Засоби вимірювань, різновиди

Якість виконуваних вимірювань у значній мірі визначається якістю застосовуваного технологічного обладнання й коректністю його використання у вимірювальних технологіях.

Використовуване технологічне обладнання:

• — вимірювальні інструменти — засоби вимірювань — основне обладнання,
• — допоміжне устаткування, у тому числі, засоби обчислювальної техніки — комп’ютери, процесори, мікропроцесори, периферійні пристрої.

Засіб вимірювань (measuring instrument) — технічний засіб, призначений для виконання вимірів й маючий нормовані метрологічні характеристики.

Метрологічні характеристики (metrological characteristics) — характеристики властивостей засобів вимірювань, що роблять вплив на результати й погрішності вимірювань.

Якість основного технологічного обладнання — засобів вимірювань визначається його метрологічними характеристиками, їхньою схоронністю в часі й незалежністю від дії зовнішніх факторів, що впливають.

Засоби вимірювань підрозділяються на наступні 4 види.

Міра (material measure) — засіб вимірювань, призначений для відтворення фізичної величини одного або декількох заданих розмірів з нормованою точністю.

Однозначна міра — міра, що відтворює фізичну величину одного розміру. Наприклад, гиря, стрижень довжиною 1 метр, нормальний елемент, котушка опору розміром 1 Ом, стандартний зразок двокомпонентної речовини (газу, рідини, сплаву).

Багатозначна міра — міра, що відтворює одну фізичну величину декількох розмірів. Наприклад, набір гир різної маси, магазин опорів.

Стандартний зразок — засіб вимірювання у вигляді речовини (матеріалу), склад або властивість якого встановлені при атестації.

Калібратор — багатозначна міра, як правило, що допускає керування від комп’ютера.

Вимірювальний прилад (measuring instrument) — засіб вимірювань, призначений для одержання значень вимірюваної величини у формі, доступної для безпосереднього сприйняття оператором.

Аналогові й цифрові вимірювальні прилади відрізняються видом представлення (індикації) значень вимірюваної величини. Безліч значень, які представляє індикатор аналогового приладу, — постійна. Найпоширенішими аналоговими вимірювальними приладами є стрілочні вимірювальні прилади, у яких відлік значення вимірюваної величини здійснюється по взаємному положенню стрілки (або іншого вказівника) і матеріальної шкали. При цьому найчастіше рухлива стрілка переміщається щодо нерухомої шкали. Іноді рухливою є шкала, а стрілка (вказівник) нерухома. У деяких аналогових приладах (наприклад, ртутних термометрах) значення вимірюваної величини перетвориться в довжину візуально фіксуємого відрізка, постаченого шкалою.

Індикатор цифрового приладу є цифровим і представляє результати вимірів в одиницях вимірюваної величини з дискретної безлічі значень, розділених, як правило, однаковими інтервалами, називаними інтервалами квантування. Ширина інтервалу квантування є не що інше, як погрішність округлення, і обернено пропорційна кількості розрядів коду (як правило, десяткового), застосовуваного в конкретному приладі.

Вимірювальний перетворювач (measuring transducer) — засіб вимірів, призначений для взаємооднозначного перетворення сигналу вимірюваної величини або сигналу вимірювальної інформації, що діє на вході перетворювача, у вихідний сигнал, зручний для подальших перетворень, обробки, передачі й (або) зберігання.

Сигнал вимірюваної величини — вимірювана величина, що змінюється в часі. Сигнал вимірюваної величини — окремий випадок сигналу вимірювальної інформації.

Сигнал вимірювальної інформації — сигнал, функціонально взаємно однозначно пов’язаний із сигналом вимірюваної величини.

Вихідний сигнал вимірювального перетворювача не може бути безпосередньо сприйнятий оператором без застосування індикатора.

Датчик (сенсор, первинний вимірювальний перетворювач) — вимірювальний перетворювач, на який безпосередньо діє вимірювана величина. Під дією вимірюваної величини датчик виробляє сигнал вимірювальної інформації, тобто сигнал, функціонально взаємооднозначно пов’язаний із сигналом вимірюваної величини.

Вимірювальними перетворювачами крім датчиків є підсилювачі, фільтри (вторинні вимірювальні перетворювачі), комутатори, перетворювачі безперервних (аналогових) величин у цифровий код (аналого-цифрові перетворювачі, АЦП), перетворювачі цифрового коду в аналоговий сигнал струму або напруги (цифроаналогові перетворювачі, ЦАП).

Приклади вимірювальних перетворювачів: термопара, вимірювальний трансформатор, вимірювальний підсилювач, термометр опору, датчики тиску, параметрів вібрацій, швидкості газу й ін.

Вимірювальна інформаційна система (measuring information system) — засіб вимірювань, призначений для виміру декількох однорідних або неоднорідних величин і уявляючий собою сукупність датчиків, вимірювальних перетворювачів і допоміжних пристроїв, що функціонують, як єдине ціле.

Звичайно ВІС складається з декількох (до декількох тисяч) вимірювальних каналів. Кожен канал являє собою послідовне з'єднання вимірювальних перетворювачів, першим з яких є датчик. За допомогою комутатора, керованого від процесора, сигнали вимірювальної інформації кожного з каналів по черзі підключаються на вхід АЦП, на виході якого при кожнім такому підключенні формується числовий еквівалент значення відповідної вимірюваної величини, як правило, у двійковому коді. Отримані в такий спосіб числа передаються в комп’ютер (або в процесор), де виконується зіставлення кожного із цих чисел зі шкалою відповідної вимірюваної величини, представленої в комп’ютері в тім же коді. У результаті цього зіставлення формуються значення вимірюваних величин у їхніх одиницях і тим самим виконується прямий вимір. Наступні операції (математична обробка, зберігання, передача, візуалізація результатів вимірів) виконується відповідно до цілей експерименту комп’ютером й іншими засобами, що входять до складу системи.

Багато сучасних ВІС будуються на базі комп’ютерних мереж. Диспетчеризація роботи таких розподілених ВІС й обмін інформацією виконуються за допомогою мережного програмного забезпечення й засобів міжмашиного зв’язку (телефонні канали, радіоканали, оптоволоконі лінії зв’язку, канали супутникового зв’язку й інші). Для з'єднання із цими каналами передбачається відповідний модем.