Выбор приборов для измерений

Исходные данные для выбора приборов. Характеристики приборов.

При выборе приборов используется ряд исходных данных:

• • перечень всех показателей, измеряемых непосредственно (прямо);
• • необходимая точность результата измерения;
• • количество одновременно измеряемых параметров;
• • диапазон изменения измеряемых показателей;
• • предполагаемая динамическая характеристика фиксируемых процессов (главным образом диапазон частот процесса);
• • возможность синхронизации нескольких процессов;
• • необходимый вид и характер информации (непрерывная запись процесса, среднее значение показателя, характеристики изменчивости процесса, характеристики взаимосвязи показателей и т. д.);

• • необходимость быстрого получения результата измерения в процессе или после проведения измерения;
• • условия размещения приборов на объекте (по присоединяемое™, габаритам, массе, технике безопасности и т. д.);
• • условия работы приборов при опытах (вибрация, температура, запыленность и т. д.); наглядность информации; документальность информации;
• • материальная база (наличие измерительной и вычислительной техники, операторов, обслуживающего персонала и т. д.);
• • объем работ при проведении экспериментов и при обработке результатов.

Особое место среди этих исходных данных занимает относительная подвижность отдельных деталей. При измерении, например, крутящего момента на валу или усилий, приложенных к пальцу гусеницы трактора, требуется связать электрической цепью датчики, расположенные на подвижных частях, с другими элементами ИИС. Необходимы токосъемники. Но они обычно или мало наделены или вносят ошибку.

Определенную помощь в выборе приборов оказывает знание их классификации [8]. Классифицируют по назначению целые наборы или комплекты: приборы для тормозных испытаний тракторных двигателей, для тяговых испытаний тракторов и др. Приборы классифицируют по измеряемому параметру: динамометры; влагомеры и т. п.; по группам датчиков и передач: механические, пневмогидравлические, электрические; по функциям преобразователей: усилители, интеграторы, корреляторы, классификаторы и др.; по выходным устройствам: индикаторные и регистрирующие; по классу точности; по транспортабельности: стационарные и портативные; а также по некоторым другим признакам.

При выборе приборов и ИИС в целом учитывается ряд их показателей:

• • показатели метрологической и динамической характеристик прибора;
• • масса прибора, особенно важна для портативных приборов и приборов, которые перемещаются вместе с отдельными деталями механизмов и могут исказить действительные выходные показатели;
• • габариты прибора, часто определяющие возможность его использования;

• • линейность прибора, значительно облегчающая его калибровку и обработку результатов измерений;
• • количество одновременно измеряемых параметров;
• • дистанционность измерения и управления;
• • способы преобразования информации (перечень операций функционального преобразователя: усиление, кодирование, суммирование, интегрирование и т. д.);
• • форма и характер представления результатов измерения (индикаторные и регистрирующие, аналоговые или цифровые и т. д-);
• • удобство монтажа и демонтажа;
• • надежность прибора; она влияет на точность (устойчивость) измерений, на продолжительность опытов, затраты труда и средств; отказ прибора может привести к повторению уже проделанной работы, так как за время перерыва для устранения поломки может измениться погода, а значит, и условия опытов, что приведет к несопоставимости результатов из-за появления систематической ошибки;
• • простота конструкции прибора; она часто определяет его надежность - простой прибор надежнее, его легче освоить, обслужить и ремонтировать;
• • ток питания (для электрических приборов); с постоянным током работать удобнее, так как легко балансировать мосты, стабилизировать напряжение, цепь нечувствительна к промежуточным емкостям тензодатчиков, проводов и т. д., а также к промышленным электрическим шумам (помехам), экранировка проводов не требуется;
• • универсальность прибора, особенно при его приобретении.

Датчик, или первичный преобразователь, тоже своего рода прибор, поэтому и ему присущи показатели метрологической и динамической характеристик более сложных приборов, такие, как вариация или устойчивость показаний (очень неустойчив емкостной датчик); порог чувствительности (обычно очень маленький), собственное потребление энергии; частотные характеристики, а также масса, габариты, линейность, надежность и простота, ток питания, универсальность, удобство монтажа.

По физическим признакам датчики делятся на механические, пневмогидравлические и электрические. Датчики первых двух групп не отвечают основным тенденциям развития ИИС: они просты, но требуют высокой точности изготовления, из-за больших масс очень инерционны, дают большое запаздывание по фазе, не позволяют измерять быстроменяющиеся процессы, почти не управляются дистанционно. Поэтому в исследованиях их теперь используют редко: для отдельных статических измерений, для калибровки, так как не имеют погрешностей электрических цепей, при нормировании работ (из-за простоты, надежности, а также отсутствия потребности в измерении многих параметров).

Рис.1.6. Механический уровнемер

Наибольшее применение получили электрические датчики: волоконно-оптические, фотоэлектрические, лазерные, индуктивные, индукционные, магнитоупорные, емкостные, радиоактивные и другие. Их применяют при замере перемещений, сил, моментов, давлений, частоты вращения, температуры, ускорений, концентрации компонента и т. д. Практически можно подобрать датчик для замера большинства интересующих нас параметров.

Рис. 1.7. Фотоэлектрические датчики

Рис. 1.8. Лазерные датчики