5.2. Измерительные приборы и установки
Измерительный прибор — средство измерений, в котором измеряемая физическая величина преобразуется в измерительный сигнал, который в свою очередь воздействует на отсчетное устройство, позволяющее получить значение физической величины в удобной для наблюдателя форме. По форме представления показаний отсчетные устройства подразделяются на цифровые и аналоговые.
Составными частями отсчетного устройства являются шкала и указатель. Шкала — это часть отсчетного устройства, представляющая собой ряд отметок, соответствующих последовательному ряду значений измеряемой величины. Отметка шкалы — это знак на шкале (черточка, точка), соответствующий определенному значению измеряемой величины. Отметка, у которой проставлено число отсчета, называется числовой отметкой шкалы. Промежуток между двумя соседними отметками шкалы называется делением шкалы. Цена деления шкалы — это разность значений измеряемой величины, соответствующих двум соседним отметкам. Указатель — это часть отсчетного устройства, положение которого относительно отметок шкалы определяет показания измерительного прибора. Указатель выполняется, как правило, в виде подвижной стрелки.
Градуировка шкалы прибора — нанесение на шкалу отметок путем «измерения» многозначной эталонной меры, т. е. путем подведения к первичному преобразователю многозначной эталонной меры. В градуировке нуждаются только приборы прямого преобразования, так как в них измеряемая величина преобразуется в одном направлении и выходной сигнал воздействует на отсчетное устройство. К приборам прямого действия относится большинство манометров, динамометров, термометров, амперметров и т.д.
В приборах сравнения (компенсационного преобразования) измеряемые величины при каждом измерении сравниваются с величинами, значения которых известны, т. е. особенностью компенсационного преобразования является обратное преобразование выходного сигнала в величину, однородную с измеряемой. Простейшим прибором этого типа являются рычажные весы. К ним относятся также грузопоршневые манометры (рис. 7.1), потенциометры и другие приборы, в которых используют мостовые цепи.
Рис. 7.1. Схема грузопоршневого манометра:
1— поршень; 2 — поверяемый рабочий манометр; 3 — разделительная камера; т —
масса груза; F — площадь поршня; Р — давление
• форме преобразования сигналов (аналоговые или цифровые);
• принципу действия;
• назначению;
• точности;
• стабильности показаний;
• диапазону измерений.
Грузопоршневые манометры, являющиеся приборами нулевого сравнения с ручным уравновешиванием, используют, как правило, для поверки рабочих манометров прямого действия. Давление Р в разделительной камере создают с помощью поршня, загружаемого грузами известной массы т. Если поршень находится в положении равновесия, то
Р = mg/F,
где F — площадь поршня.
Измерительные приборы классифицируют также и по другим признакам:
• по форме индикации измеряемой величины (показывающие или регистрирующие);
Диапазоном измерений называется область значений шкалы, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности прибора. При этом диапазон показаний прибора — область значений между первой и последней отметками, — как правило, несколько больше диапазона измерений.
Современные автоматизированные производственные процессы и экспериментальные научные исследования требуют измерения многих физических величин одновременно или в определенном режиме. Для этих целей используют:
• измерительные установки — комплекс функционально объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, расположенных в одном месте;
• измерительные системы — комплекс функционально объединенных средств измерений, вспомогательных устройств, вычислительной техники и каналов связи.
Алгоритм работы измерительных систем может оставаться постоянным, а также изменяться в соответствии с заданной программой или в зависимости от изменяющихся параметров производственного процесса. В работе измерительных приборов, установок и систем используется большое количество измерительных принадлежностей и вспомогательных устройств, служащих для исключения или поддержания в заданном диапазоне влияющих факторов, усиления сигнала, улучшения условий измерений и т.д. Ко многим измерительным принадлежностям предъявляются метрологические требования, так как они могут являться источником дополнительных погрешностей. Например, лабораторная механизированная мешалка для приготовления цементного теста является измерительной принадлежностью прибора «Вика», и от ее параметров зависит точность определения нормальной густоты цементного теста. Лабораторная виброплощадка является измерительной принадлежностью технического вискозиметра для определения жесткости бетонной смеси и также оказывает решающее влияние на точность определения. Измерительные принадлежности и вспомогательные устройства применяются при определении морозостойкости бетона, прочности бетона неразрушающими методами, испытаниях железобетонных конструкций и т. д. Допуски на технические параметры применяемых устройств должны назначаться по результатам специальных исследований, оценивающих влияние изменения этих параметров на формирование суммарной погрешности.