Контрольні запитання:

1. Що таке похибка вимірювання ?

1. Назвіть основні види похибок вимірювання.

1. Які особливості систематичних похибок ?

1. Якими способами можна зменшити систематичну похибку ?

1. Що таке основна і додаткові похибки ?

1. За яких умов виникає динамічна похибка ?

1. Якими способами можна підвищувати точність засобів вимірювання ?

Тема 1.3 Засоби вимірювання

План

1. Основні положення.

2. Засоби вимірювання, за допомогою яких здійснюють операції вимірювання.

3. Засоби вимірювання, за допомогою яких здійснюють процедуру вимірювання.

4. Основні метрологічні характеристики і класи точності засобів вимірювання.

1. Основні положення

Вимірювання — це експериментально-інформаційна процедура, яка здійснюється за допомогою спеціальних технічних засобів — засобів вимірювання. Засоби вимі­рювання обов'язково мають нормовані метрологічні характеристики. Технічні засоби, за допомогою яких можна вимірювати фізичні величини, але метрологічні ха­рактеристики яких не нормовано, не належать до засобів вимірювання.

Засобами вимірювання можна реалізовувати окремі вимірювальні операції (відтворення, порівняння, вимірю­вальне перетворення) і вимірювальну процедуру в цілому.

2. Засоби вимірювання, за допомогою яких здійснюють операції вимірювання

Складну багатоетапну процедуру, якою є вимірювання, в цілому можна розділити на окремі вимірювальні операції — відтворення, перетворення і порівняння фізичних величин.

Засоби вимірювання, за допомогою яких здійснюють окремі вимірювальні операції, поділяються на: міри, компаратори , вимірювальні перетворювачі.

М іра — це засіб вимірювання, призначений для відтворення фізичної величини заданого розміру із зада­ною точністю.

Рис.1.1

Отже, міра — це засіб вимірювання, на вхід якого надходить значення відтворюваної величини, тобто число N_Х а на виході — відтворена із заданою точністю величина x_n .

Міри поділяються на еталони, зразкові та робочі.

Еталони займають чільне місце серед мір, мають найвищу точність і призначені для відтворення та зберігання одиниць фізичних величин з метою передачі їх розміру зра­зковим мірам. Зразкові міри передають розмір фізичних ве­личин робочим мірам які призначені для визначення метрологічних характеристик засобів вимірювання. Крім того, міри поділяються на од­нозначні, якщо відтворюють фізичну величину одного розміру, і багатозначні, якщо відтворюють багато зна­чень фізичної величини у деякому діапазоні.

В имірювальний перетворювач — це засіб вимірюван­ня, призначений для перетворювання, зберігання і пере­дачі сигналу вимірювальної інформації у формі, яка недо­ступна для безпосереднього сприйняття спостерігачем. На вхід вимірювального перетворювача подається вхідна фізична величина X, а на виході отримуємо вихідну фізичну величину У (рис. 1.2).

Рис 1.2

Якщо вхідна Х і вихідна У фізичні величини різнорідні, то такий вимірювальний перетворювач називається вимірювальний перетворювач роду фізичної величини. При­кладом такого вимірювального перетворювача є термоперетво­рювач (термопара), вхідною ве­личиною якого є температура, а вихідною — електрорушійна сила.

У вимірювальних перетворювачах без перетворення роду фізичної величини вхідна Х і вихідна У фізичні величини — од­норідні. Наприклад, вхідною і вихідною величиною пе­ретворювача амплітудних значень є напруга.(трансформатор).

Якщо залежність між вхідною Х і вихідною У величинами вимірювального перетворювача нелінійна Y=f(X), то такі вимірювальні перетворювачі називаються функціональними вимірювальними перетворювачами, якщо ж залежність лінійна Y=kX і величини Х і У — однорідні, то такі перетворювачі називаються масштабними вимірювальними перетворювачами і призначені для зміни розміру величини в задане число раз без зміни роду величини.

Відношення розміру фізичної величини на виході масштабного перетворювача Хвих до розміру однорідної фізичної величини на вході Хвх називається коефіцієнтом перетворення.

Прикладами масштабних перетворювачів можуть бути шунти для амперметрів, додаткові опори для вольтметрів, вимірювальні трансформатори струму, напруги та ін.

Залежно від форми сигналу вимірювальної інформації на вході і виході вимірювальні перетворювачі є такі: аналогові; аналого-цифрові (АЦП); цифроаналогові (ЦАП); цифрові.

Вимірювальний перетворювач, який безпосередньо взаємодіє з об'єктом вимірювання, називається первинним вимірювальним перетворювачем.

Первинні вимірювальні перетворювачі, які розміщу­ються безпосередньо на об'єкті дослідження і віддалені від місця обробки інформації, називаються датчиками.

В имірювальну операцію порівняння фізичних вели­чин виконують за допомогою засобу вимірювання, який називається компаратором. Іноді для нього застосову­ють термін — нуль-індикатор. У аналогових вимірю­вальних пристроях як нуль-індикатор застосовують гальванометри, які мають висо­ку чутливість.

Рис 1.3

Компаратор має два входи і один вихід (рис. 1.3).

На один вхід компаратора подається вимірювана величина X, або вихідна величина вимірю­вального перетворювача, а на другий вхід — однорідна величи­на Х_N, відтворена мірою. Вихід­ний сигнал компаратора є логічним сигналом, який наби­рає двох значень: 1, якщо вхідні величини компаратора Х та Х_N — однакові, і 0, якщо вони різні:

Розглянуті засоби вимірювання здійснюють тільки окремі операції вимірювання і тому застосовуються, як правило, не окремо, а разом з іншими засобами.