Лекція 1. ОСНОВНІ ВИЗНАЧЕННЯ

 

Вимірювання – це відображення значення вимірюваної величини шляхом експерименту та обчислення за допомогою спеціальних технічних засобів.

Переваги електричних вимірювань:

-   універсальність: можливість вимірювання не лише електричних величин, а й  не електричних, попередньо перетворених у відповідні значення електричних величин;

-   дистанційність: можливість передавання вимірювальної інформації у вигляді електричних сигналів на довільні відстані від досліджуваного об’єкта;

-                швидкодія: можливість вимірювання швидкозмінних величин мало інерційними електричними приладами, що забезпечують високу чутливість, точність та можливість комп’ютерної обробки даних, отриманих в результаті вимірювання.

Фізична величина – деяка властивість спільна в якісному відношенні для багатьох матеріальних об’єктів та в індивідуальна в кількісному значенні для кожного з них.

Вимірювана величина – величина, значення якої вимірюють.

Вимірювальна інформація – дані про значення вимірюваної величини.

Одиниця вимірюваної величини – величина такого розміру, при якому значення її береться рівним одиниці.

Системи одиниць та системи фізичних величин включають в себе фізичні величини, їх одиниці та рівняння, які зв’язують їх між собою.

Якщо через деяку величину можна визначити декілька інших, то ця величина, а також її одиниця буде називатись основною, а ті, які з неї визначаються – похідними.

Основні: м., с., кг., А., моль, Кельвін, Кандела;

Похідні: Гц., Ом., м/с.

Додаткові: рад, стерадіан.

Позасистемні: градус, літр, бар.

Відносні: %, проміле, 1/млн.. частка.

Кратні: грам, година.

Засіб вимірювальної техніки ЗВТ – технічний засіб, який застосовується під час вимірювань і має нормовані метрологічні характеристики. Як правило до ЗВТ включають засоби вимірювання і вимірювальні прилади та пристрої.

ЗВТ можна поділити:

1) В залежності від застосування:

-  еталони, робочі та зразкові ЗВТ.

Еталон – це ЗВТ, призначений для відтворення і зберігання одиниці вимірювань одного чи кількох розмірів, а також для передачі цього розміру іншим ЗВТ. Поділяються на: первинні, міжнародні, державні, вихідні і робочі еталони.

Зразкові ЗВТ служать для  перевірки інших ЗВТ і не використовуються для проведення вимірювань, їх звіряють з еталоном.

Для вимірювань використовують робочі ЗВТ.

2) За призначенням поділяються на:

- міри;

- вимірювальні пристрої та прилади;

- вимірювальні установки;

- вимірювальні системи і інформаційно-вимірювальні системи.

Міри – це ЗВТ, призначені для відтворення величини заданого розміру. Поділяються на однозначні – відтворюють фізичну величину одного розміру і багатозначні – ряд одноіменних величин різного розміру (магазин опорів).

Вимірювальні пристрої (вимірювальні перетворювачі)- це призначені для перетворення вхідного сигналу вимірювання на вихідний, зручний для подальшого перетворення, обробки, зберігання і передачі вимірювальної інформації, і не призначені для безпосереднього зчитування інформації спостерігачем. Поділяються:

-    за вхідною величиною: енергетичні і параметричні;

-    за типом вимірювання та перетворення інформації: аналогові, цифрові, маштабуючі, функціональні і моделюючі (передають вихідну інформацію за допомогою певного параметру вихідного сигналу);

-    за кількістю і типом вихідних величин: з однією вихідною величиною, з багатьма величинами, електричні, електромеханічні, неелектричні і магнітні;

-    за розташуванням у вимірювальному колі: первинні, вихідні, проміжні, зворотні, порівнюючі.

Вимірювальний прилад – це ЗВТ, який виконує всі функції вимірювального перетворювача, але його вихідний сигнал придатний для безпосереднього зчитування спостерігачем завдяки наявності відлікового пристрою. Поділяються:

-    за формою сигналу на: аналогові і цифрові;

-    за структурною схемою на: прямого перетворення, зрівноваження, змішаного типу перетворення;

-    за методом вимірювання: безпосередньої оцінки і порівняння;

-    за формою зчитування вихідної інформації: безпосереднє зчитування (стрілка, табло) або реєструючі (самописець або друкуючий).

Вимірювальна установка – сукупність функціонально пов’язаних засобів вимірювальної техніки та допоміжних технічних засобів (перемикачі, стабілізатори) розташованих в одному місці та призначених для отримання вимірювальних сигналів про одну чи кілька величин. Вихідний сигнал установки має бути придатним для безпосереднього сприйняття спостерігачем.

Вимірювальна система – сукупність ЗВТ та допоміжних засобів, зв’язаних каналами зв’язку і призначених для видачі сигналів у формі  придатній для автоматизованої обробки, передачі і використання вимірювальної інформації в АСУ.

Якщо до вимірювальної системи входять засоби обчислювальної техніки, то її називають інформаційно-вимірювальною системою.

В АСУ для отримання даних про вимірювальну величину використовують так званий вимірювальний канал, як сукупність ЗВТ та засобів зв’язку.

 

Метрологічні характеристики ЗВТ.

Технічні характеристики, що описують властивості вимірювальних засобів, які впливають на результати і похибки вимірювання називаються метрологічними характеристиками ЗВТ.

1. Діапазон роботи приладу D – діапазон (область) всіх вимірюваних значень в якому (якій) похибки засобу вимірювань є нормованими (точно встановлені). Діапазон ВП або збігається зі шкалою приладу, або відповідає шкалі з урахуванням певного коефіцієнта (якщо є додатковий перемикач діапазонів).

2.   Ціна поділки CП – зміна вимірювальної величини, що відповідає переміщенню вказівника на 1 поділку шкали. Якщо чутливість приладу постійна в кожній точці діапазону вимірювання, то шкала називається рівномірною. При нерівномірній шкалі нормується найменша ціна поділки шкали. ,  - максимальна кількість поділок на шкалі.

3.  Точність – близькість результату вимірювання до точного значення вимірюваної величини. Характеризується зведеною похибкою вимірювання γ. Похибка – відхилення результату вимірювання від істинного (дійсного) значення вимірюваної величини. Відповідно до похибки, яку може дати прилад, йому присвоюється клас точності. Відповідно до держстандарту класи точності належать ряду К =  (1; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 7;…)*10n n =(1, 0, -1, -2, -3…).

4.Статична характеристика вимірювального перетворювача чи приладу (функція перетворення чи градуювальна характеристика). Встановлює залежність інформативного параметра вихідного сигналу ВП від вхідного у=f(x). Нормується шляхом задання в формі рівняння, графіка чи таблиці.

5.  Чутливість – здатність приладу реагувати на зміну вхідної величини. Оцінюється як відношення вихідного  сигналу до того вхідного, що цю появу зумовив. Похідна від статичної характеристики.

6.  Умови вимірювання – такі показники зовнішнього середовища і середовища вимірювань, можливі для функціонування, зберігання і транспортування приладу. НУ - загальноприйняті і визначені умови для даного ВП визначають похибку приладу, що називається основною. Довільне відхилення від НУ спричиняє появу додаткової похибки.

7.  Поріг спрацювання – мінімальне значення вхідної величини, яке викликає зміну вихідного сигналу.

8. Швидкодія – інтервал часу, необхідний для одного вимірювання чи перетворення.

9.  Стабільність – сталість в часі метрологічних характеристик приладу. В основному орієнтуються на стабільність класу точності приладу.

10.  Завадостійкість – здатність засобу вимірювальної техніки зберігати свої характеристики в процесі вимірювання при наявності зовнішніх перешкод.

11. Надійність – здатність ЗВТ працювати із збереженням своїх метрологічних характеристик у заданих межах і режимах роботи. До характеристик надійності відносять: термін служби (довговічність), час зберігання ремонтопридатності та безвідмовності (час який прилад працює без поломок).