Развитие человеческой цивилизации, желание и потребность человека преобразовывать окружающую среду заставляют его постоянно что-то сравнивать, измерять, взвешивать или отсчитывать. Для облегчения и выполнения регулярно возникающих однотипных задач начали разрабатывать контрольно-измерительные приборы, или КИП. Сначала эти приборы были простые, сделанные из подручных средств, но со временем они превратились в сложные конструкционные и электронные механизмы.
Определение понятия измерительных приборов
По мере изучения природных явлений человечество запустило различные технологические процессы, которые нуждаются в контроле и измерении. Для этого нужны специальные устройства, которые могут осуществлять постоянный контроль и управление при проведении различных технологических процессов.
Людям удалось научится управлять окружающей средой и искусственно созданными технологиями. Автоматизация промышленности вынудила разработать измерительные устройства, и цивилизация перешла на новый виток своего развития.
Измеритель — это устройство, основное предназначение которого сравнить измеряемую величину с общепринятой единицей измерения. Эти приборы измеряют физические величины, различные процессы, технические параметры. Встречаются механические и электрические. Принцип работы последних основывается на том, что фактически любой физический параметр можно преобразовать в электрический сигнал, который несложно обработать и проанализировать.
На основе полученных данных можно сделать выводы про состояние окружающей среды, о происходящих физических явлениях, параметрах и величинах, свойственных измеряемой области.
В настоящее время измерения производятся не только в научных лабораториях и на больших предприятиях, но также в мелких мастерских и обычном быту, даже если, на первый взгляд, эти устройства незаметны. Они широко применяются в бытовой технике и в привычных предметах домашнего обихода.
Невнимательное отношение к показаниям измерений, слабая подготовка специалистов ведёт к ошибкам на производстве, получению некачественной продукции и угрожает безопасности людей.
Классификация и виды КИП
Классификация измерителей не сложная, но очень обширная. Множество категорий подразделяется на несколько видов, которые тоже разветвляются на более мелкие типы. Основная масса данных приборов отличается по виду измеряемого параметра, по точности и предназначению.
В первую очередь КИП можно разбить на три глобальных категории:
Аналоговые приборы, которые способны непрерывно показывать изменение измеряемого параметра. Типичными представителем является бытовой ртутный термометр, который есть в каждом доме и манометр — устройство для показания величины давления. Манометр используется и в промышленности, и в быту.- Цифровые приборы. Они преобразуют полученные или измеренные данные в цифровой сигнал. Одним из таких устройств является электронный измеритель давления. На его цифровом экране показываются значения давления и пульса человека.
- Простейшие механические измерители. Они знакомы каждому с детства. Это обычная линейка, транспортир, циркуль, бытовые механические весы. Мастера часто используют штангенциркуль.
Каждую категорию можно раздробить по другим признакам:
- По виду измеряемой величины.
- По способу отсчёта.
- По предлагаемому классу точности измерения.
- По основному предназначению.
Измеряемые величины
Каждый прибор разработан под свои чётко определённые задачи и рассчитан на диапазон конкретных условий эксплуатации. По виду измеряемой величины измерительные приборы бывают:
- Измеряющие температуру. Это всевозможные термометры и термопары.
- Показатели давления или вакуума (разряжения).
- Проверяющие уровень жидкости или сыпучих веществ.
- Контролирующие количество и расход различных элементов. Это могут быть как и жидкости, так и пары, газы или твёрдые предметы.
- Проводящие качественные замеры. Например, плотности, состава смеси или влажности.
Принципы действия у измерительных приборов практически одинаковы. Измеряемый элемент воздействует на первичный преобразователь, после чего сигнал переходит на измерительный элемент, который преобразует воздействие в движение отсчетного узла и показания переносятся на шкалу прибора.
Наглядно простейшее измерение демонстрируется работой манометра. Давление измеряемой среды воздействует на медную изогнутую трубку через специальный штуцер. Трубка пытается распрямиться на некоторую величину. Это действие передаётся на ось с указательной стрелкой. Сама ось подпружинена и стремиться вернуться к нулевой отметке, но под действием разгибающейся трубки, отклоняется и показывает текущее давление.
Способы отсчёта
Данные устройства обязательно имеют блок индикации результата. По способу отсчёта приборы делятся несколько типов:
- Устройства с ручной наводкой.
- Показывающие приборы.
- Самописцы.
- Суммирующие сигналы.
- Сигнализирующие приборы.
Компарирущими или устройствами с ручной наводкой называются приборы, которые при измерении величин требуют помощи человека. Это могут быть гиревые весы или оптический пирометр.
Показывающие приборы имеют указатель в виде стрелки, которая перемещается по шкале значений. Иногда указатель может быть неподвижным, а циферблат перемещается или вращается вокруг стрелки. Такие приборы по конструкции бывают переносные или стационарные. Стационарные устройства, обычно, ведут непрерывное измерение динамических величин. Когда нужно производить замеры время от времени или эпизодически контролировать стационарные измерители, то используют переносные ИП.
Самопишущие устройства самостоятельно записывают результаты непрерывных измерений на носитель. Носителем может выступать диск, флеш-карта или «бесконечное» бумажное полотно. Запись представляет собой диаграмму, показывающую изменение в исследуемом объекте за определённое время. Такая запись может предотвратить аварию на производстве, указав на сбой в работе определённого узла.
Счётчики или суммирующие устройства отражают показатели счётного механизма и выводят на экран сумму измеряемой величины. Подобные интеграторы подсчитывают расход воды, газа, энергии.
Сигнализирующие приборы издают различные сигналы: световые или звуковые, как только измеряемая величина принимает заранее заданное значение. Они также извещают при возникновении определённого события. К таким приборам относят различные устройства сигнализации: охранные, пожарные и т. п.
Разделение по назначению
По назначению измерительные элементы бывают эксплуатационными (или техническими), лабораторными, образцовыми, контрольными и эталонными.
Эксплуатационные приборы широко применяют в промышленности, на производстве. Это рабочие экземпляры, контролирующие весь производственный цикл. Обычно просты в управлении, надёжны с интуитивно понятной шкалой и крупными цифровыми обозначениями.
Лабораторные и контрольные устройства предназначены для тестирования и проверок других приборов или при проведении отладочных работ на производстве. Отличаются повышенным классом точности. Лабораторными приборами пользуются, главным образом в лабораториях, а технические используют на местах других проверяемых устройств.
Основной задачей эталонных и образцовых устройств является хранение и воспроизведение эталонных данных, по которым сверяют показатели других измерительных устройств. Если эталонные приборы только хранят данные, то задача образцовых передать максимально точно данные с эталонных устройств к другим измерительным приборам.
Точность измерений
Каждый прибор обладает своей точностью замера величин или диапазоном погрешности. Ошибиться может любое устройство, даже эталонное. Точность может быть определена числом от нуля до единицы. Чем больше число точности устройства, тем хуже его показания.
Чувствительность измерительного устройства — это важный показатель, влияющий на правильную интерпретацию полученных данных. Чувствительность равна отношению значения перемещения указателя прибора (стрелки или пера) к величине изменения измеряемых данных, которые спровоцировали это перемещение.
Чувствительность, чаще всего, отражается в цене деления прибора. Например, если термометр имеет шкалу в 100 делений и рассчитан на максимальную измеряемую температуру в 50 градусов по Цельсию, то средняя чувствительность равна отношению 100 к 50. То есть, чувствительность прибора (цена одного деления) соответствует двум градусам по Цельсию.
Погрешности при работе
В любой работе возможны промахи и ошибки. Измерительные приборы не составляют исключение из правил. Когда проводятся разные измерения, то возникают различные погрешности. Это связано и с некоторыми условностями, принятыми при измерениях, и несовершенством методик исследований, и ошибками при использовании измерителя.
Обычно различают следующие виды погрешностей:
- Абсолютная. Это величина равная разнице между показаниями эталонного прибора и используемого при одинаковых условиях замеров.
- Относительная или косвенная. Величина отношения абсолютной погрешности к текущему измеренному значению.
- Относительная приведённая. Отношение абсолютного значения и разницы между максимальным и минимальным пределами шкалы измерительного устройства.
Погрешности бывают также случайными, систематическими и промахами. Случайные ошибки не связаны ни с какой закономерностью, а зависят от случайных помех и разных внешних условий. Систематические соответствуют некоторым правилам и в их проявлении можно выявить закономерность. Часто зависят от технического состояния самого измерительного прибора. Промахи сильно выбиваются из закономерного и предполагаемого ряда вычислений. Они легко отслеживаются и вычёркиваются при анализе достаточного количества данных.
Обслуживание измерительных устройств
От качества работы КИП иногда зависит очень многое, поэтому эти устройства должны обладать такими характеристиками, как надёжностью, долговечностью, безотказностью и быть доступными в ремонте.
Для избежания ошибок при измерениях КИП нуждаются в своевременных профилактических работах и регулярных проверках на достоверность показателей. Мастер обязательно должен следить за состоянием и условиями хранения измерительных устройств, протирать сухой тряпкой циферблаты, шкалы и гнёзда сигнальных датчиков.
Перед началом работы надо убедиться в герметичности соединений и желательно сделать контрольное измерение. Неисправные приборы необходимо вовремя заменять новыми или своевременно ремонтировать.
На крупных предприятиях существуют целые бригады и отделы инженеров и слесарей КИП, которые следят за состоянием и исправностью приборов и автоматики.
На бытовом уровне приходится часто сталкиваться с различными измерительными устройствами. Они стали привычны и обыденны, но тоже требуют правильного обращения и соблюдения правил техники безопасности. Простейший датчик в стиральной машине при неисправности может принести множество неприятностей. Датчик температуры на бытовых утюгах расположен на нагреваемой поверхности и при обычном загрязнении выдаст недостоверные данные.
При правильном уходе и хранении контрольно-измерительных устройств любой быт, ремонт, отдых становится легче и приятнее.
