4. Основные понятия и определения метрологии.
Метрология – это наука об измерениях, методах и средствах, обеспечения и единства и способах достижения требуемой точности.Единство – это применение в результатах измерений узаконенных единиц, а погрешность результата измерений определена заданной вероятностью.Точность измерения – это качество измерений отражающее фактическую близость результатов измерений к истинному значению измеряемой величины*Главное требование технических измерений это обеспечение их единства и точности.Технические измерения – это измерение физических величин с помощью специальных физических и технических методов и средств измерения.Технологические измерения – это измерения режимных параметров протекающих в технологических процессах с помощью специальных методов и средств измерения, в том числе и имеющие не стандартизованные метрологические характеристики.Технологические измерения – это область измерительной техники объединяющие измерительные устройства и методы измерения, используемые в технологических процессах горной промышленности.Контроль – отражение качественной стороны свойств объекта при котором устанавливается соответствии между свойством и нормой.Измерения – это нахождение истинного значения физической величины опытным путём с помощью специальных технических средств измерения
Три основных отличительных признака измерения от контроля:
измерение носит познавательный характер;
измерение проверяется путём физического эксперимента;
при измерении осуществляется сравнение полученной измеряемой информации с единицей измерения.
5. Измерительные устройства. Классификация измерительных устройств.
Средства измерений представляют собой совокупность технических средств, используемых при различных измерениях и имеющих нормированные метрологические свойства. Средство измерений – техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. К средствам измерений относят: меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи, измерительные установки и измерительные системы.Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью. Меры бывают однозначные и многозначные.Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Измерительный преобразователь – техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи.По характеру преобразования различают аналоговые, цифро-аналоговые, аналого-цифровые преобразователи. По месту в измерительной цепи различают первичные и промежуточные преобразователи. Выделяют также масштабные и передающие преобразователи. В практике электрических измерений наибольшее распространение получили масштабные преобразователи. Измерительная установка – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких физических величин и расположенная в одном месте. Измерительная система – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта и т.п. с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях. Наиболее многочисленная группа СИ — измерительные приборы и преобразователи, которые обобщенно называются измерительными устройствами (ИУ).
1. По используемым физическим процессам ИУ: механические, электромеханические, электронные, оптоэлектронные и т.п.
2. По физической природе измеряемой величины: вольтметры, амперметры, термометры и т.д.
3. По виду измеряемой величины или сигнала измерительной информации, а также по способу обработки сигнала приборы делятся на аналоговые и цифровые. В аналоговых приборах показания являются непрерывной функцией измеряемой величины,
4. По виду сохранения информации: показывающие, допускающие только отсчитывание показаний, и регистрирующие, в которых предусмотрена автоматическая регистрация показаний.
5. По структурным признакам ИУ можно классифицировать по числу каналов и по временной последовательности преобразований входных сигналов: одно-, двух- и многоканальными.
6. В зависимости от временной последовательности преобразований входных сигналов различают ИУ с одновременным (параллельным) и последовательным преобразованием.
7. По точности ИУ делят на образцовые, используемые для поверки других ИУ и утвержденные в качестве образцовых, и рабочие, используемые непосредственно в практических измерениях, не связанных с передачей размера единиц.
8. По частотному диапазону ИУ делят на низкочастотные (НЧ), высокочастотные (ВЧ) и сверхвысокочастотные (СВЧ), по ширине полосы частот – на широкополосные и избирательные (селективные).
9. По месту использования ИУ делят на лабораторные и производственные.
Источник
7. Классификация измерительных преобразователей.
1. классификация по физическим закономерностям, положенным в основу принципа действия ИП.
Механические упругие преобразователи
а) Механические упругие преобразователи – их принцип действия основан на зависимости между механическими силами и выходными перемещениями, обусловленными упругими свойствами материала преобразователей (мембраны, упругие стержни, пружины). ИП этой группы используются для измерении сил крутящих моментов, давлений.
Механоэлектрические резистивные преобразователи
б) Механоэлектрические резистивные преобразователи. В основе их принципа действия лежит закон Ома. Типичными для этой группы ИП являются резисторы, реостаты, потенциометры. Электрическое сопротивление у них измеряется под действием входного механического воздействия.
в) Электростатические преобразователи. У таких преобразователей переносчиком информации является электрический заряд. К этой группе относятся емкостные преобразователи, у которых емкость или накопленный заряд изменяются под действием входной величины.
Такие преобразователи используются для измерения механических перемещений уровней жидкостей, толщины материалов.
К этой же группе относятся пьезоэлектрические преобразователи, использующие прямой и обратный пьезоэлектрические эффекты (кварц, пьезокерамика). Применяются для измерения механических сил, давлений, ускорений и для построения обратных преобразователей перемещений.
Преобразователи электромеханической группы.
г) Преобразователи электромеханической группы. Принцип действия таких ИП основан на возникновении механических перемещений их подвижных элементов под влиянием электрического тока.
Применяются при построении стрелочных индикаторов и обратных преобразователей перемещения.
д) Гальваномагнитные преобразователи. принцип их действия основан на использовании гальваномагнитных эффектов, заключающихся в измерении электрического сопротивления (эффект Гаусса) или появления ЭДС (эффект Холла) при воздействии входного магнитного поля. Эти эффекты возникают в полупроводниковых материалах. Данные преобразователи используются при измерениях электрических и магнитных величин.
е) Электромагнитные преобразователи. Это большая и разнообразная по принципам действия группа ИП, основанная на использовании электромагнитных явлений. В эту группу входят трансформаторные, магнито-упругие и индукционные ИП. Применяются для измерения как электрических, так и неэлектрических величин.
ж) Тепловые преобразователи. Их функционирование основано на физических закономерностях, определяемых тепловыми процессами. К таким ИП относятся терморезисторы и термопары. Основные их назначение – измерение температуры.
з) Электрохимические преобразователи. Такие ИП представляют собой электролитическую ячейку, заполненную раствором с помещенными в нее электродами. Принцип их действия основан на зависимости электрических параметров ячейки (пр. сопротивление) от состава, концентрации, температуры и других свойств раствора.
и) Оптические преобразователи. В основе принципа их действия лежит зависимость параметров светового излучения от значения преобразующей величины. Оптическая ИП состоит из источника излучения, оптического канала и приемника излучения. В качестве канала может использоваться волоконный световод. В качестве источника излучения широко применяются лазеры.
к) Квантовые преобразователи. ИП данного вида используют явления резонансного поглощения энергии высокочастотного электромагнитного поля рабочим веществом, находящимся под воздействием преобразующих величин (температуры, давления, напряженности электрического и магнитного поля). Основные типы квантовых ИП основаны на явлениях электронного паромагнитного резонанса и ядерного магнитного резонанса.
2. По виду входной величины ИП подразделяются на преобразователи электрических и преобразователи неэлектрических величин.
Последняя группа наиболее многочисленна и разнообразна.
3. По способу формирования выходного сигнала ИП делятся на:
а)Генераторные (энергетические ИП) обеспечивают непосредственное преобразование входной величины в пропорциональное соединение выходного сигнала. Без использования данных источников энергии. Например, ИП с термопарой.
б) Параметрические ИП. В них воздействие входной величины приводит к изменению определенных параметров электрической цепи (сопротивления, электоемкости). Получение выходного сигнала обеспечивается внешним источником энергии (ИП с терморезистором).
Различают ИП с электрическими и неэлектрическими выходными сигналами. Наиболее распространены ИП с электрическими входными сигналами, так как позволяют осуществить обработку измерительной информации средствами электронной техники.
ИП с неэлектическим входным сигналом применяются в основном для построения измерительных механизмов стрелочных индикаторов или обратных преобразователей уравновешивающих величин, а также пневматических, гидравлических и оптических устройствах.
4. По методу преобразования ИП могут быть:
5. По функции преобразования различают:
а) масштабные ИП для измерения входной величины в заданное число раз.
б) функциональные ИП, у которых выходной сигнал функционально связан с входной величиной вполне определенной математической зависимостью.
Существует много разновидностей функциональных ИП: многопараметрические, интегрирующие, дифференцирующие, экспоненциальные, квадратичные и др.
6. По месту в структурной схеме измерительной цепи различают:
Источник