Автоматизация производства ЛЕКЦИЯ №4 Контрольно-измерительные приборы

ЛЕКЦИЯ №4 Контрольно-измерительные приборы

Измерительный прибор — 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)

• Показывающий измерительный прибор — измерительный прибор, допускающий только отсчитывание показаний значений измеряемой величины

• 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

1. По методу измерений

• Измерительный прибор прямого действия — измерительный прибор, например, манометр, амперметр в котором осуществляется одно или несколько преобразований измеряемой величины и значение её находится без сравнения с известной одноимённой величиной

• Измерительный прибор сравнения — измерительный прибор, предназначенный для непосредственного сравнения измеряемой величины с величиной, значение которой известно

1. По форме представления показаний

• Аналоговый измерительный прибор — измерительный прибор, показания которого или выходной сигнал являются непрерывной функцией изменений измеряемой величины

• Цифровой измерительный прибор — измерительный прибор, показания которого представлены в цифровой форме

1. По другим признакам

• Суммирующий измерительный прибор - измерительный прибор, показания которого функционально связаны с суммой двух или нескольких величин, подводимых к нему по различным каналам

• Интегрирующий измерительный прибор - измерительный прибор, в котором значение измеряемой величины определяются путём её интегрирования по другой величине

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

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

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

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

5. по конструкции отсчётного устройства (непосредственный отсчёт, со световым указателем— световым зайчиком, с пишущим устройством, язычковые - вибрационные частотомеры, со шкалой на оптоэлектронном эффекте — люминофор, ЖК, СИД);

6. по точности измерений (нормируемые и ненормируемые — индикаторы или указатели);

11. по виду используемой энергии (физическому явлению)— электромеханические, электротепловые, электрокинетические, электрохимические;

12. по роду измеряемой величины (вольтметры, амперметры, веберметры, частотомеры, варметры и т.д.)

Параметры

Для измерительных приборов характерен следующий ряд параметров:

Диапазон измерений— область значений измеряемой величины, на который рассчитан прибор при его нормальном функционировании (с заданной точностью измерения).

Порог чувствительности— некоторое минимальное или пороговое значение измеряемой величины, которое прибор может различить.

Чувствительность — связывает значение измеряемого параметра с соответствующим ему изменением показаний прибора.

Точность — способность прибора указывать истинное значение измеряемого показателя (предел допустимой погрешности или неопределенность измерения).

Стабильность — способность прибора поддерживать заданную точность измерения в течение определенного времени после калибровки.

Основные контрольно-измерительные приборы

Амперметр — прибор для измерения силы тока в амперах. Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора. В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи, силу тока в котором измеряют. Поэтому, чем ниже внутреннее сопротивление амперметра (в идеале — 0), тем меньше будет влияние прибора на исследуемый объект, и тем выше будет точность измерения.

Для увеличения предела измерений амперметр снабжается шунтом (для цепей постоянного и переменного тока), трансформатором тока (только для цепей переменного тока) или магнитным усилителем (для цепей постоянного тока). Комплектное устройство из токоизмерительной головки и трансформатора тока специальной конструкции называется «токоизмерительные клещи».

Очень опасно пытаться использовать амперметр в качестве вольтметра (подключать его непосредственно к источнику питания), что может привести к коротким замыканиям!

Ацетометр — измерительный прибор (снаряд) для определения крепости уксусной кислоты. Этот прибор изобретённый Отто служил в конце XIX - начале XX века для испытания крепости уксуса, т. е. для определения содержания в нём свободной уксусной кислоты.

В общих чертах ацетометр состоит из измерительного сосуда — стеклянной трубки в 30 сантиметров длиной и 15 миллиметров шириной. На приборе нанесены следующие деления: до черты а он вмещает 1 см³ жидкости/пространство же между а и b равно 10 см³. Ёмкость крупных делений шкалы, нанесенной выше, равняется 2 см³; деления эти обозначены цифрами 1, 2, 3..., и каждое из них разделено ещё на четыре равные части.

Для испытания уксуса при помощи этого прибора, наполняли пространство до черты а слабым синим настоем лакмуса, осторожно опуская жидкость по стенкам трубки, пока она не поднимется как раз до черты а. Затем наливали в прибор, вплоть до черты Ь, уксус, качество которого хотели испытать (с лакмусовой настойкой он последний даёт красное окрашивание). Затем осторожно добавляли раствор аммиака (17 граммов на литр воды), ровно столько, чтобы после сильного взбалтывания голубая окраска жидкости приняла красноватый оттенок.

По достижении этого момента, производился отчёт уровня жидкости по шкале прибора. Каждое деление шкалы ацетометра соответствует одному проценту безводной уксусной кислоты.

В настоящее время существуют гораздо более совершенные способы для определения химического состава жидкостей.

Барометр — прибор для измерения атмосферного давления. Ртутный барометр был изобретён итальянским учёным Эванджелиста Торричелли в 1644 году.

В жидкостных барометрах давление измеряется высотой столба жидкости (ртути) в трубке, запаянной сверху, а нижним концом опущенным в сосуд с жидкостью (атмосферное давление уравновешивается весом столба жидкости). Ртутные барометры — точнее любых других, используются на метеостанциях.

В быту обычно используются механические барометры (Анероид). В анероиде жидкости нет. В переводе греческого «анероид» — «без воды». Он показывает атмосферное давление, действующее на гофрированную тонкостенную металлическую коробку, в которой создано разрежение. При понижении атмосферного давления коробка слегка расширяется, а при повышении — сжимается и воздействует на прикрепленную к ней пружину. На практике часто используется несколько (до десяти) анероидных коробок, соединенных последовательно, и имеется рычажная передаточная система, которая поворачивает стрелку, движущуюся по круговой шкале, проградуированной по ртутному барометру. Также в настоящее время широкое распространение получили цифровые барометры.

Вольтметр — измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения напряжения или ЭДС в электрических цепях. Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии.

Идеальный вольтметр должен обладать бесконечно большим внутренним сопротивлением. поэтому чем выше внутреннее сопротивление в реальном вольтметре, тем меньше влияния оказывает прибор на измеряемый объект и, следовательно, тем выше точность и разнообразнее области применения.

Динамометру - прибор для измерения силы или момента силы, состоит из силового юна (упругого элемента) и отсчётного устройства. В силовом звене измеряемое усилие вызывает деформацию , которая непосредственно или через передачу сообщается отчетному устройству. существующими динамометрами можно измерять усилия от долей ньютонов до 20 Мн. по принципу действия различают динамометры механические (пружинные или рычажные), гидравлические и электронные. иногда в одном динамометре используют два принципа.

Дозиметр - прибор для измерения эффективной дозы или мощности ионизирующего излучения за некоторый промежуток времени. Само измерение называется дозиметрией.

Иногда «дозиметром» не совсем точно называют радиометр — прибор для измерения активности радионуклида в источнике или образце (в объёме жидкости, газа, аэрозоля, на загрязненных поверхностях) или плотности потока ионизирующих излучений для проверки на радиоактивность подозрительных предметов и оценки радиационной обстановки в данном месте в данный момент.

Измерение вышеописанных величин называется радиометрией.

Рентгенметр — разновидность радиометра для измерения мощности гамма-излучения.

Бытовые приборы, как правило, комбинированные, имеют оба режима работы с переключением «дозиметр» — «радиометр», световую и (или) звуковую сигнализацию и дисплей для отсчёта измерений. Масса бытовых приборов от 400 до нескольких десятков граммов, размер позволяет положить их в карман. Некоторые современные модели можно надевать на запястье, как часы. Время непрерывной работы от одной батареи от нескольких часов (приборы с цветными ЖК - экранами) до нескольких месяцев.

Омметр - измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения электрических активных (омических) сопротивлений. Обычно измерение производится по постоянному току, однако, в некоторых электронных омметрах возможно использование переменного тока. Разновидности омметров: мегаомметры, гигаомметры, тераомметры, миллиомметры, микроомметры, различающиеся диапазонами измеряемых сопротивлений.

Ручные пружинные весы - ручной прибор для измерения веса или массы, ручной динамометр, обычно предназначенный для бытового применения.

Представляют собой достаточно жёсткую пружину, которая помещается в корпус со шкалой. К пружине прикрепляется стрелка. Пока к пружине не приложено усилие, то есть не подвешен измеряемый груз, она находится в сжатом состоянии. Под действием силы тяжести пружина растягивается, соответственно перемещается по шкале стрелка. На основании положения стрелки можно узнать массу взвешиваемого груза.

Пружинные весы могут оснащаться дополнительно системой вращающихся шестерёнок, что позволяет измерять массу предметов ещё точнее. Последние модели бытовых весов делают электронными.

Как и любые другие весы, ручные пружинные весы измеряют силу; тони градуированы с тем, чтобы показывать 1 кг для силы в ~9,81 Н.

Иногда ручные пружинные весы также называют безменом.

Удлинение пружины описывается законом Гука.

Счётчик электрической энергии (электрический счётчик) - прибор для измерения расхода электроэнергии переменного или постоянного тока (обычно в кВт·ч или А·ч).

3