Общие принципы проектирования стрелочных контрольно-измерительных приборов

Показатели информационного соответствия. Тип стрелочного контрольно-измерительного прибора выбирают исходя из функционального назначения индикатора, требований к точности и скорости считывания, а также внешних условий деятельности оператора.

По конструкции стрелочные контрольно-измерительные приборы подразделяют на 3 группы:

1) с подвижным указателем и неподвижной шкалой;

2) с подвижной шкалой и неподвижным указателем;

3) типа "открытое окно" – подвижная шкала скрыта от наблюдателя, за исключением текущего значения, появляющегося в "окне".

Чаще используют приборы, имеющие неподвижную шкалу и подвижную стрелку. Однако если информация представлена в виде числового значения, то движущаяся шкала, деления которой появляются в открытом окне, обеспечит возможность более быстрого считывания. Не применяют приборы, у которых подвижна и шкала, и стрелка, т.к. это может привести к ошибкам при считывании показателей.

Характеристики шкалы. По форме шкалы стрелочные контрольно-измерительные приборы подразделяют:

1) на секторные (размах шкалы до 180 градусов);

2) на круговые (размах шкалы более 180 градусов);

3) на прямолинейные (вертикальные и горизонтальные).

Лучшей читаемостью обладают круговые и секторные шкалы, это обусловливается большей экономичностью маршрутов движения глаз, по сравнению с другими видами шкал. Кроме того, круговые и секторные шкалы выгодны и тем, что максимальная длина шкалы размещается на небольшом пространстве (это делает прибор более компактным), а вращательные перемещения стрелки облегчают считывание показаний. Приборы с вертикальной шкалой применяют, если числовое изменение измеряемой величины сопоставлено с отношениями "больше – меньше" или "вверх – вниз". В этом случае дополнительная ассоциация между высотой положения стрелки и величиной параметра облегчает восприятие показаний прибора.

В стрелочных контрольно-измерительных приборах стараются применять равномерные шкалы. Применение неравномерных шкал допускается в отдельных строго обоснованных случаях. При применении многошкальных приборов модуль, по которому производится разбиение шкал, и тип числовых отметок един для всех числовых отметок.

Расположение отметок. Ориентирование числовых отметок производят в соответствии с типом прибора:

1) на неподвижной шкале цифры отсчета располагаются вертикально с возрастанием:

– по часовой стрелке – для круговых и секторных шкал;

– слева-направо – для прямолинейных горизонтальных шкал;

– снизу-вверх – для прямолинейных вертикальных шкал;

2) на подвижной шкале цифры отсчета ориентируются так, чтобы при приближении к неподвижному указателю цифр отсчета они располагались вертикально. Направление возрастания чисел отсчета зависит от функционального назначения подаваемой информации:

– в случае количественного считывания – аналогично неподвижной шкале;

– в случае качественного считывания – в противоположную сторону.

Нулевое положение и исходную точку шкалы располагают в том месте шкалы, где это удобно, за исключением шкалы минут на циферблате часов, на которой точка 0 (60) мин всегда должна быть наверху.

Величина наименьшего деления шкалы. При разбивке интервал между отметками С равен 1, 2 или 5 единицам измеряемой величины или любой её десятичный эквивалент (т.е. 0,01, 0,1, 1, 10 или 0,002, 0,02, 0,2 или 2 и т.д.). Наименьший отмеченный интервал не должен превышать величину вероятной ошибки прибора, выраженной величиной показания шкалы.

Оцифровке подвергают либо каждое 2-е деление, либо каждое
5-е, либо каждое 10-е деление, в этом случае достигается наибольшая точность и скорость считывания показаний.

Оптимальное значение основного интервала при дистанции наблюдения 750 мм лежит в пределах от 12,5 до 18 мм.

Характеристики стрелки. Стрелку (указатель) делают по цвету контрастной циферблату, т.е. обычно одного цвета со шкалой. Она размещается так, чтобы не закрывать оцифровку. По форме конец стрелки обычно имеет простую клиновидную форму. Толщина рабочей части стрелки делается не более ширины отметки С шкалы. Кроме того, оператор быстрее и точнее ориентируется в показаниях приборов, если кончик стрелки не касается отметок шкалы, а находится на некотором расстоянии от них, но не более 1,6 мм.

Показатели пространственного различения. К линейным размерам шкалы относят:

1) высоту и ширину отметок А, В и С;

2) высоту, ширину цифр и толщину обводки;

3) деления шкалы.

Оптимальная ширина отметок для малых стрелочных контрольно-измерительных приборов равна от 0,8 до 1,0 мм, для больших – от 1,2 до 1,5 мм. Отметки А обычно в 2-4 раза толще и в 2-2,5 раза длиннее остальных отметок. Отношение ширины мелких штрихов к их высоте – от 1/4 до 1/6. Для букв рекомендуют высоту от 2,38 до 4,75 мм. Ширина штриха черных цифр и букв на белом фоне должна составлять около 1/6 их высоты. Ширина штриха белых цифр и букв на черном фоне должна быть около 1/7 – 1/8 их высоты. Оптимальное соотношение высоты и ширины самой цифры или буквы составляет примерно 3/2.

Угловые размеры элементов шкалы зависят от линейных размеров элементов шкалы и дистанции наблюдения.

Дистанция наблюдения – это расстояние от циферблата прибора до глаз оператора.

Минимально допустимые значения угловых размеров элементов шкалы даны в табл. 4.1

Таблица 4.1