Обобщенная структурная схема средств измерений и контроля

Для создания и изучения измерительных систем, отдельных средств измерений часто применяют так называемые общие структурные схемы средств измерений и контроля. В этих схемах изображены отдельные элементы средства измерений в виде символических блоков, соединенных между собой сигналами, характеризующими физические величины.

РМГ29-99 определяет следующие общие структурные элементы средств измерений: чувствительный, преобразовательный элементы, измерительная цепь, измерительное, показывающее, регистрирующее устройства.

Первичной задачей любого средства измерений является восприятие физической величины. Эту функцию выполняет чувствительный элемент. Чувствительный элемент средства измерений – часть измерительного преобразователя в измерительной цепи, воспринимающая входной измерительный сигнал. Именно этот элемент определяет способность средства измерений реагировать на изменения измеряемой величины. Конструктивные разновидности чувствительного элемента весьма разнообразны и они будут рассмотрены в разделах, посвященных конструкции средств измерений и контроля.

Основной задачей этого элемента является выработка сигнала измерительной информации в форме, удобной для дальнейшей ее обработки. Этот сигнал может быть механическим (перемещение, поворот), пневматическим, электрическим и другими.

При использовании для измерений определенных физических явлений возникает необходимость преобразовывать сигнал, полученный чувствительным элементом, в другую физическую величину (например, давление – в электрическую величину, температуру – в давление и т.п.). Эту функцию выполняет преобразовательный элемент.Он предназначен для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения (например, преобразование неэлектрической величины в электрическую). Как правило, эта информация не поддается непосредственному восприятию наблюдателем. Преобразовательный элемент может быть выделен в отдельную конструкцию, а может содержать два и более преобразователя.

Для дистанционной передачи сигнала измерительной информации предусматриваются передающие измерительные преобразователи, а для ее изменения в заданное число раз – масштабные измерительные преобразователи. Например, индуктивные и пневматические преобразователи относят к передающим преобразователям, а делители напряжений на входе вольтметров или электронных осциллографов, измерительные усилители относят к масштабным измерительным преобразователям.

Измерительная цепь средства измерения – это совокупность элементов средств измерений, образующих непрерывный путь прохождения измерительного сигнала одной ФВ от входа до выхода.

Измерительный механизм – часть конструкции средства измерений, состоящая из элементов, взаимодействие которых вызывает их взаимное перемещение. Например, измерительный механизм индикатора часового типа (рис.10.6) состоит из зубчатых колес 2, 3,4, зубчатой рейки 1.

Измерительное устройство – часть измерительного прибора (установки или системы), связанная с измерительным сигналом и имеющая обособленную конструкцию.

Регистрирующее устройство средства измерений – совокупность элементов средства измерений, которые регистрируют значение измеряемой или связанной с ней величины. Оно часто включает в себя шкалу и указатель. В самопишущих приборах отсчетное устройство осуществляет запись в виде диаграммы, в интегрирующем приборе чаще всего применяется счетный механизм.

Шкала – часть показывающего устройства средства измерений, представляющая собой упорядоченный ряд отметок вместе со связанной с ними нумерацией. Шкалы бывают односторонними (рис.10.7, а), двухсторонними (рис.10.7, б) и безнулевыми (рис.10.7, в). В односторонних шкалах один из пределов измерений средства измерений равен нулю. В двухсторонних шкалах нулевое значение расположено на шкале. В безнулевых – на шкале нет нулевого значения.

В соответствии с ГОСТ 8.401–80 ”ГСИ. Классы точности средств измерений. Общие требования” практически равномерной шкалой называется шкала, длина делений которой отличается друг от друга не более чем на 30% и имеет постоянную цену делений. Существенно неравномерная шкала – это шкала с сужающимися делениями, а степенная шкала – это шкала с расширяющимися делениями, отличная от шкал, указанных выше.

Указатель – часть показывающего устройства, положение которой относительно отметок шкалы определяет показания средства измерений. Указатель может быть выполнен в виде материального стержня – стрелки (рис.10.6) или в виде луча света – светового указателя.

В показывающих приборах при наличии шкалы и указателя возможны отсчетные устройства двух видов: когда указатель перемещается относительно неподвижной шкалы (индикаторы часового типа, вольтметры, амперметры и другие) или шкала перемещается относительно неподвижного указателя (микрометры, оптиметры и другие).

Цифровые отсчетные устройства бывают либо механические, либо световые. Механические отсчетные устройства используют в тех цифровых приборах, у которых измеряемая величина преобразуется в соответствующие углы поворота валов (например, отсчетные устройства у некоторых типов бензоколонок, у приборов с цифровой лентой и с цифровым роликом и другие).

Световые табло, состоящие, как правило, из системы индикаторных устройств, основанных на жидких кристаллах, используются в электронных цифровых средствах измерений, у которых измеряемые величины преобразуются в определенную последовательность импульсных сигналов (например, табло электронных часов, штангенциркуль с электронным цифровым отсчетным устройством и другие).

В качестве регистрирующих измерительных приборов широко применяются самопишущие, в которых предусмотрена запись показаний в форме диаграммы (самопишущий вольтметр, профилограф, барограф, термограф и другие) и печатающие, в которых предусмотрено печатание показаний в цифровой форме.

Каждое отдельное средство измерений также может быть изображено соответствующей структурной схемой. Например, на рис.10.8, а представлена схема преобразователя давления. Мембрана 1 воспринимает измеряемую величину (давление воздуха) и через рычаг 2 перемещает движок реостата 3, изменяя его электрическое сопротивление, которое для этого устройства является выходной величиной. В соответствии с принятой терминологией элемент 1 структурной схемы (рис.10.8, б) является первичным преобразователем, а элементы 2 и 3 – промежуточным и передающим преобразователями.

Объединение и сочетание в различных комбинациях средств измерений, их структурных элементов, вспомогательных устройств позволяет получить широкую гамму измерительных систем, предназначенных для автоматизации процесса измерений и использования результатов измерений для автоматического управления различными процессами производства.