Вимірювальні перетворювачі

Еталон – це високоточна міра, призначена для відтворення та зберігання одиниці вимірювання одного чи декількох значень, а також передачу розміру цієї одиниці іншим засобам вимірювальної техніки. Від еталона одиниця величини передається до розрядних еталонів, а від них – до робочих засобів вимірювань. Еталони класифікують на первинні, вторинні і робочі.

Засоби вимірювань

Централізоване відтворення одиниць вимірювання здійснюється за допомогою спеціальних технічних засобів – еталонів.

Первинний еталон – це еталон, який забезпечує відтворення одиниці вимірювання з найвищою в державі (порівняно з іншими еталонами тієї ж одиниці) точністю. Первинний еталон може бути національним (державним) і міжнародним. Еталон, який має найвищі метрологічні властивості серед еталонів даної одиниці, що є в державі, на підприємстві, в установі чи організації, називається вихідним еталоном.

Встановлює порядок створення, затвердження, реєстрації, зберігання та застосування еталонів, а також звірення їх з еталонами інших держав та міжнародними еталонами ЦОВМ (спеціально уповноважений центральний орган виконавчої влади у сфері метрології).

Міжнародні еталони зберігає й підтримує, систематично звіряє їх із національними еталонами найкрупніших метрологічних лабораторій різних країн Міжнародне бюро мір і ваг (МБМВ). Через певні встановлені періоди часу звіряють еталони як основних, так і похідних величин системи СІ. Так, наприклад, еталони метра й кілограма звіряють кожні 25 років, а електричні та світлові еталони – раз на три роки.

Вторинний еталон – еталон, який отримує розмір одиниці вимірювання безпосередньо від первинного еталона даної одиниці або, в разі його відсутності, – відповідного еталона іншої держави. Іноді вторинні еталони називають еталонами-копіями.

Робочий еталон – еталон, призначений для повірки чи калібрування засобів вимірювальної техніки. Він приймає розмір одиниці від вторинного еталона і передає його еталону нижчого розряду та робочим засобам вимірювання.

Засіб вимірювальної техніки – технічний засіб, який застосовується під час вимірювань і має нормовані метрологічні характеристики.

До засобів вимірювання належать:

- міри;

- датчики інформації (індикатори);

- вимірювальні перетворювачі;

- вимірювальні прилади;

- вимірювальні установки та системи;

- вимірювальне приладдя.

Міроюназивається засіб вимірювання, призначений для відтворення фізичних величин заданого розміру (це – гирі, кінцеві міри довжини тощо). На практиці користуються однозначними мірами, багатозначними мірами, наборами і магазинами мір.

Однозначні міри відтворюють величину лише єдиного розміру (гиря). До однозначних мір відносяться стандартні зразки та стандартні речовини. Стандартний зразок – це оформлена належним чином проба речовини (матеріалу), яка піддається метрологічній атестації для визначення кількісного значення.

Багатозначні міри відтворюють кілька розмірів фізичної величини (міліметрова лінійка, якою можна виміряти довжину в сантиметрах і в міліметрах).

Набір мір – це комплект однорідних мір різного розміру, який дозволяє застосовувати їх у потрібних поєднаннях (набір лабораторних гир).

Магазин мір – конструктивно об’єднане в одне механічне ціле поєднання складових магазина, де за допомогою ручних чи автоматичних перемикачів їх можна сполучати в потрібних комбінаціях (магазин електричних опорів).

Користуючись мірами, слід ураховувати їх номінальне та дійсне значення, а також похибку міри та її розряд.

Номінальним називається значення міри, вказане на ній.

Дійсне значення – це результат високоточного вимірювання з використанням офіційного еталона – має бути вказане у спеціальному свідоцтві.

Похибкою міри є різниця між номінальним і дійсним значеннями. Величина, протилежна похибці, є поправкою до вказаного на мірі номінального значення. Міри також розділяють на розряди (1-й, 2-й і т. д.) і називають розрядними еталонами (зразкові вимірювальні засоби) їх використовують для повірки вимірювальних засобів.

Вимірювальні системи

В практиці фізичного виховання та спорту використовуються візуальні та інструментальні методи контролю. В першому випадку спеціалісти (тренери, наукові працівники, спортсмени), спостерігаючи за спортсменом на змаганнях і тренувальних заняттях, отримують переважно якісне уявлення про його підготовленість. Візуальна оцінка часто є суб’єктивною, її важко використовувати для порівняльного аналізу.

Інструментальні ж методи контролю об’єктивні. З їх допомогою отримують кількісну оцінку будь-яких характеристик і показників дій спортсмена, змін, що відбуваються в його організмі при виконанні вправ, тощо.

В основі інструментальних методів контролю лежать вимірювальні системи. Розглянемо типову схему вимірювальної системи (див. нижче). Вона складається з кількох блоків:

А– об’єкт вимірювання – це можуть бути дії спортсмена під час змагань або тренувальних занять; різні функціональні системи організму тощо.

1 – пристрій, що сприймає вимірювану величину. Для цього необхідний чутливий елемент засобу вимірювання – датчик інформації. Він сприймає інформацію і передає її до наступного блоку.

2 – перетворювач; в ньому вимірювана величина перетворюється в електричну (гідравлічну, пневматичну) величину на основі фізичного закону зв’язку між ними. Тут же сигнал посилюється.

3– блок обчислювальних операцій.

Нагадаємо, що вимірювання, це – операція порівняння вимірюваної величини з еталоном. Отже, в цьому блоці відбувається порівняння з еталоном.

4– блок передачі вимірювальної інформації, через який сигнал поступає до наступного пристрою.

5 – блок відображення, зберігання й обробки результату вимірювання.

Технічні пристрої, призначені для виявлення (індикації) фізичних властивостей, називаються індикаторами. Стрілка компаса – індикатор дії магнітного поля; електролампочка – індикатор електричної напруги в мережі; лакмусовий папірець – індикатор активності іонів водню в розчинах. Основне призначення датчиків – сприйняти фізичні величини, що характеризують дії спортсмена. За допомогою датчиків сигнал вимірювальної інформації перетворюється в зручну для обробки чи зберігання форму, оскільки він не є безпосередньо видимим для спостерігача. Перетворювану величину називають вхідною, а результат перетворення – вихідною величиною. Основна метрологічна характеристика вимірювального перетворювача є співвідношення між вхідною та вихідною величинами, яка називається функцією перетворення.

Перетворювачі поділяються на первинні (ті, що безпосередньо сприймають вимірювану величину), передавачі (на їхньому виході величина набуває зручної для реєстрації чи передавання на відстань форми), промìжні (працюють у купі з первинними і не впливають на зміну фізичної величини).

У фізичній культурі найбільш популярними є такі первинні перетворювачі: фотодіоди, реостатні давачі, тензорезистори, акселерометри.

Фотодіоди використовують у пристроях для вимірювання часу рухів. Вхідна величина фотодіодів – освітленість, вихідна – постійний струм. Вони чутливі в діапазоні від 0 до 500 Гц і мають похибку в 1-3%. Цю похибку можна зменшити, якщо точно розставити на дистанції фотоперетворювачі і відповідним чином налаштувати їх.

Реостатні давачі найчастіше використовуються у пристроях, за допомогою яких вимірюють амплітуду рухів у різних суглобах. Їх ще інакше називають гоніометрами. Вхідна величина реостатного давача – лінійне та кутове переміщення, вихідна – зміна опору. Ці датчики мають високу чутливість і порівняно невеликі похибки.

Тензорезистори є чутливими елементами вимірювальної системи, за допомогою яких оцінюють динамічні показники рухів. Вхідна величина тензорезисторів – переміщення, вихідна – зміна опору. Вони стійкі до вібрацій і мають малу похибку.

Акселерометри призначені для вимірювання прискорень. В основі роботи цих перетворювачів лежить зміна сили інерції, що виникає під час руху і спричиняє відхилення маси акселерометра. Це відхилення вимірюється тензорезистором або пьєзоелектричним давачем.

За допомогою індикаторів виявляється вимірювана величина і реєструється зміна її розміру. Індикатори дають змогу значно розширити можливості сприйняття людиною (спостерігачем) різних сигналів. Важливою технічною характеристикою індикаторів є їхній поріг чутливості (поріг виявлення). Чим нижчий поріг чутливості в індикатора, тим більш слабкий прояв властивості він здатен реєструвати. Індикатори є засобами вимірювань за шкалою порядку. Для вимірювань за шкалою відношень необхідно порівняти невідомий розмір з відомим і виразити перший через другий в кратному чи дольовому відношенні. Якщо фізичної величини відомого розміру немає, то проводять процедуру градуювання шкали.

Інформація, що сприймається давачами, далі перетворюється у величину, придатну для наступного аналізу. При цьому прийнятий індикатором сигнал підсилюється. У фізичній культурі для посилення сигналу використовуються тензопідсилювачі і мініатюрні операційні підсилювачі постійного струму.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Похибкою називається відхилення результату вимірювання від істинного значення вимірюваної величини.	\|	Передавання та відображення вимірювальної інформації

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.017 сек.