так называемый компаратор, и т.д. Анализатор должен принять управляющее решение, т.е. решить измерительную задачу. Цель измерений всегда записывается в ПИ.

Совокупность чувствительного элемента и первичного преобразователя называется датчиком. Иногда, средство измерения включает в себя и анализатор, если это не человек. Средство измерения может не снабжаться эталоном физической величины, тогда возникает специфический ИП, который отдельно стоит в ряду всех ИП. На выходе ИП_n стоит так называемый компаратор, который сопоставляет измерительный сигнал Y_n+1 с однородным сигналом от меры (эталона), который идет к анализатору.

Частным случаем средства измерения является сопоставление в нем измерительного сигнала Y_n+1 с сигналом Y_n от меры. Устройство для сопоставления этих сигналов называется компаратором.

По роли, выполняемой в системе обеспечения единства измерений, различают: метрологические (образцовые) и рабочие средства измерения. По уровню автоматизации: не автоматические, автоматизированные и автоматические.

Если в конце воспринимает сигнал Y наблюдатель или исследователь, в этом случае мы имеем дело с неавтоматическими средствами измерения: человек, принимает решение о том, что делать дальше. Как правило мы работаем сейчас в области автоматизированных СИ. Конечное решение в автоматизированных СИ в конечном итоге может принимать человек. В автоматических СИ человека нет, объект существует автономном режиме.

По уровню стандартизации различают стандартные и уникальные (специальные) средства измерения. Поскольку в области измерительной техники мы вынуждены создавать новые СИ, т. к. объект еще не освоен в значительной степени, которые бы измеряли те параметры, которые раньше не измерялись. А значит надо их как-то аттестовать, задать какие-то физические характеристики, выпускается документ, который по мере вхождения в практику дополняется, и в конце концов разрабатывается ГОСТ.

По отношению к измеряемой величине: основные и вспомогательные.

По выполняемым функциям: элементарные и комплексные средства измерения.

К элементарным относят: меры, компораторы, регистраторы, т.е. те технические объекты, которые выполняют какую-либо одну функцию. К комплексным средствам измерения относятся: приборы, измерительные установки, измерительные системы и измерительные вычислительные комплексы.

Приборы - средства измерения, предназначенные для измерения одной или нескольких физических величин в заданном диапазоне измерения и выдачи информации в виде удобном для наблюдателя.

Измерительные установки - комплекс средств измерения и вспомогательных систем функционально связанных между собой и расположенных в одном месте. (измерительные стенды, т. д.). Измерительные системы обеспечивают решение измерительной задачи так же как и измерительные установки, но и в автоматизированном режиме. Измерительно-вычислительные комплексы включают в себя и анализаторы, т.е. могут вырабатывать кроме измерительных и управляющие сигналы.