Средства измерений. 
Мониторинг загрязнения окружающей среды

Средство измерений (СИ) — техническое средство (или их комплекс), предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. Суть СИ заключается, во-первых, в «умении» хранить или воспроизводить единицу физической величины; во-вторых, в неизменности размера хранимой единицы. Эти важнейшие факторы и обуславливают возможность выполнения измерения (сопоставление с единицей), т. е. «делают» техническое средство средством измерения. Если размер единицы в процессе измерений изменяется более, чем установлено нормами, то таким СИ нельзя получить результат с требуемой точностью. Это означает, что измерять можно лишь тогда, когда техническое средство, предназначенное для этой цели, может хранить единицу, достаточно неизменную, но размеру и времени.

Средства измерений должны удовлетворять следующим требованиям: техническим, техники безопасности, правилам приемки и методам испытаний.

В общем случае СИ имеет следующую структурную схему (рис. 3.1).

Первичный измерительный преобразователь — ИП, на который непосредственно воздействует измеряемая физическая величина, т. е. первый преобразователь в измерительной цепи измерительного прибора, установки, системы. В одном СИ может быть несколько первичных преобразователей.

Рис. 3.1. Структурная схема СИ:

X — входной сигнал (измеряемая величина); Y — выходной сигнал Первичные измерительные преобразователи классифицируют по роду измеряемой величины (температуры, давления, уровня и т. д.), по выходной величине (генераторные, параметрические) и пр.

Датчик является конструктивно обособленным ПИП, от которого поступают измерительные сигналы. Датчик может быть вынесен на значительное расстояние от СИ, принимающего его сигналы. В подавляющем большинстве случаев датчик предназначен для преобразования неэлектрической физической величины в электрический ток, напряжение и т. д.

Измерительный преобразователь — техническое средство с нормированными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, З’добный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи. ИП или входит в состав какого-либо измерительного прибора, или применяется вместе с каким-либо СИ. По характеру преобразования различают аналоговые, цифроаналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые (АЦП) преобразователи. По месту в измерительной цепи различают первичные и промежуточные преобразователи. Выделяют также масштабные и передающие преобразователи.

К ИП, например, относят усилители, преобразователи сопротивления, интеграторы и дифференцирующие устройства, компараторы, преобразователь ток-папряжение, фильтры и т. д.

Вторичный прибор (ВП), показывающее устройство СИ — совокупность элементов СИ, которые обеспечивают визуальное восприятие значений измеряемой величины или связанных с ней величин.

В табл. 3.1 приведены некоторые нормированные, г. е. заданные в НТД, сигналы.

Таблица 3.1

Основные виды унифицированных выходных сигналов

Шкала — часть показывающего устройства СИ, представляющая собой упорядоченный ряд отметок вместе со связанной с ними нумерацией.

Измерительная цепь — совокупность элементов СИ, образующих непрерывный путь прохождения измерительного сигнала одной физической величины от входа к выходу.

Используемые в различных областях науки и техники СИ чрезвычайно разнообразны. Однако для этого множества можно выделить некоторые общие признаки, присущие всем СИ независимо от области применения.

По роли, выполняемой в системе обеспечения единства измерений, СИ делят на следующие:

• • метрологические, предназначенные для метрологических целей — воспроизведения единицы и (или) ее хранения или передачи размера единицы рабочим СИ;
• • рабочие, предназначенные для измерений, не связанных с передачей размера единицы другим средствам измерений.

Подавляющее большинство используемых на практике СИ принадлежит ко второй группе.

По условиям применения различают СИ лабораторные, производственные и полевые.

По уровню автоматизации все СИ делят на три основные группы: неавтоматические, автоматизированные и автоматические, производящие без непосредственного участия человека измерения и все операции, связанные с обработкой результатов измерений, их регистрацией, передачей данных или выработкой управляющего сигнала.

По уровню стандартизации СИ делят на следующие:

• • стандартизованные, изготовленные согласно требованиям соответствующих государственных или отраслевых стандартов. Обычно стандартизованное СИ подвергают испытаниям и вносят в Госреестр;
• • нестандартизованные — СИ, стандартизация требований к которым признана нецелесообразной. Обычно это уникальные СИ, применяемые для решения измерительных задач в специальных направлениях науки и техники, в стандартизации требований к ним нет необходимости.

По отношению к измеряемой физической величине СИ подразделяют на следующие:

• • основные — это СИ той физической величины, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей;
• • вспомогательные — это СИ той физической величины, влияние которой на основное СИ или объект измерения необходимо учесть для получения результатов измерения требуемой точности (например, термометр для измерения температуры газа в процессе измерения его объемного расхода).

По структурной схеме СИ делят на аналоговые и цифровые.

Аналоговый измерительный прибор — СИ, показания которого являются непрерывной функцией измерения измеряемой величины.

Цифровой измерительный прибор — СИ, автоматически вырабатывающее дискретные сигналы измерительной информации, показания которого представлены в цифровой форме.

По реализации процедуры измерения СИ бывают элементарными и комплексными.

По способу индикации СИ делят на показывающие и регистрирующие, среди которых различают самопишущие и печатающие.

СИ подразделяют на меры, устройства сравнения (компараторы), измерительные приборы, измерительные установки, машины и системы.

Измерительная система (ИС) — это совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в различных целях.