Основы измерительной техники - ABCD42.RU

Основы измерительной техники

Основы измерительной техники

1 Основы метрологии: основные понятия и определения, виды и методы измерений, погрешности измерений, измерительных приборов

2 Системы и средства измерений

1 Основы метрологии: основные понятия и определения, виды и методы измерений, погрешности измерений, измерительных приборов

Метрология — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точ­ности.

Метрология определяет измерение как нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Измерить какую-либо физическую вели­чину — значит сравнить ее с другой однородной величиной (ме­рой), принятой за единицу измерения.

Измерения могут быть прямыми и косвенными.

Прямыми измерениями называются такие, при которых зна­чение измеряемой величины определяется непосредственно из опытных данных (измерение температуры термометром, измерение длины с помощью линейки и т. п.).

Косвенными измеренияминазываются такие измерения, при которых изме­ряемая величина определяется на основании известной зависи­мости между этой величиной и величинами, подвергаемыми пря­мым измерениям. Примеры косвенного измерения: определение плотности однородного тела по его массе и геометрическим раз­мерам; величины удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения и т. п. Косвенные измерения широко применяются при контроле производственных процессов, когда прямые измерения невозможны.

Измерение любой физической величины требует прежде всего установления единиц измерения. Такие единицы устанавливаются государственными стандартами.

Применение этих единиц является обязательным и подлежит государственному контролю.

Единицы физических величин делятся на основные, производ­ные, когерентные, кратные и дольные.

Основные единицы устанавливаются произвольно, независимо от других единиц. К числу основных единиц относятся, например, метр, секунда, ампер и т. п. Главное условие выбора основных единиц—возможность точного их воспроизведения. Производная единица — единица производной физической ве­личины, образуемая по определяющему эту единицу уравнению из других единиц данной системы единиц. Например, 1 м/с — единица скорости системы СИ. Когерентная единица — производная единица, связанная с другими единицами системы уравнением, в котором числовой коэффициент принят равным единице. Кратные единицы равны целому числу основных или произ­водных единиц; дольные единицы составляют определенную долю основной или производной единицы. Кратные и дольные единицы обра­зуются путем умножения или деления основной или производной единицы на определенную степень числа 10. При этом к наимено­ванию основной или производной единицы прибавляется соответ­ствующая приставка. Совокупность основных и производных единиц, охватывающая все или только некоторые области измерения (механические, электрические и другие измерения), называется системой единиц физических величин.

В октябре 1960 г. XI Генеральной конференцией по мерам и весам принята Международная система единиц (СИ).

Эта си­стема единиц является единой универсальной системой, охваты­вающей все отрасли науки, техники и народного хозяйства; этой системой воедино связаны механические, тепловые, электри­ческие, магнитные и другие величины.

Таблица 1 — Основные единицы системы СИ

Наименование величины Единицы измерения Сокращенное обозначение
русское международное
Длина метр м m
Масса килограмм кг kg
Время секунда с S
Сила электрического тока ампер А A
Термодинамическая температура Кельвин К K
Сила света канделла кд cd
Количество вещества моль моль mol

Таблица 2 — Производные единицы системы СИ

Наименование физической величины Название единицы Сокращенное обозначение Выражение производной единицы через другие единицы СИ
Частота герц Гц с -1
Сила ньютон Н м·кг·с -2
Работа, энергия, количество теплоты джоуль Дж Н м
Мощность ватт Вт Дж/с
Количество электричества кулон Кл А с
Электрическое напряжение вольт В Вт/А
Электрическое сопротивление ом Ом В/А
Электрическая проводимость Сименс См А/В
Электрическая емкость фарада Ф Кл/В
Поток магнитной индукции Вебер Вб В·с
Магнитная индукция тесла Т Вб/м 2
Индуктивность генри Г Вб/А
Напряженность электрического поля вольт на метр В/м В/м
Напряженность магнитного поля ампер на метр А/м А/м

Таблица 3 — Кратные и дольные единицы

Наименование приставок Отношение к главной единице Обозначение Наименование приставок Отношение к главной единице Обозначение
Тера 10 12 Т Санти 10 -2 с
Гига 10 9 Г Милли 10 -3 м
Мега 10 6 М Микро 10 -6 мк
Кило 10 3 к Нано 10 -9 н
Гекто 10 2 г Пико 10 -12 п
Дека да Фемто 10 -15 ф
Деци 10 1 д Атто 10 -18 а

Качество измерений, а так же передача информации характеризуется размером допущенных погрешностей.

Погрешность – оценка отклонения результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

В практике измерений принято выделять абсолютную и относительную погрешность.

Абсолютная погрешность измерения Δx равна разности между результатом измерения хи и истинным значением измеряемой величины х:

Относительная погрешность измерения δпредставляет собой отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины:

В измерительной технике используется также понятие приведенной погрешности:

,

где хк – постоянная величина разности конечных значений пределов измерения.

Важной характеристикой измерительных приборов систем автоматики является класс точности. Класс точности определяется на основании приведенной погрешности. Класс точности средств измерений — обобщенная характеристика, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средств измерения. Классы точности измерительных приборов устанавливаются ГОСТом и указываются на их шкалах цифрами в кружочек. У приборов с определенным классом точности основная приведенная погрешность в рабочем диапазоне шкалы в процентах не должна превышать значения, соответствующего классу точности, выбранному из ряда чисел <1*10 n ; 1,5*10 n ; 2*10 n ;2,5*10 n ; 4*10 n ; 5*10 n ;6*10 n ; здесь n=1;0;-1;-2;-3; …>. Класс точности средств измерений характе­ризует их точностные свойства, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этих средств. Например, класс точности вольтметра характеризует пределы допускаемой основной погрешности и допускаемых изме­нений показаний, вызываемых внешним магнитным полем и откло­нением от нормальных значений температуры, частоты перемен­ного тока и некоторых других влияющих факторов.

Вариацией называется наибольшая полученная эксперимен­тально разность между показаниями измерительного прибора, соответствующими одному и тому же действительному значению измеряемой величины при одинаковых условиях измерения. Вариации вызываются трением в механизме прибора, зазорами (люфтами) в кинематических парах, гистерезисом, упругим после­действием чувствительных элементов прибора и т. п. Вариация технических измерительных приборов определяется как наибольшая разность показаний прибора при поверке, полу­ченная при прямом и обратном ходе, при одном и том же действи­тельном значении измеряемой величины.

Вариации выражаются в процентах от максимального значе­ния шкалы прибора и должны быть меньше основной погрешности прибора:

где DN —максимальная разность показаний прибора;

Nmах и Nmin — соответственно верхнее и нижнее предельные значения шкалы прибора.

Результаты измерения можно использовать лишь в том случае, когда известна погрешность или степень достоверности этого измерения. Следует помнить, что никакое измерение не может быть выполнено абсолютно точно; его результат всегда содержит некоторую ошибку. В задачу измерений входит не только измерение контролируемой величины, но и оценка допущенной при измерении погрешности.

Материаловед

Основы технических измерений

Основные определения

Для того, чтобы определить, какой размер получился после обработки детали соответствует ли он требованиям чертежа, необходимо измерить эту деталь.

Измерения изучаются наукой – метрологией.

Метрология (состоит из двух греческих слов: µετρον — мера и λογοξ — учение, что буквально можно перевести, как «учение о мерах») – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Основные задачи метрологии:

— разработка общей теории измерений единиц физических величин и их систем,

— разработка методов и средств измерений, методов определения точности измерений, основ обеспечения единства и единообразия средств измерений, эталонов и образцовых средств измерений, методов передачи размеров единиц от эталонов и образцовых средств измерений к рабочим средствам измерений.

Измерение – это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Средство измерения – это средство, с помощью которого выполняется измерение.

Средства измерения

Средство измерений – это техническое средство, предназначенное для измерений, имеющие нормированные метрологические характеристики, воспроизводящие и (или) хранящие единицу физической величины, размер которой принимается неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.

Классификация средств измерений

  1. По конструктивному исполнению:
  • меры (длины, веса, и т.д.),
  • измерительные приборы,
  • измерительные установки,
  • измерительные системы,
  • измерительные комплексы.
  1. По уровню автоматизации:
  • не автоматизированные,
  • автоматизированные,
  • автоматические.
  1. По уровню стандартизации:
  • стандартизированные,
  • не стандартизированные
  1. По отношению к измеряемой физической величине:
  • основные;
  • вспомогательные.

Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения заданного размера физической величины.

Однозначная мера воспроизводит физическую величину одного размера (например, концевые меры длины, калибры).

Многозначная мера – мера, воспроизводящая физическую величину разных размеров (например, линейка).

Единицами измерения являются:

1) для измерения линейных размеров: метр (м), миллиметр (мм), микрометр (мкм),

2) для измерения угловых размеров: градус, угловая минута, угловая секунда.

Измерительные приборы — это средства измерения, предназначенные для получения значений измеряемой величины в установленном диапазоне.

Приборы содержат устройство для преобразования измеряемой величины в сигнал измерительной информации и его индикацию в форме доступной для восприятия. Устройство для индикации имеет шкалу со стрелкой, с помощью которой отсчитывается значение измеряемой величины.

Приборы могут быть показывающие (штангенциркуль, микрометр, волбтметр), аналоговые (ртутный термометр), цифровые, регистрирующие (предусмотрена регистрация показаний, могут быть самопишущие и печатающие), и т.д.

Измерительная установка – это совокупность измерительных мер, измерительных приборов и др. устройств, которые предназначены для измерения одной или нескольких величин, расположенных в одном месте.

Измерительная система – это совокупность мер, приборов, ЭВМ и др. средств размещенных в разных точках контролируемого объекта с целью измерения одной или нескольких величин, свойственных данному объекту.

Измерительный комплекс – это совокупность средств измерений, компьютера и других устройств предназначенных для выполнения конкретной измерительной задачи.

Параметры и характеристики средств измерения

Шкала – ряд отметок (штрихов или точек) и проставленных около них чисел.

Цена деления шкалы – это разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Наиболее распространена следующая цена делений: 0,01; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 5; реже: 0,005.

Отсчет – число, отсчитанное по отсчетному устройству средства измерения.

Показание средства измерений – это значение измеряемой величины , определяемое по отсчетному устройству и выраженное в принятом для этого устройства единицах измерения. Показание равно произведению числа отсчитанных делений шкалы на цену деления данной шкалы.

Диапазон показаний – это область значений шкалы ограниченная начальным и конечным значением этой шкалы.

Читайте также  Электричество в живых организмах

Диапазон измерений – это область значений измеряемой величины, для которой нормирована погрешность данного средства измерения.

Дискретность отсчета (при цифровой индикации) – это наименьшая разность показаний младшего разряда цифровой индикации данного средства измерений (например 25,3 мм по показаниям штангенциркуля)

Предел измерения – это наибольшее и наименьшее значение диапазона измерений.

Результат измерения – значение величины, которое выявлено измерением.

Длина (интервал) деления шкалы – это расстояние между серединами двух соседних отметок шкалы (например, 0,5 мм и 1 мм).

Виды измерений

Прямое измерение – это измерение, при котором значение измеряемой величины определяется непосредственно по результатам измерения (например, измерение линейкой, штангенциркулем).

Косвенное измерение – это измерение, при котором искомое значение величины определяется пересчетом результата прямого измерения, связанное с искомым результатом известной зависимостью.

Контактное измерение – это метод, основанный на том, что чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения (например, измерение индикатором, контроль температуры термометром).

Бесконтактное измерение — это метод, основанный на том, что чувствительный элемент прибора не приводится в контакт с объектом измерения (например, измерение элементов резьбы на микроскопе, измерение температуры пирометром).

Средства измерений

Технические устройства (системы) с измерительными функциями

Технические устройства (системы) с измерительными функциями (ТСУИФ), в отличие от СИ, используют измертельные функции лишь с целью выполнения своей основной задачи, а не в качестве главного предназначения. Так, измерение физических величин какого-либо объекта или процесса бывает необходимо для осуществления контроля и управления последними, статистического учета, диагностики, блокирования недопустимых действий оператора и т. д. Подобные ТСУИФ обеспечивают автоматическое регулирование режимов работы подконтрольных объектов в зависимости от изменения внешних и внутренних параметров. К ним можно причислить системы поддержания постоянной нагрузки на теплоэлектростанциях и других энергетических объектах, аппаратуру контроля параметров и отбраковки готовых изделий (комплектующих) на автоматизированном конвейерном производстве, системы поддержания заданной температуры в холодильных камерах, климат-контроль и т.д. В этом случае решение измерительной задачи является обязательным условием выполнения ТСУИФ своего основного предназначения.

В ТСУИФ измерительные функции иногда реализуются параллельно с основным назначением устройства, как вспомогательная, но обязательная задача. Так, установка встроенного динамометра в шкив-блок подъемно-транспортного оборудования с целью контроля фактического усилия на гаке хоть и превращает его в ТСУИФ, но не влечет за собой дисфункцию базового устройства при выходе из строя, либо отключения измерительного модуля в том, разумеется, случае, когда не предусмотрена его блокировка в целях безопасности.

Технические устройства с измерительными функциями не следует путать с индикаторами, которые предназначены для выявления того или иного фактора, превосходящего, либо не достигающего в количественном отношении некого порогового значения, с целью отображения в доступной форме, либо воздействия на контролируемый объект, но не рассчитанные на измерение каких-либо характерных для него физических величин с заданной точностью. В качестве примера можно привести некоторые виды релейных систем, в частности систем безопасности, термо и иные простейшие регуляторы, применяемые в бытовой технике, различные предохранительные устройства, в том числе выполненные на базе разрушающихся элементов и т. д. Тем не менее, критерий этот достаточно условен. Так, некоторые виды универсальных технических средств, с помощью которых контролируются параметры рабочего процесса тепловых двигателей, с равным основанием могут быть отнесены как к СИ, так и к индикаторам, в зависимости от конкретного объекта, на котором он используется, а также ряда иных факторов.

Огромное разнообразие конструктивных решений технических устройств с измерительными функциями, реализованными в той или иной форме, значительно усложняет задачу как по их классификации, так и в части собственно причисления конкретных изделий и систем к категории ТСУИФ. Практически единственным критерием оценки в этом случае является следующая формулировка: «. измерения, которые выполняются рассматриваемыми техническими средствами, характеризуются или могут быть характеризованы показателями точности измерений». С другой стороны, решение может быть принято на основе сравнения имеющегося образца с его близким аналогом, включенным в Государственный реестр средств измерения.

Согласно ст. 10 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений» п.2 «. порядок отнесения технических средств к техническим системам и устройствам с измерительными функциями устанавливается федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по выработке государственной политики и нормативно-правовому регулированию в области обеспечения единства измерений», а именно Ростехрегулированием. Решение принимается по выводам технической экспертизы на основании заявки федерального органа, предприятия, либо юридического или физического. В случае положительного решения и причисления изделия к ТСУИФ на него автоматически распространяются положения ГОСТ Р 8.674-2009 «Общие требования к средствам измерений и системам и устройствам с измерительными функциями». Следует отметить, что этот документ, несмотря на некоторые различия требований, предъявляемых к СИ и ТСУИФ, в целом уравнивает их. Так, идентичны общие положения, а также технические и метрологические требования (разд 4, 5, 6), за исключением пункта 6.6 «Индикация результата измерений», в котором требования к СИ обозначаются отдельно. Разнятся в этой части и условия раздела 7 «Требования правового характера». Так, из пункта 7.1 следует, что: «Формы оценки соответствия ТСУИФ обязательным требованиям при выполнении ими измерений, отнесенных к сфере государственного регулирования в области обеспечения единства измерений, устанавливаются законодательством Российской Федерации о техническом регулировании». Можно понять, что данная формулировка прямо говорит опять таки о ст. 10 в 102-ФЗ с последующей переадресацией в сферу компетенций Ростехрегулирования. Отсюда следует вывод о возможности принятии решения исключительно по результатам все той же экспертизы.

Вместе с тем, специфика той или иной отрасли, в том числе относительно испытаний и поверки ТСУИФ может быть выражена нормативными документами в форме ведомственных инструкций, рекомендаций и других видов нормативной документации, при условии соответствия их 102-ФЗ, ГОСТ Р 8.674-2009 и т.д. К примеру, подобная практика имеет место в ОАО «РЖД», где действует особый порядок, установленный Методическими указаниями «Порядок метрологического обеспечения технических систем и устройств с измерительными функциями». Так, в качестве критерия, достаточного для предъявления к конкретным ТСУИФ требований, действующим в отношении СИ аналогичного назначения, признается наличие в технических системах функционально законченных блоков, модулей или каналов, выполняющих измерительные функции.

С другой стороны, четко обозначается, что «. СИ в составе ТСУИФ, предназначенные для применения в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, должны проходить в установленном законодательством порядке процедуру испытаний в целях утверждения типа, а также процедуру поверки». Такой порядок учета ведомственной специфики в сочетании с требованиями существующей нормативно-правовой базы представляется весьма рациональным.

Подобный нормативный документ, действующий в сфере разработки и эксплуатации средств робототехники, признает основным критерием для причисления технического устройства к категории ТСУИФ «. преобладающее значение информации, получаемой в процессе измерения, для непосредственного управления объектом, в составе которого находится данный блок или система». При этом указывается, что любое устройство, обладающее измерительными функциями «. может (а при наличии специальных требований – обязаны. Прим. автора) иметь функциональный блок или модуль, предназначенный для отображения, либо фиксирования и дальнейшей обработки данных, полученных в результате измерения». В частности, такие требования предъявляются к измерительно-аналитическому модулю системы управления робототехнического комплекса, предназначенного для дезактивации объектов энергетики. Здесь данные об интенсивности и составе радиационного излучения, необходимые в первую очередь для автоматического регулирования процесса очистки и управления режимом движения робота, отображаются на пульте оператора и параллельно фиксируются в оперативной памяти АСУ.

В целом, с учетом сказанного выше, представляется рациональной систематизация критериев соотнесения технических устройств к СИ, либо ТСУИФ именно в свете анализа главных функций того объекта, в составе которого они функционируют. Структура же и конструктивно-технические признаки рассматриваемого устройства (системы) если и должны приниматься во внимание, то исключительно в качестве косвенных доводов. Признаки развития ситуации в этом направлении уже имеются. К примеру, подобное распределение, хотя и пока еще поэлементное, уже существует в сфере вычислительной техники, связи, теле и радиовещания, где измерительные функции в значительном объеме реализуются посредством специализированного программно-аппаратного обеспечения.

ВВЕДЕНИЕ В ИЗМЕРИТЕЛЬНУЮ ТЕХНИКУ

РЕФЕРАТ

На тему: Автоматизированные измерительные и диагностические комплексы, системы

И технические устройства.

Подготовил: студент группы ГЭ-21

Принял: преп. Агафонова Н. В.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение в измерительную технику

· Роль и значение измерительной техники. История развития

· Основные понятия и определения

2. Измерительные информационные системы.

· Общая классификация измерительных информационных систем

· Классификация ИИС по функциональному назначению

· Обобщенная структура ИИС

3. Интерфейсы измерительных информационных систем.

· Общие понятия и определения

5. Список литературы.

ВВЕДЕНИЕ В ИЗМЕРИТЕЛЬНУЮ ТЕХНИКУ

Роль и значение измерительной техники. История развития

Измерительная техника — один из важнейших факторов ускорения научно-технического прогресса практически во всех отраслях народного хозяйства.

При описании явлений и процессов, а также свойств материальных тел используются различные физические величины, число которых дости­гает нескольких тысяч: электрические, магнитные, пространственные и временные; механические, акустические, оптические, химические, био­логические и др. При этом указанные величины отличаются не только ка­чественно, но и количественно и оцениваются различными числовыми значениями.

Установление числового значения физической величины осуществля­ется путем измерения. Результатом измерения является количественная характеристика в виде именованного числа с одновременной оценкой степени приближения полученного значения измеряемой величины к ис­тинному значению физической величины. Укажем, что нахождение чис­лового значения измеряемой величины возможно лишь опытным путем, т. е. в процессе физического эксперимента.

При реализации любого процесса измерения необходимы техничес­кие средства, осуществляющие восприятие, преобразование и представ­ление числового значения физических величин.

На практике при измерении физических величин применяются элект­рические методы и неэлектрические (например, пневматические, меха­нические, химические и др.).

Электрические методы измерений получили наиболее широкое рас­пространение, так как с их помощью достаточно просто осуществлять пре­образование, передачу, обработку, хранение, представление и ввод измери­тельной информации в ЭВМ.

Технические средства и различные методы измерений составляют основу измерительной техники. Любой производственный процесс харак­теризуется большим числом параметров, изменяющихся в широких преде­лах. Для поддержания требуемого режима технологической установки необходимо измерение указанных параметров. При этом, чем достовернее осуществляется измерение технологических параметров, тем лучше ка­чество целевого выходного продукта. Современные предприятия, напри­мер нефтехимического профиля с непрерывным характером производ­ства, для поддержания качества выпускаемой продукции используют измерение различных физических параметров, таких, как температура, объемный и массовый расход веществ, давление, уровень и количество вещества, время, состав вещества (плотность, влажность, содержание ме­ханических примесей и др.), напряжение, сила тока, скорость и др. При этом число требуемых для измерения параметров достигает нескольких тысяч. Например, в атомной энергетике число требуемых для измерения параметров процессов достигает десятков тысяч.

Читайте также  Отечт по производственной практике в ОАО Джанкойский элеватор

Получение и обработка измерительной информации предназначены не только для достижения требуемого качества продукции, но и органи­зации производства, учета и составления баланса количества вещества и энергии. В настоящее время важной областью применения измерительной техники является автоматизация научно-технических экспериментов. Для повышения экономичности проектируемых объектов, механизмов и машин большое значение имеют экспериментальные исследования, прово­димые на их физических моделях. При этом задача получения и обработки измерительной информации усложняется настолько, что ее эффективное решение становится возможным лишь на основе применения специализи­рованных измерительно-вычислительных средств.

Роль измерительной техники подчеркнул великий русский ученый Д.И. Менделеев: «Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. «.

Измерительная техника начала свое развитие с 40-х годов XVIII в. и характеризуется последовательным переходом от показывающих (се­редина и вторая половина XIX в.), аналоговых самопишущих (конец XIX — начало XX в.), автоматических и цифровых приборов (середина XX в. — 50-е годы) к информационно-измерительным системам.

Конец XIX в. характеризовался первыми успехами радиосвязи и радио­электроники. Ее развитие привело к необходимости создания средств из­мерительной техники нового типа, рассчитанных на малые входные сигна­лы, высокие частоты и высокоомные входы. В этих новых средствах изме­рительной техники использовались радиоэлектронные компоненты -выпрямители, усилители, модуляторы и генераторы (ламповые, транзис­торные, на микросхемах), электронно-лучевые трубки (при построении осциллографов) и др.

Таким образом, расширение номенклатуры и качественных показате­лей средств измерительной техники неразрывно связано с достижениями радиоэлектроники. Одним из современных направлений развития изме­рительной техники, базирующейся на достижениях радиоэлектроники, являются цифровые приборы с дискретной формой представления инфор­мации. Такая форма представления результатов оказалась удобной для преобразования, передачи, обработки и хранения информации. Развитие дискретных средств измерительной техники в настоящее время привело к созданию цифровых вольтметров постоянного тока, погрешность пока­заний которых ниже 0,0001 %, а быстродействие преобразователей напря­жение — код достигает нескольких миллиардов измерений в секунду; верхний предел измерения современных цифровых частотомеров достиг гигагерца; цифровые измерители временного интервала имеют нижний предел измерения до долей пикосекунды; электрические токи измеря­ются в диапазоне от 10

16 до 105 А, а длины — в диапазоне от 10

12 (раз­мер атомов) до 3,086 • 1016 м

Широкие возможности открылись перед измерительной техникой в связи с появлением микропроцессоров (МП) и микроЭВМ. Благода­ря им значительно расширились области применения средств измеритель­ной техники, улучшились их технические характеристики, повысились надежность и быстродействие, открылись пути реализации задач, кото­рые ранее не могли быть решены.

По широте и эффективности применения МП одно из первых мест занимает измерительная техника, причем все более широко применяются МП в системах управления. Трудно переоценить значение МП и микроЭВМ при создании автоматизированных средств измерений, предназначенных для управления, исследования, контроля и испытаний сложных объектов.

Развитие науки и техники требует постоянного совершенствования средств измерительной техники, роль которой неуклонно возрастает.

Основные понятия и определения

Понятия и определения, используемые в измерительной технике, регламентируются ГОСТ 16263-70.

Измерение-это информационный процесс получения опытным путем численного отношения между данной физической величиной и неко­торым ее значением, принятым за единицу сравнения.

Результат измерения — именованное число, найденное путем измерения физической величины. Результат измерения может быть при­нят как действительное значение измеряемой величины. Одна из основных задач измерения — оценка степени приближения или разности между истинным и действительным значениями измеряемой физической величины — погрешности измерения.

Погрешность измерения — это отклонение результата из­мерения от истинного значения измеряемой величины. Погрешность изме­рения является непосредственной характеристикой точности измерения.

Точность измерения — степень близости результата измере­ния к истинному значению измеряемой физической величины.

Измерение уменьшает исходную неопределенность значения физичес­кой величины до уровня неизбежной остаточной неопределенности, опре­деляемой погрешностью измерения.

Значение погрешности измерения зависит от совершенства техничес­ких устройств, способа их использования и условий проведения экспери­мента.

Принцип измерения — это физическое явление или совокупность физи­ческих явлений, положенных в основу измерения. Примером может слу­жить измерение температуры с использованием термоэффекта и другие физические явления, используемые для проведения эксперимента, кото­рые должны быть выбраны с учетом получения требуемой точности изме­рения.

Измерительный эксперимент — это научно обоснованный опыт для получения количественной информации с требуемой или возможной точностью определения результата измерений. Проведение измерительного эксперимента предполагает наличие технических устройств, которые могут обеспечить заданную точность получения результата. Технические устрой­ства, участвующие в эксперименте, заранее нормируются по показателям точности и относятся к средствам измерений.

Средство измерений — это техническое устройство, используемое в измерительном эксперименте и имеющее нормированные характерис­тики точности.

Количественная информация, полученная путем измерения, представ­ляет собой измерительную информацию.

Измерительная информация — это количественные сведения о свой­стве или свойствах материального объекта, явления или процесса, получае­мые с помощью средств измерений в результате их взаимодействия с объектом.

Количество измерительной информации — это численная мера умень­шения неопределенности количественной оценки свойств объекта.

Взаимодействие объекта исследования и средств измерений в про­цессе эксперимента предполагает наличие сигналов, которые являются носителями информации. Важными носителями информации являются электрический ток, напряжение, импульсы и другие электрические пара­метры.

Измерительный сигнал — сигнал, функционально связанный с изме­ряемой физической величиной с заданной точностью.

Метод измерения — это совокупность приемов использования прин­ципов и средств измерений. Важное значение в измерительной технике имеет единство измерений.

Единство измерений — такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в указанных единицах, а погрешности измерений известны с заданной вероятностью. Единство измерений позволяет срав­нивать результаты различных экспериментов, проведенных в различных условиях, выполненных в разных местах с использованием разных методов и средств измерений. Это достигается путем точного воспроизведения и хранения установленных единиц физической величины и передачи их размеров применяемым средствам измерения.

Перечисленные вопросы составляют предмет метрологии.

Метрология — это учение о мерах, это наука о методах и средствах обеспечения единства измерений и способах достижения требуемой точ­ности. Мера предназначена для воспроизведения физической величины данного размера.

Законодательная метрология — это раздел метрологии, включающий комплексы взаимосвязанных и взаимообусловленных правил, требова­ний и норм, а также другие вопросы, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государства, направленные на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений. В соответствии с изложен­ным характеристики средств измерений, определяющие точность измере­ния с их помощью, называют метрологическими характеристиками средств измерения. Метрологические характеристики обязательно нормируются и в установленном порядке с целью обеспечения единства измерений.

Контроль — процесс установления соответствия между состоянием! (свойством) объекта контроля и заданной нормой. В результате контроля выдается суждение о состоянии объекта.

Измерительная техника

ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА, совокупность технических средств, используемых для определения опытным путём параметров изделий и предметов (например, их размеров, качества поверхности); технологических процессов; характеристик явлений природы и состояния окружающей среды; свойств технических, биологических и других объектов.

Историческая справка. Измерительные средства использовались с глубокой древности в связи с необходимостью непосредственно получать сведения о количестве продаваемого либо получаемого в результате обмена товара, оценки результатов производства и др. За несколько тысяч лет до нашей эры для определения массы (веса) пользовались простейшими весами, приспособлениями для измерения площадей, длин, объёма. На смену солнечным и водяным часам позднее пришли механические часы, и другие приборы для более точного определения времени. Развитие ремёсел и необходимость учёта больших периодов времени привели к разработке календаря. Задачи, решаемые астрономией, геодезией, развитие кораблевождения и строительства способствовали созданию различных измерительных устройств (например, средств для определения углов, расстояний, высот). Понятиями измерительной техники пользовались средневековые математики, закладывая основы геометрии, тригонометрии и др. В 16-18 веках совершенствование измерений шло параллельно с развитием математики, физики и других естественных наук, экспериментальная часть которых, в свою очередь, опиралась на разрабатываемые новые измерительные средства. К этому периоду относится изобретение барометра, микроскопа, термометра. В конце 18 — начале 19 века в связи с развитием машиностроения, созданием обрабатывающих инструментов, машин и станков появилась необходимость в разработке контрольно-измерительных инструментов. Увеличение объёмов производства требовало создания измерительных средств, предназначенных для воспроизведения нескольких значений физической величины (величин). На определённом этапе для решения измерительных задач началось теоретическое и методическое обобщение накопленных результатов и определение перспектив дальнейшего развития, что привело к появлению науки об измерениях — метрологии.

Реклама

Технические средства измерения. Для измерений служат специальные технические средства, имеющие нормированные метрологические характеристики, воспроизводящие и/или хранящие единицу физической величины, размер которой принимается неизменным (в пределах установленной погрешности измерений) в течение известного интервала времени. К основным видам средств измерений относятся: измерительные приборы, меры, измерительные преобразователи. В прибор на входное устройство поступает измеряемая величина, а выводится результат измерения на устройства отображения (стрелочные или цифровые, например, в весах, микрометрах, термометрах, вольтметрах). Меры служат для воспроизведения одного и/или нескольких значений некоторой физической величины, например набор гирь, рулетка, концевые меры длины, магазин сопротивлений, генератор сигналов и др. В измерительных преобразователях полученные физические величины преобразуются в величину, удобную для снятия показаний, например в механическое перемещение (в упругих элементах машин, динамометрах, термопарах, тензорезисторах и др.). Объединение средств измерения и других технических средств позволяет создавать измерительные системы для решения конкретных измерительных задач. Такие системы также расширяют возможности использования полученных данных, могут выдавать окончательный результат при измерении нескольких параметров (например, при объединении весов и средства измерения линейных размеров можно получать за одно измерение значение плотности вещества). Как самостоятельный подвид измерительных систем можно выделить измерительные информационные системы. Характерная особенность таких систем — обязательное наличие вычислительных устройств, используемых для сбора, обработки, отображения и хранения больших массивов информации, что невозможно при использовании других измерительных средств. К техническим средствам измерительной техники относятся также некоторые вспомогательные средства: устройства сравнения — компараторы (в том числе рычажные весы); источники питания энергией; устройства базирования (например, измерительные стойки, плиты) и др.

Читайте также  Экологическая этика и экологический гуманизм

До середины 20 века измерительные средства, как правило, показывали результаты измерения, воспринимаемые только непосредственно человеком. Во многих современных средствах измерения используются устройства для автоматической регистрации и математической обработки результатов измерения и передачи их на расстояние или для автоматического управления какими-либо процессами, что оказывает существенное влияние на организацию технологического процесса производства. Измерение состоит в целенаправленном преобразовании измеряемой величины, наиболее удобной для конкретного использования (восприятия) человеком или машиной. Например, для многих автоматизированных систем удобно преобразование измеряемых величин в электрические — напряжение, частоту, индуктивность и др. В этом случае для всех последующих операций (передача результатов измерения на расстояние, их регистрация, математическая обработка, использование в системах автоматического управления) может быть применена унифицированная электрическая (электронная) аппаратура. Основные преимущества системных методов — простота регулирования чувствительности и малая инерционность электрических устройств; возможность одновременного измерения нескольких различных по своей природе величин; удобство комплектации конкретной системы из типовых блоков, управляющих машин и измерительных информационных устройств. С помощью электрических измерительных устройств можно измерить как медленно, так и очень быстро изменяющиеся во времени величины, передавать результаты измерений на большие расстояния или преобразовывать их в сигналы для управления контролируемыми процессами, что имеет важнейшее практическое значение как для промышленности, так и для научных исследований.

Основные направления и тенденции развития. Современная измерительная техника имеет ряд направлений в соответствии с областями применения и видами измеряемых величин: линейные и угловые измерения; механические, оптические, акустические, теплофизические, физико-химические измерения; электрические и магнитные измерения; радиоизмерения; измерения частоты и времени; измерения излучений и т.д. В пределах каждого из направлений существуют частные методы измерения физических величин, которые оказываются неодинаковыми при измерении величин различных порядков (например, для определения расстояния от 10 -9 до 10 9 м применяют совершенно разные методы). По характеру и целям решаемых измерительных задач эти направления оказываются практически несвязанными между собой. Неавтоматизированные средства измерений и первичные измерительные преобразователи оказываются специфичными для каждого направления.

Автоматизированные измерительные приборы для различных областей измерительной техники имеют много общего в части элементной базы, методов построения, анализа метрологических характеристик и др. В этой связи наряду с тенденцией разделения измерительной техники на более частные направления существует и противоположная тенденция — объединение различных областей измерительной техники на базе общности исходных позиций, принципов построения структурных схем аппаратуры, а в последнее время также и общности используемых средств измерения.

В измерительной технике существуют области, отличающиеся особым подходом к процессу измерения или имеющие особую цель измерения, независимо от физической природы исследуемого объекта. К таким областям относятся телеизмерения; измерения характеристик случайных процессов; электрические измерения неэлектрических величин (например, электронные весы); исследование динамических систем; аналого-цифровое преобразование для ввода измерительной информации в компьютер и др. Эти области, как правило, динамичны, внутри них происходят изменения, появляются новые методы. Потребность в средствах измерения настолько велика и разнообразна, что наряду с общим приборостроением измерительная техника является не только составной частью практической деятельности и научных исследований, но также и самостоятельным научным направлением, дисциплиной со своей собственной системой понятий, методами анализа, логикой развития, поэтому часто рассматривается как самостоятельная область производства.

Тенденции развития измерений определились во всех областях науки и техники, охватывающих следующие направления: повышение качества средств измерений (уменьшение погрешностей, увеличение быстродействия, повышение надёжности приборов и уменьшение их размеров); создание аппаратуры для измерения величин, прежде не поддававшихся измерению, а также ужесточение условий эксплуатации; повсеместный переход к цифровым методам не только в области измерений электрических величин, но и в других областях. Широкое внедрение в измерительной технике математических средств обработки информации позволяет повысить функциональные возможности и улучшить эргономические свойства средств измерений; ведёт к дальнейшему развитию системного подхода и унификации измерительной аппаратуры и созданию автоматизированных измерительных приборов.

Лит.: Информационно-измерительная техника и электроника / Под редакцией Г. Г. Раннева. М., 2006; Метрология, стандартизация, сертификация и электроизмерительная техника / Под редакцией К. К. Кима. М. [и др.), 2006; Ратхор Т. С. Цифровые измерения. АЦП / ЦАП. М., 2006.

Роль и значение измерительной техники. История развития

ВВЕДЕНИЕ В ИЗМЕРИТЕЛЬНУЮ ТЕХНИКУ

Задачи совместимости и сопряжения модулей прибора или системы, решаемые интерфейсом

Реферат по дисциплине: Метрология, стандартизация и сертификация

Лабораторная работа № 5

Лабораторная работа №4

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕПРЕРЫВНЫХ СИГНАЛОВ

С ПОМОЩЬЮ ОСЦИЛЛОГРАФА………………………………………..24

ИССЛЕДОВАНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ

С ПОМОЩЬЮ ОСЦИЛЛОГРАФА…………………………………………31

Общие требования электробезопасности…………………….38

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ПОГРЕШНОСТЬ КОСВЕННОГО ИЗМЕРЕНИЯ …………………………..58

По теме:

студент гр. ЗАС-510

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение в измерительную технику

· Роль и значение измерительной техники. История развития

· Основные понятия и определения

  1. Измерительные информационные системы.

· Общая классификация измерительных информационных систем

· Классификация ИИС по функциональному назначению

· Обобщенная структура ИИС

  1. Интерфейсы измерительных информационных систем.

· Общие понятия и определения

  1. Заключение.
  2. Список литературы.

Измерительная техника — один из важнейших факторов ускорения научно-технического прогресса практически во всех отраслях народного хозяйства.

При описании явлений и процессов, а также свойств материальных тел используются различные физические величины, число которых дости­гает нескольких тысяч: электрические, магнитные, пространственные и временные; механические, акустические, оптические, химические, био­логические и др. При этом указанные величины отличаются не только ка­чественно, но и количественно и оцениваются различными числовыми значениями.

Установление числового значения физической величины осуществля­ется путем измерения. Результатом измерения является количественная характеристика в виде именованного числа с одновременной оценкой степени приближения полученного значения измеряемой величины к ис­тинному значению физической величины. Укажем, что нахождение чис­лового значения измеряемой величины возможно лишь опытным путем, т. е. в процессе физического эксперимента.

При реализации любого процесса измерения необходимы техничес­кие средства, осуществляющие восприятие, преобразование и представ­ление числового значения физических величин.

На практике при измерении физических величин применяются элект­рические методы и неэлектрические (например, пневматические, меха­нические, химические и др.).

Электрические методы измерений получили наиболее широкое рас­пространение, так как с их помощью достаточно просто осуществлять пре­образование, передачу, обработку, хранение, представление и ввод измери­тельной информации в ЭВМ.

Технические средства и различные методы измерений составляют основу измерительной техники. Любой производственный процесс харак­теризуется большим числом параметров, изменяющихся в широких преде­лах. Для поддержания требуемого режима технологической установки необходимо измерение указанных параметров. При этом, чем достовернее осуществляется измерение технологических параметров, тем лучше ка­чество целевого выходного продукта. Современные предприятия, напри­мер нефтехимического профиля с непрерывным характером производ­ства, для поддержания качества выпускаемой продукции используют измерение различных физических параметров, таких, как температура, объемный и массовый расход веществ, давление, уровень и количество вещества, время, состав вещества (плотность, влажность, содержание ме­ханических примесей и др.), напряжение, сила тока, скорость и др. При этом число требуемых для измерения параметров достигает нескольких тысяч. Например, в атомной энергетике число требуемых для измерения параметров процессов достигает десятков тысяч.

Получение и обработка измерительной информации предназначены не только для достижения требуемого качества продукции, но и органи­зации производства, учета и составления баланса количества вещества и энергии. В настоящее время важной областью применения измерительной техники является автоматизация научно-технических экспериментов. Для повышения экономичности проектируемых объектов, механизмов и машин большое значение имеют экспериментальные исследования, прово­димые на их физических моделях. При этом задача получения и обработки измерительной информации усложняется настолько, что ее эффективное решение становится возможным лишь на основе применения специализи­рованных измерительно-вычислительных средств.

Роль измерительной техники подчеркнул великий русский ученый Д.И. Менделеев: «Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. «.

Измерительная техника начала свое развитие с 40-х годов XVIII в. и характеризуется последовательным переходом от показывающих (се­редина и вторая половина XIX в.), аналоговых самопишущих (конец XIX — начало XX в.), автоматических и цифровых приборов (середина XX в. — 50-е годы) к информационно-измерительным системам.

Конец XIX в. характеризовался первыми успехами радиосвязи и радио­электроники. Ее развитие привело к необходимости создания средств из­мерительной техники нового типа, рассчитанных на малые входные сигна­лы, высокие частоты и высокоомные входы. В этих новых средствах изме­рительной техники использовались радиоэлектронные компоненты -выпрямители, усилители, модуляторы и генераторы (ламповые, транзис­торные, на микросхемах), электронно-лучевые трубки (при построении осциллографов) и др.

Таким образом, расширение номенклатуры и качественных показате­лей средств измерительной техники неразрывно связано с достижениями радиоэлектроники. Одним из современных направлений развития изме­рительной техники, базирующейся на достижениях радиоэлектроники, являются цифровые приборы с дискретной формой представления инфор­мации. Такая форма представления результатов оказалась удобной для преобразования, передачи, обработки и хранения информации. Развитие дискретных средств измерительной техники в настоящее время привело к созданию цифровых вольтметров постоянного тока, погрешность пока­заний которых ниже 0,0001 %, а быстродействие преобразователей напря­жение — код достигает нескольких миллиардов измерений в секунду; верхний предел измерения современных цифровых частотомеров достиг гигагерца; цифровые измерители временного интервала имеют нижний предел измерения до долей пикосекунды; электрические токи измеря­ются в диапазоне от 10

16 до 105 А, а длины — в диапазоне от 10

12 (раз­мер атомов) до 3,086 • 1016 м

Широкие возможности открылись перед измерительной техникой в связи с появлением микропроцессоров (МП) и микроЭВМ. Благода­ря им значительно расширились области применения средств измеритель­ной техники, улучшились их технические характеристики, повысились надежность и быстродействие, открылись пути реализации задач, кото­рые ранее не могли быть решены.

По широте и эффективности применения МП одно из первых мест занимает измерительная техника, причем все более широко применяются МП в системах управления. Трудно переоценить значение МП и микроЭВМ при создании автоматизированных средств измерений, предназначенных для управления, исследования, контроля и испытаний сложных объектов.

Развитие науки и техники требует постоянного совершенствования средств измерительной техники, роль которой неуклонно возрастает.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: