курсовая. Курсовой. Курсовая работа по дисциплине Методы и средства измерений и контроля

• Название: Курсовая работа по дисциплине Методы и средства измерений и контроля
• Анкор: курсовая
• Дата: 02.03.2022
• Размер: 1.05 Mb.
• Имя файла: Курсовой.docx
• Тип: Курсовая; #380079
• страница: 3 из 6

1.2 Обобщенная структурная схема средств измерения и контроля

Для создания и изучения измерительных систем, отдельных средств измерений часто применяют так называемые общие структурные схемы средств измерения и контроля. В этих схемах изображены отдельные элементы средств измерения в виде символических блоков, соединенных между собой сигналами, характеризующими физические величины.

Обобщенная структурная схема СИ, присущая любому измерительному прибору, устройству, системе, приведена на рис.1.3.



Рисунок 1.3 – Обобщенная структурная схема СИ

ГОСТ 16263—70 определяет следующие общие структурные элементы средств измерения: чувствительный, преобразовательный элементы, измерительную цепь, измерительный механизм, отсчетное устройство, шкалу, указатель, регистрирующее устройство.

Первичной задачей любого средства измерения является восприятие физической величины. Эту функцию выполняет чувствительный элемент. Чувствительный элемент средства измерения — часть первого в измерительной цепи преобразовательного элемента, находящаяся под непосредственным воздействием измеряемой величины. Именно этот элемент определяет способность средства измерения реагировать на изменения измеряемой величины. Конструктивные разновидности чувствительного элемента весьма разнообразны; они будут рассмотрены в разделах, посвященных конструкции средств измерения и контроля.

Основной задачей этого элемента является выработка сигнала измерительной информации в форме, удобной для дальнейшей ее обработки. Этот сигнал может быть механическим (перемещение, поворот), пневматическим, электрическим и др.

При измерениях определенных физических явлений возникает необходимость преобразовывать сигнал, полученный чувствительным элементом, в другую физическую величину (например, давление — в электрическую величину, температуру — в давление и т. п.). Эту функцию выполняет преобразовательный элемент.

Преобразовательный элемент средства измерения — это элемент, в котором происходит одно из ряда последовательных преобразований величины. Он предназначен для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения (например, преобразование неэлектрической величины в электрическую). Как правило, эта информация не поддается непосредственному восприятию наблюдателем. Преобразовательный элемент может быть выделен в отдельную конструкцию, а может содержать два и более преобразователей. Преобразовательный элемент, стоящий первым в измерительной цепи, обычно называют первичным преобразователем (например, термопара).

Существует огромный класс промежуточных (вторичных) преобразователей, которые, как правило, не меняют род физической величины. Широкое распространение получили аналоговые, аналого-цифровые (АЦП) и цифроаналоговые (ЦАП) преобразователи.

Для дистанционной передачи сигнала измерительной информации предусматриваются передающие измерительные преобразователи, а для его изменения в заданное число раз — масштабные измерительные преобразователи. Например, индуктивные и пневматические преобразователи относят к передающим преобразователям, а делители напряжений на входе вольтметров или электронных осциллографов, измерительные усилители относят к масштабным измерительным преобразователям.

Измерительная цепь средства измерения — это совокупность преобразовательных элементов средства измерения, обеспечивающая осуществление всех преобразований сигнала измерительной информации.

Измерительный механизм — часть конструкции средства измерения, состоящая из элементов, взаимодействие которых вызывает их взаимное перемещение. Например, измерительный механизм индикатора часового типа (рис. 1.4, а) состоит из зубчатых колес 1,2, 3 и зубчатой рейки 4. Измерительный механизм милливольтметра (рис. 1.4, б) состоит из постоянного магнита с деталями магнито-провода и подвижной рамки с подводящими к ней ток пружинами.



Рисунок 1.4 – Конструкции измерительных механизмов

Отсчетное устройство средства измерения — часть конструкции средства измерения, предназначенная для отсчитывания значений измеряемой величины. Оно часто включает в себя шкалу и указатель. В самопишущих приборах отсчетное устройство осуществляет запись в виде диаграммы, в интегрирующем приборе чаще всего применяется счетный механизм.

Шкала представляет собой совокупность отметок или других символов, соответствующих ряду последовательных значений величин.

Шкалы бывают односторонними (рис. 1.5, а), двусторонними (рис. 1.5, б) и безнулевыми (рис. 1.5, в). В односторонних шкалах один из пределов измерений средства измерения равен нулю. В двусторонних шкалах нулевое значение расположено на шкале. В безнулевых — на шкале нет нулевого значения.



Рисунок 1.5 – Виды шкал: а- односторонняя; б- двухсторонняя; в- безнулевая

В соответствии с ГОСТ 8.401-80 практически равномерной называется шкала, длина делений которой отличается друг от друга не более чем на 30 % и имеет постоянную цену делений. Существенно неравномерная шкала - это шкала с сужающимися делениями, а степенная шкала — это шкала с расширяющимися делениями, отличная от шкал, указанных выше.

Указатель — часть отсчетного устройства, положение которого относительно отметок шкалы определяет показание средства измерения. Указатель может быть выполнен в виде материального стержня — стрелки или в виде луча света — светового указателя.

В показывающих приборах при наличии шкалы и указателя возможны отсчетные устройства двух видов: когда указатель перемещается относительно неподвижной шкалы (индикаторы часового типа, вольтметры, амперметры и др.) или шкала перемещается относительно неподвижного указателя (микрометры, оптиметры и др.).

Цифровые отсчетные устройства бывают либо механические, либо световые. Механические отсчетные устройства используют в тех цифровых приборах, в которых измеряемая величина преобразуется в соответствующие углы поворота валов (например, отсчетные устройства у некоторых типов бензоколонок, у приборов с цифровой лентой и цифровым роликом и др.).

Световые табло, состоящие, как правило, из системы индикаторных устройств, основанных на жидких кристаллах, используются в электронных цифровых средствах измерения, в которых измеряемые величины преобразуются в определенную последовательность импульсных сигналов (например, табло электронных часов, штангенциркуль с электронным цифровым отсчетным устройством и др.).

Индикаторы с жидкими кристаллами представляют собой соединения с углеродом и кислородом (карбоксиды), которые ниже определенной температуры являются кристаллами, а выше этой температуры превращаются в жидкость. Такая ячейка состоит из двух параллельных стеклянных пластинок , между которыми располагается жидкокристаллическая смесь , и подводящих проводов для приложения напряжения. При отсутствии напряжения на внутренней поверхности пленок из оксида олова ячейка прозрачна. При приложении постоянного напряжения ячейка становится непрозрачной. В итоге образуются читаемые цифры.

Используются также газоразрядные указатели (газонаполненные лампы с холодным катодом), указатели со светодиодами. В цифровых приборах со светодиодами (из арсенида галлия) цифры образуются из точечных или штриховых сегментов полупроводника, к которым подводится электрическая энергия, и в результате полупроводникового излучения появляется свечение в видимой области спектра. Высота цифр в этих приборах не может превышать 20 мм.

Регистрирующее устройство средства измерения — это часть регистрирующего измерительного прибора, предназначенная для регистрации показаний. В качестве регистрирующих измерительных приборов широко применяются самопишущие, в которых предусмотрена запись показаний в форме диаграммы (самопишущий вольтметр, профилограф, барограф, термограф и др.) и печатающие, в которых предусмотрено печатание показаний в цифровой форме.

Печатающие устройства могут быть подразделены на два класса: ударного и безударного действия.

В печатающих устройствах ударного действия процесс печатания происходит в результате удара рычага с литерой или символом (ручные и электрические печатающие машинки) или игл (в матричных печатающих устройствах) на красящую ленту. Имеются различные типы печатающих устройств: с цилиндрической головкой, со сферической головкой, с колесом в виде ромашки, матричное, барабанное, цепное и ленточное. Скорость печатания таких устройств от 10 знаков в секунду до 20 000 строк в минуту.

В безударных печатающих устройствах процесс печатания заключается в физическом или химическом воздействии на специально подготовленную бумагу. Имеются следующие типы таких печатающих устройств: тепловые матричные, электрочувствительные, электростатические, ксерографические, лазерные с непрерывной подачей краски или с подачей краски по требованию. Скорость печатания достигается от 300 до 45 000 строк в минуту.

В современных печатающих устройствах часто применяют матричные устройства, причем либо с игольчатым печатающим механизмом, либо с посылкой струи чернил (краски). В обоих вариантах применяется одинаковое матричное представление.

Объединение и сочетание в различных комбинациях средств измерения, их структурных элементов, вспомогательных устройств позволяет получить широкую гамму измерительных систем, предназначенных для автоматизации процесса измерения и использования результатов измерения для автоматического управления различными процессами производства.

В качестве вспомогательных элементов (измерительных принадлежностей) измерительных систем применяют устройства, служащие для обеспечения необходимых внешних условий при выполнении измерений. К ним относятся, например, барокамера, термостат, устройства, экранирующие влияние магнитных полей, измерительные усилители, специальные противовибрационные фундаменты и даже обыкновенная лупа. Эти элементы позволяют повышать чувствительность измерительных устройств или предохранять измеряемую величину от искажающего действия влияющих величин.

Более сложной структурной схемой измерительной системы является схема информационно-измерительной системы (ИИС), в состав которой дополнительно входят следующие устройства: раз-I личные преобразователи аналогового, аналого-цифрового, цифрового типа, цифровые устройства вывода информации, стандартизованные интерфейсы (шины и узлы), устройство управления и исполнительное устройство и др.