Средства измерений
Средства измерений делят на меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки, и измерительные системы.
Мера - средство измерения, воспроизводящее физическую величину известного (заданного) размера (гири, концевые меры и т.п.).
Измерительный преобразователь - средство измерения, предназначенное
для преобразования сигналов измерительной информации в форму,
целесообразную для передачи, обработки, хранения. Измерительная информация на выходе преобразователя. как правило, недоступна для непосредственного восприятия оператором (термопара).
Измерительный прибор - средство измерения, предназначенное для преобразования сигналов измерительной информации в форму, доступную для непосредственного восприятия оператором. Общим для всех измерительных приборов является наличие отсчетных шкал и устройств.
Измерительная установка - совокупность функционально и конструктивно объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, предназначенная для рациональной организации измерения. Измерительная установка позволяет предусмотреть определенный метод измерения и заранее оценить погрешность измерения (оптическая скамья и т.п.).
Характеристики измерительного прибора
Любой измерительный
прибор (средство измерения) можно
рассматривать как преобразователь
входного сигнала x
в выходной сигнал
.
Измеряемая прибором величина (перемещение
объекта, мощность излучения и т.д.) служит
входным сигналом. Выходной сигнал будет
иметь различный вид
в
зависимости от способа выдачи информации
(перемещение стрелки гальванометра,
изменение напряжения и т.д.).
Различают динамический и статистический режимы измерений. В первом случае входной и выходной сигналы изменяются с течением времени, во втором - сохраняют постоянные значения.
Законы преобразования сигналов при динамическом и статическом режимах выражаются соответственно через динамические и статические характеристики.
Динамическая характеристика выражается аналитически в виде дифференциального уравнения, связывающего входную величину x и выходную и их производные
(1.6)
Отношение изображений выходного и входного сигналов при нулевых начальных условиях называется передаточной функцией прибора.
Статической характеристикой называют зависимость между установившимися значениями выходного и входного сигналов.
(x)
(1.7)
Статическую характеристику можно получить из динамической при равенству нулю всех производных. Для измерительных приборов, снабженных отсчетной шкалой, зависимость (1.7) является также уравнением шкалы. Иногда статическую характеристику называют также функцией преобразования сигнала или градуировочной характеристикой (рис.1.1).
В зависимости от задач измерения статическая характеристика может быть линейной, нелинейной, проходящей и не проходящей через начало координат.
Наименьшие значения сигналов x и y называются нижними пределами измерения прибора по входу и выходу, а наибольшие - соответственно верхними пределами.
Диапазон измерения
равен разности между верхними и нижними
пределами измерений.
По входу
По выходу
(1.8)
Производная
выходного сигнала по входному называется
чувствительностью измерительного
прибора (
)
или статическим передаточным коэффициентом
(1.9)
Средняя чувствительность (S) равна отношению диапазонов измерения по входу и выходу
1.10)
По графику
статической характеристики часто
оценивают погрешности измерительного
прибора, для чего на график теоретической
характеристики наносят график выходного
сигнала реального прибора. Абсолютная
погрешность
- разность ординат кривых 
и 
по выходу
и входу
.
Относительная
погрешность (
)
- отношение абсолютной погрешности к
текущему значению измеряемого параметра
;
(1.11)
Отношение абсолютной
погрешности к диапазону измерений
называется приведенной относительной
погрешностью (
).
;
(1.12)
Наибольшее
допустимое значение приведенной
относительной погрешности (
),
выраженное в процентах, называется
классом точности измерительного прибора
(А).
=
(1.13)
По классу точности, который указывается на шкале прибора, и по диапазону измерения можно определить максимальную погрешность:
Для приборов, работающих в нулевом (следящем) режиме часто используют термин "пороговая чувствительность", под которым понимают наименьшее приращение выходного сигнала (x), обеспечивающее обнаружение выходного сигнала (y). Другими словами, если входной сигнал X находится в пределах x, то он не может быть обнаружен данным прибором.