1.2 Классификация измерений

По способу нахождения численного значения физической величины выделяют четыре вида измерений (прямые, косвенные, совокупные и совмест- ные) [3].

Прямые измерения – измерения, при которых искомое значение величины находится непосредственно из опытных данных.

Косвенные измерения – измерения, при которых искомое значение величины находится на основании известных зависимостей между этой величиной, и величинами, подтверждае­мыми прямыми измерениями.

Совокупные измерения – производимые одновременно измерения нескольких одно­имённых величин, при которых искомое значение величины находится решением системы уравнений, полученных при прямых измерениях различных состояний этих величин.

Пример 1.1. Значение массы отдельных гирь набора определяют по известному значению массы одной из гирь и по результатам измерений (сравнений) масс различных сочетаний гирь [1].

Совместные измерения – производимые одновременно измерения двух или нескольких не одноименных величин для нахождения зависимости между ними.

Каждая физическая величина может быть измерена несколькими методами, которые могут отличаться друг от друга особенностями как технического, так и методического характера. Все методы измерений делятся на методы непосредственной оценки и методы сравне­ния.

Метод непосредственной оценки предполагает определение значения величины непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого дей­ствия, заранее проградуированного в единицах измеряемой величины. Примером использования данного метода может служить измерение напряжения стрелочным вольтметром. Метод непосредственной оценки обладает малой точностью.

Метод сравнения с мерой – метод измерений, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Примером может служить измерение интервала времени путем его сравнения с периодом следования импульсов от эталонного тактового генератора. Приборы, реализующие измерение на основе метода сравнения, называют приборами сравнения. Приборы сравнения обеспечивают более высокую точность измерений. Метод сравнения с мерой имеет несколько разновидностей: метод противопоставления, дифференциальный метод, нулевой метод, метод замещения, метод совпадения.

1.3 Средства измерения электрических величин

Понятие СИ было введено нами в разд. 1.1. По функциональному назначению СИ делят на эталоны, меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные системы, измерительные установки.

Эталон – средство измерения и (или комплекс средств измерений), обеспечивающее вос­произведение и (или) хранение физической величины с наивысшей точностью для данного уровня развития измерительной техники с целью передачи ее размера нижеследующим по поверочной схеме средствам измерений. Например, эталон единицы силы электрического тока, эталон единицы электродвижущей силы (ЭДС), эталон единицы времени и частоты, эталон единицы электрического сопротивления, эталон единицы электрической емкости, эталон еди­ницы индуктивности и т.д.

Меры – средства измерений, предназначенные для воспроизведения физической величи­ны заданного размера (значения). В качестве меры в радиоизмерениях, в частности, используются: измерительный резистор, воспроизводящий сопротивление определённого размера, с определённой погрешностью; измерительный конденсатор – мера электрической емкости; кварцевый генератор – мера частоты электрических ко­лебаний.

Измерительный преобразователь – средство измерения, предназначенное для выработ­ки сигнала измерительной информации в форме удобной для передачи, преобразования, об­работки, возможно хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюда­телем. Измерительный преобразователь, к которому подводится измеряемая величина, называется первичным преобразователем (датчиком). Измерительный преобразователь, предназначенный для изменения размера величины в заданное число раз, называется масштабным преобразователем. Измерительные преобразователи для электри­ческих измерений делят на преобразователи электрических и неэлектрических величин.

Измерительным прибором называют средство измерения, предназначенное для выра­ботки сигнала измерительной информации в форме доступной для непосредственного вос­приятия наблюдателем. Измерительные приборы в зависимости от вида входного и выходного сигнала делят на аналоговые и цифровые. Измерительный прибор, показания которого являются непрерывной функцией изменений измеряемой величины, называется аналоговым измерительным прибором. Измерительный прибор, автоматически вырабатывающий дискретный (кодированный) сигнал измерительной информации и дающий показания в цифровой форме, называется цифровым измерительным прибором.

Приборы, допускающие регистрацию измеряемой величины (т. е. позволяющие установить характер ее изменения во времени) называются регистрирую­щими. К регистрирующим приборам относятся, например, универсальный осциллограф, различные самопишущие приборы и печатающие приборы. Показывающий прибор – это устройство, предназначенное только для считывания показаний, например вольтметр.

В зависимости от степени усреднения измеряемой величины вы­деляют приборы для измерения мгновенного значения измеряемой величины и интегрирую­щие приборы, показания которых определяются интегралом по времени или другой переменной. В качестве примера интегрирующего прибора можно привести счетчик электрической энергии.

В зависимости от степени защищённости от климатических и механи­ческих воздействий различают приборы обыкновенные, пылезащищённые, виброударо­стойкие, взрывобезопасные и т.д.

При необходимости измерения и обработки большого количества из­меряемых величин применяются измерительные системы.

Измерительные системы – совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигнала измерительной информации в удобной для автоматической обработки форме, ее передачи и использования в различных системах управления.

К измерительным системам в частности относятся:

1. Информационно-измерительные система – совокупность функционально объединён­ных измерительных, вычислительных и других вспомогательных технических средств для получения измерительной информации, её преобразования и обработки, с целью представле­ния потребителю в требуемом виде, либо автоматического осуществления функций контро­ля, диагностирования, идентификации.

2. Компьютерно-измерительная система (виртуальный прибор), состоящая из стандартного или специализированного компьютера со встроенной в него платой (модулем) сбора данных.

Измерительная установка – совокупность функционально и конструктивно объединён­ных средств измерений и вспомогательных устройств, предназначенных для рациональной организации измерений.

Все средства измерений делят на образцовые и рабочие. Образцовые средства измерений предназначены для поверки рабочих. Рабочие средства измерения предназначены для всех измерений, кроме поверки.