Средства измерений

Средство измерений (СИ) – технические средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристи- ки, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным в пределах установленной по- грешности в течение известного интервала времени.

По конструктивному исполнению СИ подразделяются на:

• мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведе-

ния и (или) хранения физической величины одного или несколь-

ких заданных размеров, значения которых выражены в установ- ленных единицах и известны с необходимой точностью. В каче- стве примера можно привести: нормальный элемент – мера ЭДС, кварцевый генератор – мера частоты электрических колебаний и т.д. Меры подразделяют на однозначные, многозначные, наборы мер, магазины мер, установочные;

• измерительный прибор – средство измерений, предназначенное

для получения значений измеряемой физической величины в ус-

тановленном диапазоне. Измерительный прибор, как правило, содержит устройство для преобразования измеряемой величины в сигнал измерительной информации и его индикации в форме, наиболее доступной для наблюдателя. По степени индикации значений измеряемой величины измерительные приборы разде- ляются на показывающие и регистрирующие. Различают прибо- ры прямого действия и приборы сравнения;

• измерительное устройство – часть измерительного прибора (ус-

тановки или системы), связанная с измерительным сигналом и

имеющая обособленную конструкцию и назначение. Измери-

тельным устройством может быть названо регистрирующее уст- ройство измерительного прибора (включающее ленту для записи, лентопротяжный механизм и пишущий элемент);

• измерительный преобразователь – техническое средство, слу-

жащее для преобразования измеряемой величины в другую вели-

чину или сигнал измерительной информации, удобной для обра- ботки, хранения, дальнейшего преобразования, индикации или передачи и имеющее нормированные метрологические характе- ристики. Измерительный преобразователь (ИП) или входит в со- став какого-либо измерительного прибора (измерительной уста- новки, измерительной системы и др.) или же применяется с ка- ким-либо средством измерения. По характеру преобразования различают: аналоговые, цифро-аналоговые, аналого-цифровые преобразователи. По месту в измерительной цепи различают:

а) первичный измерительный преобразователь – измери- тельный преобразователь, на который непосредственно воз- действует измеряемая физическая величина, т.е. первый пре- образователь в измерительной цепи измерительного прибора (установки, системы). Конструктивно обособленный первич- ный преобразователь, от которого поступают измерительные сигналы (он "дает" информацию) называется датчиком;

б) передающий измерительный преобразователь – измери- тельный преобразователь, предназначенный для дистанцион- ной передачи сигнала измерительной информации;

в) масштабный измерительный преобразователь – измери- тельный преобразователь, предназначенный для изменения размера величины в заданное число раз;

• измерительная установка – совокупность функционально объе-

диненных мер, измерительных приборов, измерительных преоб-

разователей и других устройств, предназначенных для измерения одной или нескольких физических величин и расположенная в одном месте. Измерительную установку с включенным в нее об- разцовым средством измерений и применяемую для поверки на- зывают поверочной установкой. Измерительную установку, вхо- дящую в состав эталона, называют эталонной установкой. Изме- рительную установку, предназначенную для испытаний каких- либо изделий называют испытательным стендом;

• измерительная система – совокупность функционально объеди-

ненных мер, измерительных приборов, измерительных преобра-

зователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого пространства (среды, объекта и т. п.) с целью измерений одной или нескольких физических вели- чин, свойственных этому пространству (объекту, среде и т.п.).

По уровню автоматизации СИ подразделяются на:

• неавтоматическое средство измерений – средство измерений,

не имеющее устройств для автоматического выполнения измере-

ний и обработки их результатов;

• автоматизированное средство измерений – средство измере-

ний, производящее в автоматическом режиме одну или часть из-

мерительных операций;

• автоматическое средство измерений – средство измерений,

производящее в автоматическом режиме измерения и все опера-

ции, связанные с обработкой результатов измерений, их регист- рацией, передачей данных или выработкой управляющего сигна- ла.

По метрологическому назначению СИ подразделяются на:

• рабочее средство измерений – средство измерений, предназна-

ченное для измерений не связанных с передачей размера единицы

другим средствам измерения. К ним относятся средства измере- ний, применяемые в научных целях, при контроле параметров продукции и технологических процессов, в астрономии, в геоде- зии и т. п;

• метрологическое средство измерений – средство измерений,

предназначенное для метрологических целей: воспроизведение

единицы и (или) ее хранение или передача размера единицы ра- бочим средствам измерений. К ним относят эталоны, образцовые средства измерений, поверочные установки, средства сравнения (компараторы), стандартные образцы.

По отношению к измеряемой физической величине различают:

• основное средство измерений – средство измерений той физи-

ческой величины, значение которой необходимо получить в со-

ответствии с измерительной задачей;

• вспомогательное средство измерений – средство измерений той

физической величины, влияние которой на основное средство

измерений или объект измерений необходимо учесть для получе-

ния результатов измерений требуемой точности.

С целью систематизации и рационального подхода к разработке и использованию технических средств автоматизации для всего многообра- зия процессов и производств была построена Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП), в основу ко- торой положены определенные системотехнические принципы.

Основные схематические принципы построения ГСП:

• разделение приборов по функциональному признаку;

• минимизация номенклатуры на основе создания параметрических

рядов, унифицированных систем и агрегатированных комплек-

сов;

• блочно-модульный принцип построения приборов на основе ти-

повых блоков и модулей;

• совместимость приборов и устройств ГСП на основе:

а) унификации сигналов связи между электрическими, пневма-

тическими и гидравлическими приборами;

б) унификации конструктивов и присоединительных размеров;

в) унификации технических и эксплуатационных требований.

По функциональному признаку изделия ГСП разделяются на сле-

дующие группы:

1. Устройства получения информации о состоянии процесса –

первичные технические преобразователи (датчики).

2. Устройства приема, преобразования и передачи информации по каналам связи. Объединяют в себе коммутаторы измеритель- ных цепей, преобразователи сигналов и кодов, телемеханиче- ские устройства измерения, сигнализации и управления.

3. Устройства обработки, хранения и представления информации и устройства формирования команд управления. В эту группу входят анализаторы сигналов, функциональные и операцион- ные преобразователи, логические устройства, регуляторы, за- датчики, управляющие вычислительные устройства и комплек- сы.

4. Устройства использования командной информации на объекте управления - исполнительные механизмы, усилители мощно- сти.

С точки зрения выполняемой функции устройства первой группы – датчики не являются сложными: они преобразуют измеряемый параметр в удобный для передачи и обработки сигнал. С точки зрения принципа дей- ствия и конструктивного исполнения устройства этой группы являются весьма сложными. Они устанавливаются на объекте и непосредственно взаимодействуют с регулируемым параметром или контролируемой сре- дой. Вид измеряемого параметра, условия монтажа и эксплуатации резко ограничивают возможности унификации датчиков. Для измерения одного параметра в зависимости от требуемых технических характеристик и усло- вий эксплуатации применяется большое количество различных типов дат- чиков (например, более шестидесяти типов датчиков давления, более пя- тидесяти типов датчиков перепада давления и т.д.).

Номенклатура средств получения информации о технологических параметрах процесса может быть разбита на следующие основные группы:

• средства измерения теплоэнергетических параметров – темпера-

туры, давления, перепада давления, уровня, расхода;

• средства измерения геометрических размеров, перемещений,

усилий и деформаций;

• средства определения состава и свойств веществ;

• средства измерения массы и дозирующая техника;

• средства неразрушающего контроля качества продукции.

Устройства второй функциональной группы можно разделить на

две подгруппы:

• нормирующие и межсистемные преобразователи;

• устройства для телемеханической передачи информации.

Нормирующие преобразователи предназначены для усиления и мас-

штабирования (нормирования) сигналов, межсистемные преобразователи предназначены для преобразования вида сигнала или вида энергии сигна- ла. Эти преобразователи позволяют осуществить дистанционную передачу сигналов на расстояние до трех километров, и предназначены для управле- ния объектами с сосредоточенными параметрами. Для управления объек- тами с распределенными (рассредоточенными) параметрами применяются телемеханические системы передачи информации. В этих системах ис-

пользуются радиоканалы, линии связи и линии электропередач с уплотне-

нием и поочередной передачей данных по одному каналу.

Устройства третьей группы предназначены для формальной и со- держательной обработки информации и формирования управляющих воз- действий. Сюда входят показывающие и регистрирующие приборы, регу- ляторы, блоки арифметических и логических преобразований, электрон- ные вычислительные машины, универсальные и специализированные кон- троллеры. С объектом устройства этой группы не взаимодействуют непо- средственно и воспринимают входные унифицированные сигналы, количе- ство которых ограничено ГОСТами. В функциональном отношении эта группа является самой сложной, поскольку именно данные средства реали- зуют все алгоритмы регулирования и управления от простейших режимов стабилизации параметра до автоматизации управления крупными и слож- ными предприятиями. Поскольку устройства этой группы непосредственно с объектом не связаны и оперируют с абстрактными моделями, им прису- ща универсальность использования и высокая степень унификации.

Устройства четвертой группы – исполнительные устройства, как и датчики с точки зрения выполняемой функции весьма просты и непосред- ственно взаимодействуют с объектом. Однако от них не требуется такой высокой точности и разнообразия параметров, как от датчиков. Кроме то- го, исполнительные устройства, как правило, состоят из исполнительного механизма и регулирующего органа. Часто регулирующие органы являют- ся составной частью основного технологического оборудования и постав- ляются вместе с ним.

По роду используемой энергии изделия ГСП делятся на:

• электрические;

• пневматические;

• гидравлические.

В ГСП входят также устройства, работающие без использования

вспомогательной энергии (приборы и регуляторы прямого действия).

В АСУ сложными технологическими процессами применяются, как правило, приборы всех трех ветвей. Связь электрических, пневматических и гидравлических приборов осуществляются с помощью преобразователей сигналов.