Лекция по теме «Классификация средств электрических измерений»

Измерительная техника является практической, прикладной областью в метрологии. Главными задачами измерительной техники являются: проведение и оценка измерения, применение средств измерений  (СИ)  в различных практических областях

За­дачей электрических измерений является нахождение значений физических величин опытным путем с помощью специальных электротехнических средств и выражение этих значений в при­нятых единицах.

Средствами электри­ческих измерений называют технические средства, используемые при электрических измерениях и имеющие нормированные метро­логические характеристики. Различают следующие виды средств электрических измерений:

— меры;

— электроизмерительные приборы;

— измерительные преобразователи;

— электроизмерительные установки;

— измерительные системы;

— измерительно-вычислительные комплексы.

Мерами называют средства измерений, предназначенные для вос­произведения физической величины заданного размера. Различают однозначные меры, многозначные меры и наборы мер.

Однозначная мера воспроизводит физическую величину одного размера; многозначная мера воспроизводит ряд одноименных вели­чин разного размера. Например,  однозначная меры —   постоянной емкости,  многозначные меры — конденсатор переменной емкости, вариометр для плавного измене­ния индуктивности и др. Набор мер представляет собой специа­льно подобранный комплект мер, применяемых не только по от­дельности, но и в различных сочетаниях с целью воспроизведения ряда одноименных величин различного размера. Примерами набора мер являются магазины сопротивлений, емкостей и др.

Электроизмерительными приборами называют средства электри­ческих измерений, предназначенные для выработки сигналов изме­рительной информации, в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Они разно­образны по своему принципу действия и конструктивному оформле­нию.

Элек­троизмерительные приборы могут быть классифицированы по раз­личным признакам.

1. По форме представления информации:

— аналоговые приборы — показания которых являются непрерывными функциями изменений измеряемых величин;

— цифровые приборы —  вырабатываю­щие дискретные сигналы измерительной информации, показания которых представлены в цифровой форме.

2. По виду получаемой измерительной информации:

— показывающие — обеспечивают только считывание показаний;

-регистрирующие — обеспечивают регистрацию показаний в той или иной форме

— показывающие и регистрирующие – обеспечивают и считывание и регистрацию.

Если регистрирующий измерительный прибор дает запись пока­заний в форме диаграммы, то такие приборы называют самопишу­щими.

Регистрирующий измерительный прибор, в котором предусмот­рено печатание показаний в цифровой форме, называют печатающим прибором.

 

 

 

3. По вычислительным функциям:

— суммирующие —  электроизмерительные приборы, показания которых функцио­нально связаны с суммой двух или нескольких величин, подво­димых к ним по различным каналам. Примером суммирующего прибора может служить ваттметр, пред­назначенный для измерения суммарной мощности нескольких гене­раторов.

— интегрирую­щие  — в которых измеряемая величина интегрируется по времени или по другой независимой переменной. Примером может служить электрический счетчик энергии.

4. По методу измерения:

— приборы прямого преобразования  —  заранее градуированы в еди­ницах измеряемой величины, т. е. мера заранее используется в про­цессе изготовления прибора, например, магнитоэлектрический вольтметр. В таких приборах реализуется метод непосредственной оценки.

— прибо­ры компенсационные  —  в них осуществляется непосредственное сравнение измеряемой величины с величиной, значение которой известно, т.е. с мерой. Примерами приборов сравнения являются мосты, потенциометры. В таких приборах реализуется метод сравнения с мерой.

В приборах сравнения и некоторых других для установления отсутствия тока в каком-либо участке цепи или равенства напряже­ний на каких-либо участках цепи применяются приборы, получив­шие название нуль-индикаторов. Примерами нуль-индикаторов мо­гут быть гальванометры или электронные устройства, выдающие импульс тока (или прекращающие выдачу импульсов) при равен­стве двух напряжений, подводимых к их входам.

Дальнейшие разделения приборов по конструктивным и функ­циональным признакам представляют собой параллельные класси­фикации. Укажем некоторые примеры.

 

 

По характеру применения различают следующие приборы:

— стационарные, т. е. такие, корпуса которых приспособлены для жесткого крепления на месте установки;

— переносные, т. е. такие, корпуса которых не предназначены для жесткого крепления на месте установки.

По роду измеряемой величины приборы делятся на амперметры— для измерения тока; вольтметры — для измерения напряжения; омметры — для измерения сопротивления; ваттметры – для измерения мощности.

Измерительными преобразователями называют средства электри­ческих измерений, предназначенные для выработки сигнала измери­тельной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем.

В зависимости от вида измеряемых величин измерительные пре­образователи делятся на две группы:

1. Преобразователи электрических величин в электрические же величины;

К  таким преобразователям относятся шунты, делители напряжения, измерительные трансфор­маторы и другие устройства. Применение преобразователей позво­ляет изготовлять приборы на разные пределы измерений, произво­дить измерения относительно больших токов и напряжений прибо­рами, имеющими меньшие пределы измерений. К преобразо­вателям электрических величин в электрические же величины отно­сятся многочисленные преобразователи, предназначенные для по­лучения сигналов измерительной информации в форме, удобной для ее передачи, преобразования, обработки и хранения. Например, преобразователи изме­ряемых электрических величин в код (АЦП), который может быть использован для передачи измерительной информации по каналам связи  для введения в цифровые устройства (ЭВМ)  или для представления измерительной информации в цифровой форме.

2. Преобразователи неэлектрических величин в электрические.

Пред­ставляют собой обширную группу преобразователей, применяемых при электрических измерениях неэлектрических величин. Примером могут служить различные терморезисторы, индуктивные, емкостные пре­образователи, в которых измеряемая неэлектрическая величина (температура,  перемещение, давление и др.) преобразуется в  электриче­скую (электрическое сопротивление, индуктивность, емкость),  находящуюся в определенной функциональной зависимости от изме­ряемой неэлектрической величины.

На практике такие измерительные преобразователи называют датчиками, под которыми понимают конструктивную совокуп­ность одного или нескольких измерительных преобразователей и сопутствующих им конструктивных элементов, размещаемых непосред­ственно на объекте измерения и удаленных от места отображения, регистрации или обработки измерительной информации. Примерами могут служить датчики температуры, устанавливаемые на технологическом объекте.

Электроизмерительной установкой называется совокупность функционально и конструктивно объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких физических величин и расположенная в одном месте. Измерительная установка позволяет пре­дусмотреть определенный метод измерения и заранее оценить по­грешности измерений. Примерами измерительных установок могут служить установка для измерений удельного сопротивления электротехнических материалов, установка для испытаний магнитных материалов, различные поверочные установки.

Измерительные системы (ИС) — совокупность функционально объединенных средств измерений,  ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта с целью измерений одной или нескольких физических величин и выработки измерительных сигналов в разных целях. Передача измеритель­ной информации осуществляется по каналам связи. Под каналом связи понимается совокупность технических средств, обеспечивающих передачу информации от передатчика ин­формации к приемнику. Основными отличиями ИС от других средств измерений является автоматический сбор измери­тельной информации от ряда источников и многократное использо­вание преобразователей сигналов.

В зависимости от назначения измерительные системы разделяют на измерительные информационные, измерительные контролирующие, измерительные управляющие системы и др.

Измерительные информационные системы — системы, предназначенные для вы­полнения указанных выше функций с представлением измеритель­ной информации в форме, удобной для наблюдения или регистра­ции.  Измерительные информационные системы могут применяться как на территории какого-либо объекта, так и с передачей измеритель­ной информации с объекта на принимающий пункт по каналам связи, например, измерительная система теплоэлектростанции, позволяющая получать измерительную информацию о ряде физических величин в разных энергоблоках. Она может содержать сотни измерительных каналов.

Измерительно-контролирующие системы — системы, предназначенные для получения информа­ции об отклонениях значений контролируемых величин от установ­ленных номинальных. Например, отклонения температуры различ­ных точек объекта от заданных значений.

Измерительно-вычислительный комплекс – функционально объединенная совокупность СИ, ЭВМ и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения в составе измерительной системы конкретной измерительной задачи.