Измерительные приборы — это технические объекты, специально разработанные для измерения определенных величин.
Основным свойством измерительных приборов является то, что их точность известна. Эту точность должен периодически подтверждать центр поверки средств измерений работающий через аккредитованные лаборатории.
Деление измерительных приборов
Измерительные приборы делятся на средства измерения материалов, измерительные преобразователи, индикаторные приборы, регистрирующие приборы и измерительные системы.
Материальная мера — это измерительное средство, которое воспроизводит одно или несколько известных значений заданной величины. Примерами мер являются балансиры, измерительные резисторы, измерительные конденсаторы, мера частоты и т.п..
Меры бывают одной величины, многозначные меры и наборы мер.
Примерами многозначных мер являются градуированные линейки, измерительные ленты, блоки сопротивления и так далее. Многозначные меры делятся на те, которые воспроизводят дискретные и плавные значения соответствующих величин. Примером дискретных мер может быть блоки сопротивления, и плавные, которые непрерывно воспроизводят величины в некотором диапазоне, например, переменный измерительный конденсатор.
Непрерывные меры измерения обычно менее точны, чем дискретные.
Основной метод измерения
Основной метод измерения состоит в установлении измеряемой величины и сравнением с известными величинами, воспроизводимыми с помощью мер.
Сравнение производится различными методами, но так называемые сравнивающие устройства или компараторы — это специфические средства, которые используются для сравнения величин.
Компаратор — это измерительное устройство, которое позволяет сравнивать аналогичные величины и обладает известной чувствительностью. Самый простой компаратор — это стандартные весы с равными рычагами.
В некоторых случаях экспериментаторы сравнивают величины без компараторов, с помощью их зрительного или слухового восприятия. Например, при измерении длины тела с помощью линейки, линейка помещается на объект, и наблюдатель визуально фиксирует градации линейки (или доли градации).
Измерительный преобразователь как часть измерительного прибора
Измерительный преобразователь – это часть измерительного прибора, который преобразует результаты измерений сигналы в форму, пригодную для передачи, обработки или хранения. Во многих случаях измеренная информация на выходе измерительного преобразователя не может быть непосредственно получена экспериментатором и должна быть преобразована в удобную форму.
Измерительные преобразователи различны. Термопары, терморезисторы, измерительные шунты и измерительные электроды рН-метров — вот лишь несколько примеров измерительных преобразователей. Измерительные трансформаторы тока или напряжения и измерительные усилители также являются измерительными преобразователями. Эта группа преобразователей характеризуется тем фактом, что сигналы на их входах и выходах представляют собой величину одного и того же вида, и изменяется только величина. По этой причине, эти измерительные преобразователи называются масштабирующими измерительными преобразователями.
Измерительные преобразователи, преобразующие аналоговый сигнал на входе в дискретный сигнал на выходе, называются аналого-цифровыми преобразователями. Такие преобразователи изготавливаются либо как автономные, то есть независимые измерительные приборы, либо как блоки, встроенные в другие приборы, в частности, в виде интегральных микросхем. Аналого-цифровые преобразователи являются необходимым компонентом различных цифровых устройств, но они также используются в системах мониторинга, регулирования и контроля.
Индикаторный прибор
Индикаторный прибор — это измерительный прибор, который используется для преобразования измерительных сигналов в форму, которая может быть непосредственно воспринята наблюдателем.
Исходя из конструкции входных цепей, индикаторные приборы столь же разнообразны, как и измерительные преобразователи, и трудно охватить их все. Более того, такой обзор и даже классификация более важны для проектирования приборов, чем для описания их общих свойств.
Общей особенностью всех индикаторных приборов является то, что все они имеют устройства для показания. Если эти устройства выполнены в виде шкалы и индикаторной стрелки, то показания прибора являются непрерывной функцией измеряемой величины. Такие приборы называются аналоговыми приборами. Если показания приборов представлены в цифровом виде, то такие приборы называются цифровыми приборами.
Обозначение цифровых приборов формально включает в себя два типа устройств:
- Первый тип — включает в себя автоматические цифровые вольтметры, мосты и аналогичные приборы которые выполняют все измерительные преобразования в дискретной форме.
- Второй тип — примером которого являются индукционные счетчики для измерения электрической энергии. Все измерительные преобразования сигналов происходят в аналоговой форме, и только выходной сигнал принимает дискретную форму.
Преобразование измерительной информации в дискретную форму имеет несколько специфических особенностей.
Поэтому цифровыми приборами обычно считаются только те приборы, в которых преобразование измерений происходит в дискретной форме. Показания цифровых приборов легко записываются и удобны для ввода в компьютер. Кроме того, их конструкция обычно позволяет получить значительно более высокую точность, чем точность аналоговых приборов.
Более того, при использовании цифровых приборов ошибок считывания не возникает. Однако с помощью аналоговых приборов легче судить о тенденциях изменения измеряемых величин.
В дополнение к аналоговым и цифровым приборам существуют также аналогово-дискретные измерительные приборы. В этих приборах измерительные преобразования выполняется в аналоговой форме, но средства считывания являются дискретными (но не цифровыми).
Аналогово-дискретные приборы сочетают в себе преимущества как аналоговых, так и цифровых приборов. Упомянутые индукционные счетчики для измерения электрической энергии являются примерами таких гибридных приборов.
Записывающие и контролирующие приборы
Во многих случаях измерительные приборы предназначены для записи их показаний. Такие приборы называются записывающими приборами. Данные могут быть записаны в виде непрерывной записи изменения измеряемой величины во времени или в виде из ряда дискретных точек. Приборы первого типа называются приборами автоматической печати, а приборы второго типа называются печатающими приборами. Печатающие приборы могут записывать значения измеряемой величины в цифровом виде. Печатающие приборы выдают дискретный ряд значений измеряемой величины с некоторым интервалом времени. Непрерывную запись, обеспечиваемую приборами автоматического построения графиков, можно рассматривать как бесконечный ряд значений измеряемой величины.
Иногда измерительные приборы оснащаются индукционными, фотооптическими или контактными устройствами и реле для целей контроля или регулирования. Такие инструменты называются регулирующими инструментами. Регулирующие устройства обычно приводят к некоторому снижению точности измерительного прибора.
Характеристики средств измерений
Характеристики измерительных приборов делятся на две группы:
- метрологические, которые важны для использования измерительного прибора по назначению;
- второстепенные. К второстепенным относятся такие характеристики, как масса, габариты и степень защиты от влаги и пыли. Второстепенные характеристики напрямую не связаны с точностью измерения, хотя иногда и влияют на выбор и применение прибора.
Метрологические характеристики средств измерений
Под метрологическими характеристиками измерительного прибора подразумеваются характеристики, которые позволяют судить о пригодности прибора для выполнения измерений в известном диапазоне с известной точностью.
Простой пример метрологической характеристики, общей для всех измерительных приборов единичных измерений (т.е. измерений, воспроизводящих единичное значение величины) является диапазон измерений прибора.
Номинальными метрологическими характеристиками называются метрологические характеристики, установленные до или во время проектирования и разработки прибора. Примерами такой характеристики являются номинальное значение меры (10 Ом, 1 кг и т.д.), диапазон измерений прибора (0-300 В, 0-100°C и т.д.), диапазон преобразования, значение масштабного коэффициента шкалы прибора, и так далее.
Зачем проверять измерительные приборы
Реальные характеристики измерительных приборов отличаются от номинальных характеристики из-за неточностей изготовления и изменений, происходящих в соответствующих свойствах с течением времени. Эти различия между номинальными и реальными метрологическими характеристиками приводят к погрешности прибора.
В идеале измерительный прибор реагировал бы только на измеряемую величину или на интересующий параметр входного сигнала, и его индикация не зависела бы от внешних условий, таких как режим электроснабжения, температура и так далее. На самом деле внешние условия действительно влияют на показания прибора. То величины, характеризующие внешние условия, влияющие на показания измерительного прибора, называются влияющими величинами.
Поэтому необходимо измерительные приборы периодически перепроверять.
