Основные составные части измерительных устройств:

преобразовательный элемент – элемент средства измерений, в котором происходит одно из ряда последовательных преобразований величины;

измерительная цепь – совокупность преобразовательных элементов средства измерений, обеспечивающая осуществление всех преобразований сигнала измерительной информации;

чувствительный элемент – первый в измерительной цепи преобразовательный элемент, находящийся под непосредственным воздействием измеряемой величины;

измерительный механизм – часть конструкции средств измерений, состоящая из элементов, взаимодействие которых вызывает их взаимное перемещение;

отсчетное устройство – часть конструкции средства измерений, предназначенная для отсчитывания значений измеряемой величины;

регистрирующее устройство – часть регистрирующего измерительного прибора, предназначенная для регистрации показаний.

На рис. 2.1 и 2.2 приведены структурные схемы измерительных устройств прямого действия (рис. 2.1а и 2.2а) и сравнения (рис. 2.1б и 2.2б). Первые часто называют измерительными устройствами прямого преобразования, а вторые – измерительными устройствами уравновешивающего, или компенсационного, преобразования.

Рис. 2.1. Структурные схемы измерительных приборов:

а – прямого действия; б – сравнения

Структурная схема измерительных устройств однозначно определяется используемым методом преобразования.

Измерительный прибор, изображенный на рис. 2.1а, работает следующим образом. Измеряемая физическая величина X поступает в чувствительный элемент 1, где преобразуется в другую физическую величину, удобную для дальнейшего использования, и поступает на промежуточный преобразовательный элемент 2, который обычно либо усиливает поступающий сигнал, либо преобразует его по форме.

Выходной сигнал элемента 2 поступает к измерительному механизму 3, перемещение элементов которого определяется с помощью отсчетного устройства 4. Выходной сигнал Y может быть воспринят органами чувств человека.

Отличительной особенностью приборов компенсационного преобразования является наличие отрицательной обратной связи. Здесь сигнал Z поступает на преобразовательный элемент 5, осуществляющий сравнение двух величин, поступающих на его вход, величины Z и величины Z_yp, которая образуется на выходе обратного преобразовательного элемента 6. На выходе элемента 5 формируется сигнал, пропорциональный разности значений величин Z и Z_yp. Этот сигнал подается в промежуточный преобразовательный элемент 2, выходной сигнал которого поступает одновременно на измерительный механизм 3 и на вход обратного преобразовательного элемента 6. В зависимости от типа промежуточного преобразовательного элемента 2 при каждом значении измеряемого параметра и соответствующем ему значении Z разность  Z – Z _ур, поступающая на вход элемента 5, может сводиться к нулю или иметь некоторое малое значение, пропорциональное измеряемой величине.

На рис. 2.2 приведены структурные схемы измерительных преобразователей, основанных соответственно на методах прямого               (см. рис. 2.2а) и уравновешивающего (см. рис. 2.2б) преобразования. В этих схемах отсутствует измерительный механизм и отсчетное устройство. В то же время в составе измерительных преобразователей, как правило, имеется оконечный преобразовательный элемент 7, который формирует выходной сигнал таким образом, что его можно передавать на расстояние, хранить и обрабатывать.

Рис. 2.2. Структурные схемы измерительных преобразователей:

а – прямого действия; б – сравнения

На рис. 2.3 и 2.4 изображены структурные схемы измерительных систем. Измерительная система, построенная по одной схеме (рис. 2.3), обеспечивает одновременное измерение и регистрацию всех величин объекта измерения, а измерительная система, построенная по другой схеме       (рис. 2.4), – поочередное измерение и регистрацию.

В приведенных измерительных системах информация формируется с помощью первичных измерительных преобразователей 1 и посылается в виде сигналов в канал связи 4.

Рис. 2.3. Структурная схема измерительной системы,

обеспечивающая одновременное измерение

и регистрацию всех величин объекта измерения

Также в состав измерительной системы (см. рис. 2.3) могут быть включены помимо первичных измерительных преобразователей промежуточный 2 и передающий 3 измерительные преобразователи. При этом измерительный преобразователь может располагаться территориально около первичного преобразователя или около прибора 5, измеряющего сигнал, поступающий из канала связи, представляющего последний в форме, удобной для восприятия человеком, и осуществляющего регистрацию.

В измерительной системе (рис. 2.4) с поочередным подключением первичных измерительных преобразователей к прибору 5 применяется коммутатор 6, который следует рассматривать как вспомогательное устройство. Для простоты на рис. 2.4 показана измерительная система, в составе которой имеются только первичные измерительные преобразователи 1. В общем случае в нее могут быть включены промежуточные и передающие измерительные преобразователи.

Выходные сигналы преобразователей всех измеряемых величин системы, построенной по схеме (см. рис. 2.4), должны быть одинаковыми по природе и диапазону измерений, в отличие от системы, изображенной на рис. 2.3. Это необходимо для обеспечения возможности их измерения и регистрации одним и тем же прибором 5.

Рис. 2.4. Структурная схема измерительной системы,

обеспечивающая измерение и регистрацию
всех величин объекта измерения

Важнейшими свойствами средств измерений являются те, от которых зависит качество получаемой с их помощью измерительной информации. Качество измерения характеризуется точностью, достоверностью, правильностью, сходимостью и воспроизводимостью измерений, а также размером допускаемых погрешностей.

Согласно ГОСТ 8.009-84 [4], технические характеристики, описывающие эти свойства и оказывающие влияние на результаты и погрешности измерений, предназначенные для оценки технического уровня и качества средства измерений, определения результатов измерений и расчетной оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности измерений, называются метрологическими характеристиками.

В табл. 2.1 представлена классификация метрологических харак-теристик.

Таблица 2.1

Метрологические характеристики измерительных устройств

Характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими доку-ментами, называются нормируемыми, а определяемые экспериментально – действительными.

Лабораторная работа № 1