Классификация измерительных приборов

Измерительным прибором называется устройство, с помощью которого измеряемая величина сравнивается с единицей измере­ния. Измерительный прибор предназначен для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредствен­ного восприятия наблюдателем.

Измерительные приборы делятся на образцовые и рабочие.

Образцовыми называются приборы, предназначенные для хранения и воспроизводства единиц измерения, а также для проверки и градуировки приборов.

Рабочими называются приборы, исполь­зуемые для практических измерений. В свою очередь, рабочие измерительные приборы делятся на лабораторные и технические. Лабораторные приборы в промышленности не применяют и в связи с этим далее они не рассматриваются. Для автоматического контроля и регулирования в промышленности используют технические рабочие приборы.

По назначению технические рабочие приборы делятся на показывающие, самопишущие, сигнализирующие, регулирующие и измерительные автоматы.
Показывающие — приборы, по которым только отсчитывают измеряемую величину в данный момент времени.
Самопишущие (регистрирующие) приборы снабжены уст­ройством для автоматической регистрации (записи) значения измеряемой величины за все время работы прибора. Они дают возможность получить данные для последующего анализа работы объекта или хода технологического процесса путем обработки картограммы прибора. Самопищущие приборы могут иметь также показывающее устройство, в этом случае они одновременно явля­ются показывающими и самопишущими.
Сигнализирующие приборы имеют специальные приспособления для включения световой или звуковой сигнализации при достижении измеряемой величиной заранее заданного значения.
Регулирующие приборы имеют специальное устройство, предназначенное для автоматического поддержания измеряемой величины на заданном значении или для изменения ее по заданному закону. Такие приборы могут иметь показывающее или реги­стрирующее устройство или одновременно и то и другое.
Измерительные автоматы — это приборы с устройством, выполняющим по результатам измерения определенную работу, согласно установленной для них программе. Их применяют при взвешивании и дозировке жидких и сыпучих веществ, управлении работой технологического оборудования, сортировке продукции и других операциях.
По характеру передачи показаний приборы делятся на местные и с дистанционной передачей. Местные приборы по своей кон­струкции могут быть использованы только непосредственно у места измерения.

У приборов с дистанционной передачей исполнительная часть находится на значительном расстоянии от места изме­рения. Приборы с дистанционной передачей комплектуют в измерительные установки, которые состоят из следующих основных, частей:

· первичного прибора — преобразователя (датчика), восприни­мающего посредством чувствительного элемента (первичного пре­образователя) изменения измеряемой величины, преобразующего ее в выходной сигнал — импульс и передающего последний на расстояние;

· вторичного прибора, который воспринимает посредством измери­тельного устройства импульсы, передаваемые преобразователем, и преобразует их в перемещения указателя относительно шкалы; вторичные приборы могут быть показывающими, самопи­шущими, сигнализирующими, регулирующими приборами или изме­рительными автоматами;

· соединительных трубных (пневматических, гидравлических) или электрических проводок, по которым передаются результаты измерений от преобразователя к вторичному прибору.

По виду показаний измерительные приборы делятся на анало­говые (непрерывные) и цифровые (дискретные). В аналоговом измерительном приборе показания являются непрерывной функ­цией изменений измеряемой величины. В цифровом измерительном. приборе автоматически вырабатываются дискретные (прерыви­стые) сигналы измерительной информации, а показания представ­лены в цифровой форме.
По виду измеряемой величины приборы выпускают для изме­рения температуры, давления, расхода и количества, концентра­ции растворов, уровня, влажности и плотности газов, электриче­ских величин и определения состава (анализа) газов и жидкостей.

С какой бы тщательностью ни было сделано измерение, оно сопровождается погрешностями, в той или иной степени искажаю­щими результат измерения. Погрешностью называется разность между показанием прибора и действительным значением изме­няемой величины. Погрешности приборов не должны выходить, за пределы, установленные стандартами, нормалями и техниче­скими условиями для данного метода измерения.

По точности измерения приборы разделяются по классам, обозначаемым цифрами: 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,4; 0,5; 0,6; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 4,0. Обычно цифры, соответствующие классу точности прибора, наносят на шкалу и заключают в окружность. Класс точности выражается числом погрешности, соответствующей нормальным условиям работы прибора, т. е. нормальному положению прибора, нормальной температуре окружающей среды и др. Например, для прибора класса 1,5 со шкалой 0—1000° С допустимая погрешность будет равна ±15° С, для прибора того же класса, но со шкалой 0—500° С допустимая погрешность будет ±7,5° С, а для прибора того же класса с двусторонней шкалой от —50 до +100° С — ±2,25° С. Иначе говоря, допустимая погрешность вычисляется от алгебраической разности верхнего и нижнего пределов измерения.

Допустимая погрешность — наибольшая погрешность показа­ния прибора, допускаемая нормами. Она характеризуется постав­ленными перед ней знаками плюс и минус или одним из этих знаков, если распространяется только на одни положительные или отрицательные значения допустимых нормами погрешностей.

В настоящее время на промышленных предприятиях применяют в основном приборы классов точности 0,4; 0,5; 0,6; 1; 1,5. Прибо­рами класса 0,1; 0,15; 0,2 и 0,25 пользуются пока еще мало, а приборы классов 2,0; 2,5 и 4 применяют все реже, потому что их низкая точность не удовлетворяет возросшим требованиям про­мышленных технологических процессов.

Измерительные приборы можно классифицировать по следующим признакам:

· род измеряемой величины;

· способ отсчета;

· класс точности

· назначение.

Схема контрольно-измерительного прибора.

По роду измеряемой величины контрольно-измерительные при­боры разделяют на следующие основные группы:

· для измерения температуры;

· для измерения давления и разрежения (вакуума);

· для измерения количества и расхода жидкостей, паров и газов;

· для измерения уровней жидкостей и сыпучих тел;

· для качественных измерений (плотности, влажности, со­става газов и др.).

По способу отсчета различают приборы:

· с ручной наводкой;

· показывающие;

· самопишущие;

· суммирующие;

· сигнализирующие.

Виды контрольно измерительных приборов.

К приборам с ручной наводкой (называемым также компарирующими) относятся такие, у которых при измерении сравнение из­меряемой величины с образцами или мерами осуществляется при непосредственном участии человека (например, гиревые весы, оптический пирометр с исчезающей нитью).

Показывающие приборы в момент измерения указывают зна­чение измеряемой величины, эти значения определяются визуаль­но по шкалам — отсчетным приспособлениям прибора при помощи указателя (стрелки), передвигающегося вдоль шкалы (или при помощи вращающегося циферблата и неподвижного указателя). По конструкции показывающие приборы разделяются на стацио­нарные (щитовые) и переносные. Стационарные приборы служат для непрерывного контроля измеряемой величины. Переносные приборы используются либо тогда, когда измерения производятся периодически или эпизодически со значительными промежутками времени между измерениями, либо для поверки стационарных приборов.

Самопишущие приборы автоматически записывают результаты измерения на движущейся бумажной ленте или диске. Эта запись обычно представляет собой линию, которая показывает, как из­менялось значение измеряемой величины за истекшее время. По этой записи (диаграмме) можно вести учет расхода сырья или вы­пуска продукции, судить о том, правильно ли велся технологи­ческий процесс, установить причину аварии оборудования.

Суммирующие приборы (счетчики, интеграторы) показывают суммарное значение измеряемой величины, которое определяется обычно по счетному механизму. Счетчики позволяют учитывать количество израсходованной энергии, пара, воды, газа и др.

Сигнализирующие приборы при достижении измеряемой вели­чиной заданных значений подают световой или звуковой сигнал.

По назначению изготовляют следующие приборы: технические (или эксплуатационные), контрольные, лабораторные, образцо­вые и эталонные.

Датчики контрольно-измерительных приборов.

Технические общепромышленные измерительные приборы яв­ляются рабочими приборами, применяемыми на производстве. Они просты по конструкции, надежны в работе, снабжены четкими шкалами с крупной оцифровкой, изготовляются на классы точнос­ти от 0,5 до 4,0.

Контрольные и лабораторные приборы применяются для по­верки технических приборов, а также при наладочных и научно-исследовательских работах. Обычно контрольными приборами поверяют технические приборы на месте их установки, а лабора­торными приборами - в помещении лаборатории. Контрольные и лабораторные приборы изготовляются более высоких классов точ­ности, чем технические приборы, а именно 0,5 и 1.

Эталонные и образцовые приборы применяются для поверки измерительных приборов. Наивысшей точностью обладают эталоны. Основное назначение эталонов - хранить и воспроизводить еди­ницы с наивысшей точностью. Образцовые приборы в своих показа­ниях дают действительное значение измеряемой величины. Но они имеют меньшую точность, чем эталонные приборы, назначение образцовых приборов - передача при по­мощи поверки и градуировки правильных единиц измерения от эталонов остальным приборам, их классы точности 0,02-0,4.

Одной из важнейших характеристик измерительных приборов является чувствительность прибора. Чувствительностью прибора называется отношение величины линейного или углового перемещения стрелки (или пера прибора) к изменению значения измеряемой величины, вызвавшей это перемещение.

Выражается чувствитель­ность обычно в числах деления шкалы прибора. Например, если тягомер снабжен шкалой, имеющей 50 делений, а полному откло­нению стрелки прибора соответствует изменение разрежения, равное 1000 мм вод. ст. (9810 н/м ²), то средняя чувствительность прибора

т. е 1 деление на 20 мм вод. ст. (или 1 деление на 196).

- По форме представления результата измерения. На выходе измерительные приборы разделяются на аналоговые (АИП) и цифровые (ЦИП).

В АИП показания являются непрерывной функцией измеряемой величины;

В ЦИП автоматически вырабатываются дискретные сигналы измерительной информации, а показания представляются в цифровой форме в виде числа.

- По характеру измерений и виду измеряемой величины разделены на 20 подгрупп.

Обозначение состоит из трех или четырех элементов

Ч 3 −62 А

I II III IV

I-ый − элемент обозначения (прописная буква) подгруппа приборов, II-й − элемент (цифра) вид прибора внутри подгруппы, III-й элемент − номер разработки, IV -й элемент −модификация в пределах № разработки.

А - приборы для измерения тока.

А1 - установки или приборы для поверки амперметров,

А2 - амперметры постоянного тока,

А3 - амперметры переменного тока,

А7 - амперметры универсальные,

А9 - преобразование тока.

В - приборы для измерения напряжения.

Пример: В3-32 - вольтметр переменного тока,

В7-15 - вольтметр универсальный.

Е - приборы для измерения параметров элементов цепей.

Пример: Е7-8 - измеритель универсальный (), где - тангенс угла потерь.

М - приборы для измерения мощности.

М3-11А - измеритель мощности.

Ч - приборы для измерения частоты и времени (периода).

Пример: Ч3-62 - частотомер электронносчетный,

Ч2-33 - частотомер резонансный.

С - приборы для наблюдения, измерения формы сигнала и спектра

Пример: С1-68 - осциллограф универсальный,

С8-12 - осциллограф запоминающий.

У - усилители измерительные ( У3 - УВЧ, У4 - УНЧ).

Г - генераторы измерительные.

Пример: Г3-3Ч - генератор сигналов низкочастотный.

Г4-18А - генератор сигналов высокочастотный.

Г5-5Ч - генератор импульсов.

Б - источники питания для измерений и измерительных приборов

Б5-13, Б5-21, Б5-50.

- По схеме преобразования различают структурные схемы измерительных приборов прямого действия (прямого преобразования) и приборов сравнения (уравновешивающего преобразования).

Структурная схема прибора прямого действия, или (реализующий метод непосредственной оценки) прямого преобразования показывает, что преобразование сигнала измерительной информации происходит только в одном направлении, т.е. без применения обратной связи.

- - - Рис. 1

Входной сигнал последовательно через преобразователи преобразуется в выходной сигнал , удобный для наблюдений, регистрации или запоминания.

Измерительными приборами прямого преобразования являются аналоговые электромеханические приборы.

Структурная схема прибора сравнения или (уравновешивающего преобразования)

СУ - - - Рис. 2

- - -

=

показывает, что прибор имеет две цепи: прямого преобразования и обратного преобразования . На входе цепи прямого преобразования происходит сравнение (уравновешивание) двух однородных величин противоположного знака: входной измеряемой величины с выходной величиной цепи обратного преобразования. По разности на выходе сравнивающего устройства (преобразователя) судят об измеряемой величине . Уравновешивание может быть полным () или частичным, неполным ().

- По способу выдачи измерительной информации измерительные приборы делятся на показывающие (допускающие отсчитывание показания) и регистрирующие (где предусмотрена регистрация показаний в форме диаграммы или печатного цифрового текста).

- По характеру установки на месте применения ИП могут быть стационарные и переносные.

- По степени запрещенности - обыкновенные, пыле-, влаго- и брызгозапрещенные, герметические и др.