Лекция 5. Измерительные приборы. Метрологические характеристики средств измерений

5.1 Измерительные приборы

В настоящее время применяется большое число видов и разновидностей приборов, отличающихся по разным признакам: структуре устройства; способу сравнения с известной величиной; форме представления измерительной информации; роду измеряемой величины и многим другим признакам. Ограничимся классификацией по главным признакам.

Классификация измерительных приборов приведена в таблице 5.1.

Таблица 5.1

Классификационный признак	Измерительные приборы
Структура устройства (схема преобразования)
Способ сравнения измеряемой величины с мерой
Вид выдаваемой информации
Род измеряемой величины

Измерительные приборы по своему устройству представляют собой совокупность измерительных преобразователей. Структура прибора включает как основные узлы (преобразователи), так и вспомогательные (источники питания, осветительные устройства), которые не принимают непосредственного участия в измерительных преобразованиях, но необходимы для обеспечения требуемых условий работы основных узлов. (Они, как правило, не отображаются на структурной схеме).

По структуре измерительные приборы делят на приборы прямого преобразования и приборы с уравновешиванием.

В приборе прямого преобразования, структурная схема которого приведена на рисунке 4.7, преобразования происходят только в одном направлении – от входной величины Х, через преобразователи (с чувствительностями S₁, S₂… S_n), к выходной величине Y_n. Структурная схема при этом является разомкнутой. Выделяют следующие группы приборов прямого преобразования:

• электромеханические (в них энергия электромагнитного поля преобразуется в механическую энергию перемещения подвижной части прибора);

• электронные (используют электронные узлы для преобразования измерительной информации и электромеханический измерительный механизм).

• цифровые приборы прямого преобразования (ЦВ частотного преобразования).

Приборами прямого преобразования являются стрелочный миллиамперметр, электронный аналоговый вольтметр.

В приборах с уравновешиванием (рисунок 4.8) входная величина Х в преобразователе сравнения сопоставляется с величиной Х_y. Разность  = Х  Х_y поступает в цепь прямого преобразования. Выходная величина Y подвергается преобразованию в цепи обратного преобразования. Структурная схема этих приборов замкнутая, и значение Х определяется по значению уравновешивающей величины Х_y с некоторой погрешностью. Уравновешивание может осуществляться вручную или автоматически. Примерами приборов с уравновешиванием являются потенциометры постоянного тока, мосты для измерения электрического сопротивления, емкости и индуктивности.

При измерении любым способом измерительным прибором осуществляется сравнение измеряемой величины с однородной величиной, принятой за единицу. Практически такое сравнение происходит с мерой, воспроизводящей значение известной величины.

По способу сравнения приборы делятся на две группы: приборы сравнения и приборы непосредственной оценки.

Прибором сравнения называется прибор, посредством которого в процесс каждого данного измерения производится сравнение измеряемой величины с однородной ей величиной, размер которой известен. Прибор непосредственной оценки имеет градуированную шкалу в тех единицах, в которых выражается величина, измеряемая с помощью данного прибора. В этих приборах известная величина, однородная с измеряемой, в процессе каждого измерения не участвует, а сравнение производится через посредство градуированной шкалы и по отсчетному устройству.

По виду выдаваемой информации приборы делят на аналоговые (с непрерывной шкалой) и цифровые (с цифровым отсчетным устройством).

Аналоговый прибор – измерительный прибор, показания которого являются непрерывной функцией изменений измеряемой величины. В этом приборе непрерывная измеряемая величина вызывает подобное ей непрерывное отклонение указателя по шкале, т.е. аналоговая величина представляет собой подобие другой величины. К аналоговым относятся приборы, у которых указатель жестко связан с подвижной частью измерительного механизма.

Цифровой прибор автоматически вырабатывает дискретные сигналы измерительной информации, представленные в цифровой форме.