Измерительный прибор - средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Все измерительные приборы классифицируются по:

- величине и роду тока:

приборы:

1) постоянного тока;

2) переменного тока;

3) смешанные;

- по виду выходного сигнала:

1) непрерывный – аналоговый;

2) дискретный – цифровые;

- по признаку преобразования измеряемой величины:

1) прямого преобразования – измеряемая величина воздействует непосредственно на подвижную часть;

2) основан на принципе сравнивания с мерой;

3) компенсационные приборы – являются разновидностью прямого метода измерения;

- по применяемого физическому явлению:

1) электромеханические – для перемещения подвижной рамки со стрелкой применяется энергия электромагнитного поля;

2) тепловые – применяется энергия теплового поля;

3) электрохимические – используют химическое воздействие электрического тока;

4) электронно-кинетические приборы;

5) электронные приборы;

- по назначению:

1) показывающие;

2) регулирующие;

3) самопишущие;

4) сигнализирующие;

5) интегрирующие.

Электроизмерительные приборы делятся на два основных класса: стрелочные, в которых под действием электромагнитных сил происходит механическое перемещение указателя (стрелки, зеркальца и т.п.), и цифровые, в которых применяются электронные методы измерения и представление информации без преобразования ее в механическое движение.

В зависимости от принципа действия стрелочные приборы делятся на магнитоэлектрические, электромагнитные, электростатические и др.

8.5 Измерительные преобразователи. Классификация измерительных преобразователей

Измерительный преобразо ватель - средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи дальнейшего преобразования, обработки и(или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем.

Датчик – конструктивная совокупность одного или нескольких измерительных преобразователей и сопутствующих устройств, расположенных непосредственно на месте измерения и удалённых от места отображения информации на какое-либо расстояние. 

Все электрические преобразователи по роду преобразования делятся:

- электрической величины в электрическую. Пример: масштабные преобразователи ( , шунты, измерительные трансформаторы тока и напряжения, измеряемые усилители, делитель напряжения, измеряемые выпрямители);

- не электрической величины в электрическую (самый распространённый класс преобразователей), (преобразователь перемещения ленты, температурные преобразователи, термопары и т.д.);

- электрической величины в неэлектрическую;

- неэлектрической величины в неэлектрическую (редуктор, исполнительные механизмы, весы, лом);

- магнитной величины в электрическую величину.

Все измерительные преобразователи, кроме этого классифицируются на:

-   первичный – измерительный преобразователь, к которому подведена измеряемая величина, т. е. первый в измерительной цепи .

- вторичный – служат для преобразования выходного сигнала первичного преобразователя по величине и форме необходимых для работы измерительных устройств, средств и систем автоматизации;

- нормирующие преобразователи имеют нормированные метрологические характеристики с унифицированными входными сигналами.

В соответствии с требованиями, принятыми в Украине государственной системой приборов и автоматизации (ГСП), все средства измерения должны иметь упорядоченные и унифицированные по величине и виду входные и выходные сигналы (напряжение по силе постоянного тока должны применятся сигналы в диапазоне 0 5мА; 0 20мА; 4 20мА;-5 0 +5мА). По величине постоянного напряжения - 0 10В; 0 20В; -1 0 +1В; 0 1В. В милливольтах - 0 10мВ; -10 0 +10мВ; 0 20мВ и другие.

По величине переменного напряжения 0 2В; -1 0 +1В.

По частоте от 2 8кГц до 2 4кГц.

Гидравлический сигнал давления 0,1 6,4Мпа.

Кроме того, все измерительные преобразователи классифицируются на:

- генераторные - у которых выходная величина представлена в виде ЭДС, а внутренний источник тока не используется (тахогенераторные, пьезоэлектрические).

- параметрические – выходной сигнал представлен в виде изменения какого-либо параметра элементной цепи: - взаимоиндуктивность. Этот тип преобразователей требует обязательного исполнения внутреннего источника тока.

Индикаторы

             Особый вид средств измерений в виде технического устройства или вещества, предназначенного для установления наличия какой-либо физической величины или определения ее порогового значения (индикатор фазового провода электропроводки, индикатор контакта измерительного наконечника прибора линейных измерений с поверхностью детали, лакмусовая бумага, "индикатор пожара в помещении", индикаторы охранной сигнализации). В некоторых случаях в качестве индикаторов могут использоваться измерительные приборы (омметр при проверке обрыва в электрической цепи, часы-будильник, предельный электроконтактный измерительный преобразователь с визуальной или звуковой сигнализацией, называемый иногда «реле геометрических размеров»).

8.6 Информационно- измерительные системы

- совокупность технических средств измерения связанных каналами связи и предусматриваемых многократное испытание этих каналов связи;

- система телеизмерения испытывает передачу измеряемой информации по уплотнённым каналам связи;

- система автоматического контроля осуществляет передачу информации и дальнейшее её сравнение с номинальными параметрами и определяющими работу, установки механизма, машины, объекта автоматического управления.

Измерительная система - совокупность средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и (или) использования в автоматических системах управления.

9. Погрешность измерения. Классификация погрешностей измерения

При анализе измерений следует четко разграничивать два понятия: истинные значения физических величин и их эмпирические проявления - результаты измерений.

Истинные значения физических величин - это значения, идеальным образом отражающие свойства данного объекта как в количественном, так и в качественном отношении. Они не зависят от средств нашего познания и являются абсолютной истиной.

Результаты измерений , напротив, являются продуктами нашего познания. Представляя собой приближенные оценки значений величин, найденные путем измерения, они зависят не только от них, но еще и от метода измерения, от технических средств, с помощью которых проводятся измерения, и от свойств органов чувств наблюдателя, осуществляющего измерения.

Разница между результатами измерения X' и истинным значением Q измеряемой величины называется погрешностью измерения [17]:

(1)

Погрешность измерения – отклонение результата от истинного значения измеряемой величины. ГОСТ не рекомендует заменять «погрешность» на «ошибку».

Но поскольку истинное значение Q измеряемой величины неизвестно, то неизвестны и погрешности измерения, поэтому для получения хотя бы приближенных сведений о них приходится в формулу (1) вместо истинного значения подставлять так называемое действительное значение.

Под действительным значением физической величины понимается ее значение, найденное экспериментально и настолько приближающееся к истинному, что для данной цели оно может быть использовано вместо него.

Причинами возникновения погрешностей являются: несовершенство методов измерений, технических средств, применяемых при измерениях, и органов чувств наблюдателя. В отдельную группу следует объединить причины, связанные с влиянием условий проведения измерений. Последние проявляются двояко. С одной стороны, все физические величины, играющие какую-либо роль при проведении измерений, в той или иной степени зависят друг от друга. Поэтому с изменением внешних условий изменяются истинные значения измеряемых величин. С другой стороны, условия проведения измерений влияют и на характеристики средств измерений и физиологические свойства органов чувств наблюдателя и через их посредство становятся источником погрешностей измерения.

Описанные причины возникновения погрешностей определяются совокупностью большого числа факторов, под влиянием которых складывается суммарная погрешность измерения - см. формулу (1). Их можно объединить в две основные группы.

1. Факторы, проявляющиеся весьма нерегулярно и столь же неожиданно исчезающие или проявляющиеся с интенсивностью, которую трудно предвидеть. К ним относятся, например, перекосы элементов приборов в их направляющих, нерегулярные изменения моментов трения в опорах, малые флюктуации влияющих величин, изменения внимания операторов и др.

Доля, или составляющая, суммарной погрешности измерения (1), определяемая действием факторов этой группы, называется случайной погрешностью измерения. Ее основная особенность в том, что она случайно изменяется при повторных измерениях одной и той же величины.

При создании измерительной аппаратуры и организации процесса измерения в целом интенсивность проявления большинства факторов данной группы удается свести к общему уровню, так что все они влияют более или менее одинаково на формирование случайной погрешности. Однако некоторые из них, например внезапное падение напряжения в сети электропитания, могут проявиться неожиданно сильно, в результате чего погрешность примет размеры, явно выходящие за границы, обусловленные ходом эксперимента в целом. Такие погрешности в составе случайной погрешности называются грубыми. К ним тесно примыкают промахи - погрешности, зависящие от наблюдателя и связанные с неправильным обращением со средствами измерений, неверным отсчетом показаний или ошибками при записи результатов.

2. Факторы, постоянные или закономерно изменяющиеся в процессе измерительного эксперимента, например плавные изменения влияющих величин или погрешности применяемых при измерениях образцовых мер. Составляющие суммарной погрешности (1), определяемые действием факторов этой группы, называются систематическими погрешностями измерения. Их отличительная особенность в том, что они остаются постоянными или закономерно изменяются при повторных измерениях одной и той же величины. До тех пор, пока систематические погрешности больше случайных, их зачастую можно вычислить или исключить из результатов измерений надлежащей постановкой опыта.

Таким образом, мы имеем два типа погрешностей измерения:

• случайные (в том числе грубые погрешности и промахи), изменяющиеся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины;
• систематические погрешности, остающиеся постоянными или закономерно изменяющиеся при повторных измерениях.

В процессе измерения оба вида погрешностей проявляются одновременно, и погрешность измерения можно представить в виде суммы:

(2)

где - случайная, а - систематическая погрешности.