Метрологическое обеспечение производства

Рисунок 3.5 – Регистрирующие измерительные приборы

Интегрирующие измерительные приборы (рис. 3.6) обладают способностью интегрировать по времени (суммировать значение физической величины на заданном участке времени) или другой независимой переменной. Примерами интегрирующих приборов могут быть счетчики. Они позволяют определить значение измеряемой величины (расход вещества, электрическую мощность и т. п.) за любой промежуток времени как разность между конечным и начальным отсчетами.

Измерительный преобразователь – это средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования обработки и (или) хранения, но неподдающийся непосредственному восприятию наблюдателем.

Принцип действия измерительных преобразователей основан на различных физических явлениях. Они преобразуют любые физические величины х (электрические, неэлектрические, магнитные) в выходной электрический сигнал Y = f (х). Измерительные преобразователи могут быть составными частями измерительных приборов, установок и комплексов.

Рисунок 3.6 – Интегрирующие измерительные приборы

По месту, занимаемому в измерительной цепи, средства измерения, преобразователи подразделяются на первичные, передающие и промежуточные.

Первичный преобразователь – это такой измерительный преобразователь, на который непосредственно действует измеряемая величина. Физическая величина, в которую преобразует измеряемую величину первичный преобразователь, может быть подведена к измерительному механизму, может быть подана на другой преобразователь или использована, например, для целей телеизмерений. Примером первичного преобразователя может служить термопреобразователь сопротивления в цепи электрического термометра.

Конструктивно обособленный первичный измерительный преобразователь, от которого поступают сигналы измерительной информации, называется датчиком. Датчик может быть вынесен на значительное расстояние от средства измерений, принимающего его сигналы. Например, датчики запущенного метеорологического радиозонда, передающие измерительную информацию о температуре, давлении, влажности и других параметрах атмосферы; индукционные датчики, установленные на газотурбинных двигателях и передающие информацию о частоте вращения роторов этого двигателя и т. д.

Передающий преобразователь – это измерительный преобразователь, служащий для дистанционной передачи измерительной информации. Для этих преобразователей характерно назначение величины, образуемой на его «выходе». Если в общем случае для первичных измерительных преобразователей выходной сигнал может быть любой физической величины и диапазона, то выходной сигнал передающих преобразователей, как правило, унифицирован. Целью такой унификации является возможность сопряжения с большинством вторичных устройств любых производителей. Очевидно, что преобразователь может одновременно выполнять функции первичного преобразователя и передающего.

Промежуточный преобразователь – это преобразователь, занимающий в измерительной цепи место после первичного. Функцией промежуточных измерительных преобразователей является преобразование сигналов от первичных преобразователей (термометров сопротивления, токовых датчиков и др.) или параметров сигналов (действующих значений напряжения, частоты, периода, длительности и др.) в унифицированные сигналы постоянного тока или напряжения. Такие преобразователи еще носят название нормирующих. Нормирующие измерительные преобразователи формируют сигнал тока или напряжения, который линейно зависит от измеренной величины. Они являются неотъемлемой частью современных измерительных комплексов.

Для изменения в определенное число раз значения одной из величин, действующих в измерительной цепи, без изменения ее физической природы используют масштабные преобразователи: делители напряжения, измерительные трансформаторы тока, измерительные усилители и т. п. Ярким примером масштабных измерительных преобразователей являются шунты, применяемые в амперметрах для уменьшения силы тока в определенное число раз.

Полезно также все измерительные преобразователи разделить на две группы: генераторные (энергетические) и параметрические. Первые характеризуются тем, что для осуществления преобразования не требуется постороннего источника энергии. Измерительный преобразователь её вырабатывает сам за счет воздействия преобразуемой величины.

Рисунок 3.7 – Измерительные преобразователи

Параметрические же преобразователи должны быть возбуждены от постороннего источника энергии. Например, преобразователь в виде термопары для измерения температуры сам вырабатывает электрическую энергию, а термометр сопротивления может осуществлять преобразование температуры в сопротивление, только будучи включенным в измерительную схему, питаемую от стороннего источника электрического тока. На рис. 3.7 представлены некоторые типы измерительных преобразователей.

Измерительная установка – 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 наблюдателем и расположенных в одном месте (рис. 3.8). В качестве примера можно привести измерительные установки для измерений удельного сопротивления электротехнических материалов, для поверки средств измерения расхода и количества газа и др.

Измерительные установки в большинстве случаев обладают большей или меньшей универсальностью как в отношении номенклатуры измеряемых величин, так и в отношении диапазонов измерения. Они обычно используются в научных исследованиях, осуществляемых в различных лабораториях, при контроле качества и в метрологических службах для определения метрологических свойств средств измерений.

Рисунок 3.8 – Измерительная установка для поверки средств измерения расхода и количества газа в Уральском региональном метрологическом центре

Измерительная система – это совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, электронно-вычислительных машин и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого пространства в целях измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому пространству (рис. 3.9). Измерительные системы широко используются для автоматизации технологических процессов в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства и энергетики. Например, измерительная система параметров газокомпрессорной станции позволяет получать информацию о ряде величин в разных компрессорных цехах; с помощью измерительной системы, состоящей из ряда функционально объединенных измерительных комплексов, разнесенных в пространстве на значительные расстояния, осуществляют мониторинг изменений погоды; глобальные навигационные спутниковые системы ГЛОНАСС и GPS также обладают всеми признаками измерительной системы.

Рисунок 3.9 – Пример информационно-измерительной системы тепловой, электрической энергии, количества теплоносителя и холодной воды

Кроме рассмотренной классификации средств измерений по виду существенной является классификация по принципу действия.

Принципом действия средства измерений называют физический принцип, положенный в основу построения средств измерений данного вида. Принцип действия обычно находит отражение в названии средства измерений, например, термоэлектрический термометр, деформационный манометр, электромагнитный расходомер и др.

В силу того, что для средств измерений различных величин классификация по принципу действия является специфичной, рекомендуется рассматривать ее при изучении устройства средств измерений, отдельно для каждой физической величины.

Существенной с позиции метрологии является классификация средств измерений по метрологическому назначению. В соответствии с этой классификацией принято различать рабочие средства измерений и эталоны.

Рабочее средство измерений – средство, применяемое для измерений, не связанных с передачей размера единиц. Рабочие средства измерений – это все громадное многообразие измерительных приборов, преобразователей, измерительных установок и систем, применяемых во всех областях деятельности человека.

Эталон – средство измерений (или комплекс средств измерений), предназначенное для воспроизведения и хранения единицы физической величины (кратных либо дольных значений единицы этой величины) с целью передачи ее размера другим средствам измерений данной физической величины.