По способу представления результатов измерительные приборы классифицируются

Классификация и показатели измерительных приборов

Измери́тельный прибо́р — средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Часто измерительным прибором называют средство измерений для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия оператора.

Классификация: 1.По способу представления информации (показывающие или регистрирующие): А)Показывающий измерительный прибор — измерительный прибор, допускающий только отсчитывание показаний значений измеряемой величины. Б)Регистрирующий измерительный прибор — измерительный прибор, в котором предусмотрена регистрация показаний. Регистрация значений может осуществляться в аналоговой или цифровой формах. Различают самопишущие и печатающие регистрирующие приборы.

2.По методу измерений : А)Измерительный прибор прямого действия . Б)Измерительный прибор сравнения .

3.По форме представления показаний :А)Аналоговый измерительный прибор .Б)Цифровой измерительный прибор .

4.По другим признакам : А)Суммирующий измерительный прибор . б)Интегрирующий измерительный прибор.

5.по способу применения и конструктивному исполнению (стационарные, щитовые, панельные, переносные);

6.по принципу действия учётом конструкции (с подвижными частями и без подвижных частей);

7.для приборов с механической частью также по способу создания противодействующего момента (механическим противодействием, магнитным или на основе электромагнитных сил);

8.по характеру шкалы и положению на ней нулевой точки (равномерная шкала, неравномерная, с односторонней, двухсторонней (симметричной и несимметричной), с безнулевой шкалой);

Источник

Классификация измерительных приборов и список технических устройств

Измерительные приборы прочно вошли в жизнь человека. За счет обширной классификации измерительных приборов можно определить именно тот аппарат, который понадобится для конкретных операций. Это могут быть как простейшие, по типу рулетки или амперметра, так и мультифункциональные измерительные приборы. При выборе устройства следует ориентироваться на его предназначение и основные характеристики.

Общие сведения

Измерительным прибором называют такое устройство, которое позволяет получить значение некоторой физической величины в заданном диапазоне. Последний задается с помощью приборной шкалы. А также технические приборы позволяют переводить величины в более понятную форму, которая доступна определенному оператору.

В настоящее время список измерительных приборов довольно широк, но большинство из них предназначается для контроля за проведением технологического процесса. Таким может быть датчик температуры или охлаждения в кондиционерах, нагревательных печах и других устройствах со сложной конструкцией.

Среди наименований измерительных инструментов есть как простые, так и сложные, в том числе и по конструкции. Причем сфера их применения может быть как узкоспециализированной, так и распространенной.

Чтобы узнать больше сведений о конкретном инструменте, необходимо рассмотреть определенную классификацию контрольно-измерительных устройств и приборов.

Виды измерительных приборов

В зависимости от того, какие бывают измерительные инструменты, их названия могут отличаться в разных классификациях.

Обычно приборы могут быть следующего вида:

• Аналоговые измерительные инструменты и устройства, в которых сигнал на выходе является некоторой функцией измеряемой величины.
• Цифровые устройства, где сигнал на выходе представлен в соответствующем виде.
• Приборы, которые непосредственно регистрируют результаты измерений снимаемых показаний.
• Суммирующие и интегрирующие. Первые выдают показания в виде суммы нескольких величин, а вторые позволяют проинтегрировать значение измеряемой величины при помощи другого параметра.

Вышеописанные приборы являются наиболее распространенными и применяются для измерения ряда физических величин. Сложность происходящих физических процессов требует применения нескольких приборов, причисляемых к разным классам.

Классификация устройств

В разных сферах применяется своя классификация устройств, предназначенных для измерения физических величин.

Приборы могут делиться по таким критериям:

1. Способ преобразования: прямое действие, сравнение, смешанное преобразование.
2. По способу выдачи информации делятся на показывающие и регистрирующие.
3. Вид выходной информации может быть представлен как аналоговым, так и цифровым сигналом.

Регистрирующие устройства делятся на самопишущие и печатающие разновидности. Наиболее прогрессивным вариантом являются самопишущие аппараты, поскольку у них выше точность предоставления информации и шире возможности для измерения заданных ранее параметров.

Аналоговые и цифровые

Контрольно-цифровые инструменты могут быть как цифровыми, так и аналоговыми. Первые считаются более удобными. В них показатели силы, напряжения или тока переводятся в числа, затем выводятся на экран.

Но при этом внутри каждого такого прибора находится аналоговый преобразователь. Зачастую он представляет собой датчик, снимающий и отправляющий показания с целью преобразования их в цифровой код.

Хотя аналоговые инструменты менее точны, они обладают простотой и лучшей надежностью. А также существуют разновидности аналоговых инструментов и приборов, имеющих в своем составе усилители и преобразователи величин. По ряду причин они предпочтительнее механических устройств.

Для давления и тока

Каждому еще со школы или университета знакомы такие названия измерительных приборов, как барометры и амперметры. Первые предназначены для того, чтобы измерять атмосферное давление. Встречаются жидкостные и механические барометры.

Жидкостные разновидности считаются профессиональными из-за сложности конструкции и особенностей работы с ними. Метеостанции применяют барометры, заполненные внутри ртутью. Они наиболее точные и надежные, позволяют работать при перепадах температур и иных обстоятельствах. Механические конструкции проще, но постепенно их вытесняют цифровые аналоги.

Амперметры используются для измерения электрического тока в амперах. Шкала амперметра может градуироваться как в стандартных амперах, так и микро-, милли- и килоамперах. Лучше всего такие приборы подключать последовательно. В таком случае снижается сопротивление, а точность снимаемых показателей возрастает.

Слесарные инструменты

Достаточно часто можно встретить измерительные слесарные инструменты. Наиболее важная характеристика — точность измерений. За счет того, что слесарные инструменты механические, удается добиться точности до 0,005 или 0,1 мм.

Если погрешность измерений превысит допустимый порог, то произойдет нарушение технологии работы инструмента. Тогда потребуется переточка некачественной детали или замена целого узла в устройстве. Поэтому для слесаря важно при подгонке вала под втулку использовать не линейку, а инструменты с большей точностью измерений.

Наиболее популярным инструментом с высокой точностью измерений является штангенциркуль. Но и он не сможет дать гарантии точного результата с первого измерения. Опытные рабочие делают несколько измерений, которые затем преобразуют в некоторое среднее значение.

Встречаются операции, требующие максимальной точности. Таких много в микромашинах и отдельных деталях устройств крупного размера. Тогда следует воспользоваться микрометром. С его помощью можно измерять с точностью до сотых долей миллиметров. Распространенное заблуждение о том, что он позволяет измерять микроны, является не совсем верным. Да и при проведении стандартных домашних работ такая точность может не пригодиться, поскольку достаточно действующих значений точности и погрешности.

Специальные устройства

Существует такое известное устройство для измерения под названием угломер.

Его предназначение заключается в измерении углов деталей, а конструкция состоит из следующих элементов:

• непосредственно устройство имеет полудиск с нанесенной измерительной шкалой;
• линейка обладает собственным передвижным сектором, где нанесена шкала нониуса;
• закрепление передвижного сектора линейки осуществляется стопорным винтом.

Процесс измерения таким прибором простой. Деталь прикладывается одной из граней к линейке. Сдвинуть ее надо таким образом, чтобы образовался равномерный и достаточный просвет между гранями и линейками. Затем сектор закрепляется винтом. Снимаются показатели сначала с линейки, а затем с нониуса.

Контрольно-измерительные устройства нашли довольно широкое применение в различных сферах производства, домашнего быта, слесарного дела и строительных работ. Они различаются как по сфере применения, так и по возможности измерения.

Все приборы могут подразделяться по способу преобразования, выдачи информации и виду выходной информации, предназначения и другим критериям. Имея хорошую классификацию, можно отыскать конкретный инструмент для определенных задач и операций.

Но главная цель у них состоит в измерении показаний, их записи и контроле технологических процессов производства. Рекомендуются использовать точные измерительные устройства, однако, устройство становится гораздо сложнее. Это потребует учета большого количества факторов и измерений параметров, чтобы вывести на экран точные показания.

Источник

Учебные материалы

Электроизмерительные приборы — это средства электрических измерений, предназначенные для выработки сигналов в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. К ним относятся, например, амперметр, вольтметр, ваттметр.

По способу представления результата измерения измерительные приборы делятся на аналоговые, в которых показания являются непрерывными, и цифровые, показания которых представляются дискретными величинами — цифрами.

По характеру применения измерительные приборы могут быть стационарными и переносными.
По роду измеряемой величины измерительные приборы делятся на приборы для измерения постоянных величин и изменяющихся во времени величин.

По виду измеряемой величины различают приборы для измерения тока (амперметр), напряжения (вольтметр), сопротивления (омметр), частоты (частотомер), энергии (счетчик) и т. д.

Большую группу электроизмерительных приборов составляют электромеханические показывающие приборы.
Электромеханический прибор состоит из измерительной цепи, измерительного механизма и отсчетного устройства. Измерительная цепь является преобразователем измеряемой величины х в некоторую промежуточную электрическую величину у, функционально связанную с величиной х, т. е. y=f(x). Электрическая величина у, которой является ток или напряжение, непосредственно воздействует на измерительный механизм (ИМ), являющийся основой электромеханического прибора и имеющий подвижную и неподвижную части.

Наиболее распространены механизмы, в которых механические силы возникают при воздействии магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом или током, на проводник с током. Вращающий момент М_вр, действующий на подвижную часть, является в этом случае функцией измеряемой величины х (тока или напряжения), т. е. М_вр = f(x). Кроме этого, на подвижную часть влияет противодействующий момент М_пр, создаваемый при помощи растяжек или спиральных пружинок при их закручивании: М_пр = Kα, где К — удельный противодействующий момент на единицу угла закручивания; α — угол поворота подвижной части.

Противодействующие спирали и пружины выполняются, как правило, из бронзы. Один конец их прикрепляется к подвижной части измерительного механизма, а другой — к неподвижной части прибора. Закручивание пружины или спирали происходит до тех пор, пока вращающий момент М_вр не будет равен противодействующему М_пр. Для создания противодействующего момента применяют не одну, а две пружины, устанавливая их с разных сторон подвижной части измерительного механизма ИМ (рис. 11.1, а), где 1 — подвижная рамка, 2 — противодействующие пружины. Таким образом, установившееся отклонение подвижной части и укрепленного на ней указателя характеризуется равенством:
М_вр=M_пр

Рис. 11.1. Создание противодействующего момента (а) и момента успокоения (б) в электромеханических приборах

Чтобы подвижная часть быстрее установилась, механизмы снабжают так называемыми успокоителями, создающими момент успокоения. На рис. 11.1, б приведен пример построения магнитоиндукционного успокоителя, состоящего из постоянного магнита 1 и алюминиевого диска 2, жестко скрепленного с подвижной частью измерительного механизма. Успокоение создается за счет взаимодействия токов, индуцированных в диске при его перемещении в магнитном поле постоянного магнита.

В зависимости от физических явлений, положенных в основу создания вращающего момента, различают следующие измерительные механизмы: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические, индукционные.

Магнитоэлектрический механизм

Магнитоэлектрический механизм содержит постоянный магнит, магнитопровод и катушку с током.

Магнитная система измерительного механизма (рис. 11.2) состоит из постоянного магнита 1 и замкнутого магнитопровода 2. В рабочем зазоре между ними образуется равномерное радиальное магнитное поле с индукцией В. Подвижная катушка 3, выполненная из тонкого изолированного провода, намотанного на алюминиевый каркас, помещена в рабочем зазоре и укреплена на осях. Концы обмотки электрически соединены со спиральными пружинками, по которым измеряемый ток I поступает в катушку. При наличии тока на активную длину l витка обмотки действует сила F, равная, согласно закону Ампера, F=BlwI, где w — число витков обмотки.

Под действием пары таких сил на обеих активных сторонах катушки создается вращающий момент М_вр, который прямо пропорционален току. Под действием М_вр подвижная часть ИМ вместе с указателем поворачивается на некоторый угол α, который пропорционален току I.
Магнитоэлектрические приборы, в которых используются магнитоэлектрические ИМ, применяют для измерения постоянных токов (амперметры), напряжений (вольтметры), сопротивлений (омметры) и т. д.
Магнитоэлектрические амперметры и вольтметры отличаются высокой точностью, равномерностью шкалы, обладают малым потреблением энергии от объекта измерения. К недостаткам этих приборов относятся: непригодность к работе в цепях переменного тока, чувствительность к перегрузкам и зависимость показаний от окружающей температуры.
Рис. 11.2. Конструкция магнитной системы магнитоэлектрического измерительного механизма с внутрирамочным магнитом

Магнитоэлектрические ИМ служат и для измерения в цепях переменного тока, но только в сочетании с различными преобразователями переменного тока в постоянный. К таким приборам относятся, например, выпрямительные, термоэлектрические.

Выпрямительные приборы

Выпрямительные приборы (рис. 11.3) представляют собой сочетание магнитоэлектрического ИМ и выпрямительного устройства, состоящего, как правило, из двух диодов и более. Выпрямительные устройства (рис. 11.3, а) преобразуют переменный ток в пульсирующий однополярный i_П (рис. 11.3, б). Подвижная часть ИМ, обладающая инерцией, реагирует на среднее значение этого пульсирующего тока — I_СР.

Рис. 11.3. Схема выпрямительного прибора с двухполупериодным выпрямителем (а) и временные диаграммы (б) работы двухполупериодного выпрямительного прибора

Шкала выпрямительного прибора градуируется в действующих значениях синусоидального тока (напряжения).

Выпрямительные приборы часто выполняются в виде комбинированных многопредельных — в одном приборе сочетаются амперметр, вольтметр и омметр, каждый на несколько пределов измерения.

Достоинствами выпрямительных приборов являются: высокая чувствительность (наименьшие пределы измерения 0,25 … …0,3 мА; 0,3 В), малое собственное потребление энергии, так как используются магнитоэлектрические ИМ. К недостаткам относятся: неравномерность шкалы в начале (в пределах до 15% от предела измерения), невысокая точность (высший класс точности 1,0).

Электромагнитный механизм

Электромагнитный механизм (рис. 11.4) состоит из неподвижной катушки 1 и укрепленной на оси 3 подвижной пластинки 2 из магнитомягкого материала. При включении катушки в цепь постоянного тока создается магнитное поле, которое намагничивает пластинку, и она втягивается внутрь катушки. Возникающий при этом вращающий момент пропорционален квадрату тока.

Рис. 11.4. Конструктивное исполнение измерительного механизма электромагнитной системы

Подвижная часть ИМ, обладающая инерцией, реагирует на среднее значение момента.
Часто квадратичную шкалу выравнивают, подбирая соответствующую форму ферромагнитной пластинки.

Электромагнитные приборы, построенные на базе электромагнитных ИМ, применяют для измерения в цепях постоянного и переменного тока в качестве амперметров, вольтметров и фазометров.

Амперметры изготовляют одно- и многопредельными путем секционирования катушки. Вольтметры также выполняются многопредельными путем использования ряда добавочных резисторов.

Электромагнитные приборы являются одними из самых распространенных щитовых приборов для измерений в цепях переменного тока. Они просты по устройству, не имея токоподвижных частей, хорошо переносят перегрузки. Недостатками этих приборов являются: невысокая точность, большое собственное потребление энергии (до 10 Вт), ограниченный частотный диапазон,, чувствительность к внешним магнитным полям.

Щитовые амперметры выпускают классов 1,0; 1,5; 2,5 на токи прямого включения до 300 А. Щитовые вольтметры тех же классов точности выпускают на напряжения до 600 В с прямым включением.

Электродинамический механизм

Электродинамический механизм (рис. 11.5) состоит из неподвижной 1 и подвижкой 2 катушек. Катушка 2 укреплена на растяжках и может поворачиваться вокруг оси внутри двух секций неподвижной катушки. При наличии в катушках постоянных токов I₁ и I₂ возникают электромагнитные силы взаимодействия, стремящиеся повернуть катушку 2 соосно с катушкой 1. В результате возникает вращающий момент: M_BP=K₁I₁I₂, где K₁ — коэффициент, учитывающий изменение взаимной индуктивности подвижной и неподвижной катушек.

Вращающий момент электродинамического ИМ пропорционален произведению действующих значений токов в катушках и косинусу угла сдвига фаз между ними.

Рис. 11.5. Конструктивное исполнение измерительного механизма электродинамической системы

Электродинамические приборы, в которых используются электродинамические механизмы, применяют в цепях постоянного и переменного тока в основном для измерения тока, напряжения и мощности.

Электродинамические амперметры обычно выполняются на два предела измерения, что достигается различием схем включения катушек: на малые токи — по схеме рис. 11.6, а, на большие токи — по схеме рис. 11.6, б. В первом случае ток I_Х проходит через неподвижную 1 и подвижную 2 катушки, соединенные последовательно. Во втором случае катушки соединяются параллельно. В электродинамическом приборе отклонение подвижной части ИМ пропорционально квадрату измеряемого тока I_Х.

Рис. 11.6. Схемы построения амперметров электродинамической системы на малые (а) и большие (б) токи

Индукционный механизм

Индукционный механизм (рис. 11.7) состоит из двух неподвижных магнитопроводов 1 и 2 с обмотками и подвижного алюминиевого диска 3, укрепленного на оси. Магнитные потоки Ф₁ и Ф₂, создаваемые синусоидальными токами i₁, и i₂ и пронизывающие диск, смещены в пространстве. При этих условиях в диске создается вращающееся магнитное поле, под влиянием которого диск приходит во вращение.

Рис. 11.7 Конструктивное исполнение измерительного механизма индукционной системы

При этом вращающий момент относительно оси диска пропорционален частоте, произведению действующих значений токов и синусу угла сдвига фаз между токами.

Индукционные приборы на базе индукционных механизмов используют главным образом в качестве одно- и трехфазных счетчиков энергии переменного тока. По точности счетчики делятся на классы 1,0; 2,0 и 2,5.

Электростатический механизм

Электростатический механизм (рис. 11.8) состоит из двух (и более) металлических изолированных пластин, выполняющих роль электродов. На неподвижные пластины 1 подается потенциал одного знака, а на подвижные 2 — потенциал другого знака. Подвижная пластина вместе с указателем 3 укреплена на оси и под действием сил электрического поля между пластинами поворачивается. При постоянном напряжении U между пластинами емкостью С вращающий момент пропорционален зарядам q = CU на пластинах.

Рис. 11.8 Конструктивное исполнение измерительного механизма электростатической системы

При синусоидальном напряжении U = U_m sin ωt подвижная часть механизма реагирует на среднее значение момента: M_BP*СР=K₂U 2 (где U – действующее значение напряжения).

Электростатические приборы, в которых используется электростатический механизм, применяются в качестве вольтметров постоянного и переменного тока.

Угол отклонения указателя электростатического прибора пропорционален квадрату напряжения, т. е. шкала является квадратичной. Подбором формы электродов (пластин) можно получить практически равномерную шкалу.

Электростатические вольтметры отличаются малым собственным потреблением энергии, широким частотным диапазоном (до 10 МГц), нечувствительностью к внешним магнитным полям, колебаниям температуры, их показания не зависят от формы кривой измеряемого напряжения. К недостаткам этих приборов следует отнести сравнительно низкую чувствительность (без предварительных усилителей сигналов их нижний предел измерения составляет 10 В), необходимость электростатического экранирования от внешних электрических полей.

Характеристики шкал измерительных приборов >

Уважаемые студенты!
Специалисты нашего сайта готовы оказать помощь в учёбе по разным предметам:
✔ Решение задач
✔ Выполнение учебных работ
✔ Помощь на экзаменах

Источник