ПР 1 Классификация СИ. Практическая работа Классификация средств измерений
 Скачать 223.27 Kb.
|
|
Практическая работа Классификация средств измерений Целью практической работы является изучение классификации средств измерений. Порядок выполнения практической работы 1. На рисунке приведена классификация средств измерений по техническому назначению.  Используя РМГ 29-2013, дать определение представленным на рисунке средствам измерений и привести их примеры. Средство измерений – это техническое средство или совокупность средств, применяющееся для осуществления измерений и обладающее нормированными метрологическими характеристиками. При помощи средств измерения физическая величина может быть не только обнаружена, но и измерена. Средства измерения классифицируются по следующим критериям: 1) по способам конструктивной реализации; 2) по метрологическому предназначению. По способам конструктивной реализации средства измерения делятся на: 1) меры величины; 2) измерительные преобразователи; 3) измерительные приборы; 4) измерительные установки; 5) измерительные системы. Мера величины – это средства измерения определенного фиксированного размера, многократно используемые для измерения. Выделяют: 1) однозначные меры; 2) многозначные меры; 3) наборы мер. Некоторое количество мер, технически представляющее собой единое устройство, в рамках которого возможно по—разному комбинировать имеющиеся меры, называют магазином мер. Объект измерения сравнивается с мерой посредством компараторов (технических приспособлений). Например, компаратором являются рычажные весы. К однозначным мерам принадлежат стандартные образцы (СО). Различают два вида стандартных образцов: 1) стандартные образцы состава; 2) стандартные образцы свойств. Однозначная мера – это меры, воспроизводящие постоянное значение физической величины. Это может быть единица измерения или кратное или дольное значение (гири, концевые меры длины, измерительные колбы, нормальные элементы ЭДС, катушки электрического сопротивления и т.д.). Для удобства пользования изготовляют наборы мер (разновесы, концевые меры длины и др.). Набор мер, объединенных в одно механическое целое с приспособлением, называют магазином мер (магазины сопротивлений, емкостей и др.). Многозначная мера – Многозначные меры воспроизводят не одно, а несколько дольных или кратных значений единиц измерения. Такими мерами являются, например: миллиметровая линейка и другие разделённые метры, градуированные электрические конденсаторы переменной емкости, вариометры индуктивности и др. Для воспроизведения длины в промышленности широко используют штриховые и концевые меры. Штриховые меры выполняют в виде образцов, линеек, рулеток и шкал с отсчётными элементами. Наборы мер – специально подобранный комплект мер, применяемых не только по отдельности, но и в различных сочетаниях с целью воспроизведения ряда одноименных величин различного размера; например набор гирь, набор образцовых конденсаторов и т. д. Магазины мер – это набор мер, конструктивно объединенных в одно целое. Магазин мер имеет коммутирующее устройство для получения требуемого значения воспроизводимой величины, например магазин активных сопротивлений как набор резисторов. Измерительный прибор – это средство измерения, посредством которого получается значение физической величины, принадлежащее фиксированному диапазону. В конструкции прибора обычно присутствует устройство, преобразующее измеряемую величину с ее индикациями в оптимально удобную для понимания форму. Для вывода измерительной информации в конструкции прибора используется, например, шкала со стрелкой или цифроуказатель, посредством которых и осуществляется регистрация значения измеряемой величины. В некоторых случаях измерительный прибор синхронизируют с компьютером, и тогда вывод измерительной информации производится на дисплей. Аналоговый измерительный прибор – Аналоговые измерительные приборы (АИП) достигли высокой степени конструктивного и технологического совершенства и составляют преобладающую массу средств измерений. К этой группе относят приборы, показания которых являются непрерывными функциями изменений измеряемых величин. В нашей стране в настоящее время в различных отраслях народного хозяйства количество АИП достигает нескольких сотен миллионов. Несмотря на интенсивное развитие цифровой измерительной техники, АИП продолжают совершенствоваться, и их выпуск не уменьшается. Это объясняется тем, что АИП имеют ряд преимуществ: - относительную простоту, - низкую стоимость, - высокую информативность аналогового сигнала. К недостаткам АИП относится наличие у большинства из них инерционных подвижных частей, снижающих их быстродействие и помехоустойчивость. АИП классифицируются по следующим признакам. 1. По способу представления показаний различают: - показывающие АИП и - регистрирующие АИП. 2. По назначению АИП делятся на приборы для измерения тока, напряжения, мощности, параметров электрических цепей, частоты электрического тока, сдвига фаз, напряжённости поля, зарядов и т.д. 3. По принципу действия их подразделяют на: - электромеханические (магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, ферродинамические, индукционные, электростатические, выпрямительные, термоэлектрические и т.д.) и - электронные (осциллографы, электронные вольтметры). В аналоговых электромеханических измерительных приборах электрическая энергия, подведённая к прибору непосредственно из измеряемой цепи, преобразуется в механическую энергию углового перемещения подвижной части относительно неподвижной. Угол поворота подвижной части связан с измеряемой величиной уравнением шкалы прибора. 4. По роду тока различают АИП постоянного тока, переменного тока и универсальные. Кроме перечисленных, в качестве классификационных признаков АИП могут выступать такие характеристики, как: - условия эксплуатации, - устойчивость к механическим воздействиям, - габаритные размеры, - форма корпуса, - способ установки и т.д. Основные характеристики АИП: - функция преобразования, - погрешности, - диапазон измерений, - область рабочих частот, - время установления показаний, - потребляемая мощность, - надёжность и пр. Цифровой измерительный прибор – Цифровыми измерительными приборами (ЦИП) называются приборы, которые в процессе измерения осуществляют автоматическое преобразование непрерывной измеряемой величины в дискретную с последующей индикацией результата измерений на цифровом отсчетном устройстве или регистрацией его при помощи цифропечатающего устройства. Функциональная схема цифрового прибора представлена на рис. 2.38. Аналоговая величина Х сначала преобразуется входным аналоговым преобразователем ВАП к виду, удобному для последующего преобразования, затем при помощи АЦП производится ее дискретизация и кодирование (см. ниже); наконец, цифровое отсчетное устройство ЦОУ превращает кодированную информацию о измеряемой величине в цифровой отсчет, удобный для считывания оператором. В последние годы цифровые приборы получили большое распространение, особенно в качестве лабораторных вольтметров, амперметров, омметров, частотомеров и фазометров. По сравнению с аналоговыми приборами цифровые имеют такие преимущества, как высокая точность, широкий рабочий диапазон, высокое быстродействие, получение результатов измерения в удобной для считывания оператором форме, возможность цифрового преобразования и ввода измерительной информации в ЭВМ, автоматического введения поправок для уменьшения систематических погрешностей, автоматической калибровки, автоматизации процесса измерения. Недостатками цифровых приборов являются сложность, сравнительно высокая стоимость и меньшая, чем у аналоговых приборов, надежность. Следует, однако, указать, что развитие техники интегральных схем в значительной мере позволяет устранить указанные недостатки. Регистрирующий измерительный прибор – измерительный прибор, в котором предусмотрена регистрация показаний. Регистрация значений может осуществляться в аналоговой или цифровой формах. Различают самопишущие и печатающие регистрирующие приборы. Показывающий измерительный прибор – измерительный прибор, допускающий только считывание показаний значений измеряемой величины. Измерительный преобразователь – это средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Принцип их действия основан на различных физических явлениях. Измерительные преобразователи преобразуют любые физические величины х (электрические, неэлектрические, магнитные) в выходной электрический сигнал Y = f(х). Измерительные преобразователи являются составными частями измерительных приборов, установок и систем. Измерительные преобразователи можно классифицировать по характеру входной и выходной величин, месту в измерительной цепи, физическим явлениям, положенным в их принцип действия, и другим признакам Измерительные установки – это совокупность функционально объединенных средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателя и расположенных в одном месте. В качестве примера можно привести измерительные установки для измерений удельного сопротивления электротехнических материалов, для поверки счетчиков электрической энергии и др. Измерительные установки в большинстве случаев обладают большей или меньшей универсальностью как в отношении номенклатуры измеряемых величин, так и в отношении диапазонов измерения. Иногда установки более узкого назначения называют измерительными машинами. К измерительным машинам относятся силоизмерительные машины и машины для измерения больших длин. Измерительные системы – 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. 2. Изучить классификацию средств измерений по метрологическому назначению. По метрологическому назначению средства измерений подразделяются на эталоны, рабочие эталоны и рабочие средства измерений. Дать характеристику этим средствам измерений. Эталон – это техническое средство, обеспечивающее воспроизведение и (или) хранение единицы с целью передачи информации о ее размере средствам измерений, выполненное по особой спецификации и официально утвержденное в установленном порядке в качестве эталона. Первичный эталон – Эталоны, воспроизводящие единицу с наивысшей точностью, называются первичными. Вторичный эталон – эталон, значение которого устанавливают по первичному эталону. Эталон сравнения – вторичный эталон, применяемый для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемы друг с другом. Рабочий эталон – эталон, применяемый для передачи размера единицы образцовым средствам измерения высшей точности и в ) отдельных случаях - наиболее точным рабочим средствам измерений. Калибратор – специальная эталонная мера, предназначенная для поверки, калибровки или градуировки измерительных приборов, установок методом сличения. Обычно под калибраторами подразумеваются эталонные источники электро-радиотехнических сигналов, хотя бывают калибраторы, воспроизводящие другие физические процессы или явления с определёнными, точно заданными параметрами. Транспортируемый эталон – эталон (иногда специальной конструкции), предназначенный для его транспортирования к местам поверки (калибровки) средств измерений или сличений эталонов данной единицы. Исходный эталон – эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами (в данной лаборатории, организации, на предприятии), от которого передают размер единицы подчинённым эталонам и имеющимся средствам измерений Национальный эталон – эталон, признанный официальным решением служить в качестве исходного для страны. Данное определение по существу совпадает с определением понятия государственный эталон. Это свидетельствует о том, что термины государственный эталон и национальный эталон отражают одно и то же понятие. Международный эталон – эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами. Рабочие средства измерений – такие средства, которые применяют для измерений, не связанных с передачей размера единиц. 3. Ответить на контрольные вопросы: 3.1 Назовите метрологические характеристики средств измерения. Они бывают двух видов: 1. Метрологические характеристики, в которых используется информация о размере единицы измерения. К этому виду относятся следующие группы метрологических характеристик: 1.1. Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (до внесения поправок): функция преобразования измерительного преобразователя, а также измерительного прибора с неименованной шкалой или со шкалой, отградуированной в единицах, отличных от единиц входной величины; значение однозначной или значения многозначной меры; цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры; цена единицы наименьшего разряда кода средств измерений, предназначенных для выдачи результатов в цифровом коде. 1.2. Характеристики качества показаний — точности и правильности. Точность показания определяется его средним квадратическим отклонением или его аналогом. Правильность обеспечивается внесением поправки, устанавливаемой при испытаниях средства измерений в целях утверждения типа. Эта поправка является одной из составляющих суммарной поправки, которая вносится в показание средства измерений. 1.3. Динамические характеристики средств измерений (полные и частные), учитывающие их инерционные свойства в особых условиях, когда измеряемая величина меняется во времени. 2. Метрологические характеристики, в которых не используется информация о размере единицы измерения. К этому виду относятся следующие группы метрологических характеристик: 2.1. Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (до внесения поправок). К ним относятся: вид выходного кода, число разрядов кода, если средство измерений предназначено для выдачи результатов в цифровом коде. 2.2. Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам. К ним относятся функции плияния и учета изменений метрологических характеристик средств измерений, вызванных изменениями влияющих величин в установленных пределах. 2.3. Характеристики взаимодействия с объектами или устройствами на входе и выходе средств измерений. Примерами характеристик этой группы являются входной и выходной импедансы линейного измерительного преобразователя. 2.4. Неинформативные параметры выходного сигнала, обеспечивающие нормальную работу устройств, подключенных к средству измерений. Например, выходным сигналом преобразователя напряжения в среднюю частоту следования импулыов является последовательность импульсов. Для определения значения измеряемого напряжения к выходу преобразователя подключается частотомер. Он будет нормально работать только в случае, если амплитуда и форма импульсов прео6разователя, хотя они и не несут информации о значении измеряемого напряжения, удовлетворяют определенным требованиям. В противном случае частотомер будет измерять частоту следования этих импульсов неточно либо вообще не будет работать. 3.2 Дайте определения диапазону измерений и порогу чувствительности. Диапазон измерений – это диапазон значений величины, в котором нормированы предельные значения погрешностей. Нижнюю и верхнюю (правую и левую) границу измерений называют нижним и верхним пределом измерений. Порог чувствительности – это минимальное значение измеряемой величины, способное стать причиной заметного искажения получаемого сигнала. 3.3 Приведите классификацию погрешностей средств измерения. В зависимости от формы выражения различают абсолютную, относительную и приведенную погрешности. Абсолютная погрешность характеризует величину и знак полученной погрешности, но не определяет качество самого проведенного измерения. Понятие погрешности характеризует как бы несовершенство измерения. Качество (точность) первого измерения ниже второго. Поэтому, чтобы иметь возможность сравнивать качество измерений, введено понятие относительной погрешности. Относительной погрешностью δ называется отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины Приведенная погрешность γ - это отношение абсолютной погрешности Δ к некоторому нормирующему значению XN (например, к конечному значению шкалы прибора или сумме значений шкал при двусторонней шкале) Случайная погрешность  - изменяющаяся случайным образом по знаку и значению при повторных измерениях одной и той же величины в одних и тех же условиях.Грубая погрешность (промах) - это случайная погрешность результата отдельного наблюдения, входящего в ряд измерений, которая для данных условий резко отличается от остальных результатов этого ряда. 3.4 Что такое аддитивная и мультипликативная составляющие погрешности? Аддитивная погрешность – это погрешность, возникающая по причине суммирования численных значений и не зависящая от значения измеряемой величины, взятого по модулю (абсолютного). Мультипликативная погрешность – это погрешность, изменяющаяся вместе с изменением значений величины, подвергающейся измерениям. 3.5 Что такое класс точности СИ? Класс точности СИ – обобщенная характеристика данного типа СИ, отражающая уровень их точности, выражаемая пределами допускаемой основной, а в некоторых случаях и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность. Класс точности применяется для средств измерений, используемых в технических измерениях, когда нет необходимости или возможности выделить отдельно систематические и случайные погрешности, оценить вклад влияющих величин с помощью дополнительных погрешностей. Класс точности позволяет судить о том, в каких пределах находится погрешность средств измерений одного типа, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью каждого из этих средств. Класс точности СИ конкретного типа устанавливают в стандартах технических требований или других нормативных документах. |