Izmeritelnye_preobrazovateli_Mironov

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

29.05.2015

Размер:

3.73 Mб

Скачать

☆

1 / 471 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ

имени первого Президента России Б. Н. Ельцина»

Э.Г. Миронов

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

Учебное пособие

Учебное электронное текстовое издание Подготовлено кафедрой автоматики и информационных технологий

Научный редактор: доц., канд. техн. наук В.И. Паутов

В учебном пособии приводятся основные положения по теории и практике метрологического обеспечения технических измерений. Рассматриваются методы и средства, используемые для измерения физических величин, в том числе датчики, измерительные схемы, электроизмерительные приборы. Дается обширное приложение и детальный перечень литературных источников по рассматриваемым вопросам.

Предназначено для студентов всех форм обучения специальностей: 230101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» (ВМКСС); 230102 «Автоматизированные системы обработки информации и управления» (АСУ); 280101 «Безопасность жизнедеятельности в техносфере» (БЖТ); 280103 «Защита в чрезвычайных ситуациях» (ЗЧС); 280104 «Пожарная безопасность» (ПБ).

2009

СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие.....................................................................................................................	9
Основы метрологии.......................................................................................................	11
1.1. Краткий исторический обзор.............................................................................	11
1.2. Термины и определения.....................................................................................	14
1.3. Задачи метрологии..............................................................................................	18
1.4. Международная система единиц.......................................................................	22
1.4.1. Общие положения.....................................................................................	22
1.4.2. Основные единицы ...................................................................................	23
1.4.3. Производные единицы..............................................................................	25
1.4.4. Внесистемные единицы............................................................................	27
1.4.5. Кратные и дольные единицы...................................................................	32
1.4.6. Единицы количества информации..........................................................	33
1.4.7. Достоинства Международной системы единиц.....................................	33
2. Основы теории погрешностей..................................................................................	34
2.1. Общие положения...............................................................................................	34
2.2. Нормальный закон распределения....................................................................	38
2.3. Распределение Стьюдента .................................................................................	40
2.4. Распределение χ2.................................................................................................	41
2.5. Классификация погрешностей...........................................................................	43
2.6. Количественные характеристики погрешностей.............................................	46
3. Характеристики средств измерений........................................................................	48
3.1. Общие положения...............................................................................................	48
3.2. Статические характеристики.............................................................................	49
3.3. Динамические характеристики..........................................................................	50
3.4. Универсальные характеристики........................................................................	53
3.5. Характеристики погрешностей .........................................................................	54
3.6. Классы точности .................................................................................................	55
4. Статические погрешности средств измерений.......................................................	60
2

4.1. Общие положения...............................................................................................	60
4.2. Выявление промахов..........................................................................................	62
4.3. Систематические погрешности.........................................................................	65
4.4. Случайные погрешности....................................................................................	67
4.5. Суммарные погрешности...................................................................................	69
4.6. Правила округления............................................................................................	72
4.7. Пример расчета ...................................................................................................	73
5. Доверительные интервалы и погрешности погрешностей...................................	78
5.1. Общие положения...............................................................................................	78
5.2. Погрешность арифметического среднего.........................................................	78
5.3. Погрешность систематической погрешности..................................................	79
5.4. Погрешность среднего квадратического отклонения.....................................	81
5.5. Необходимое число измерений.........................................................................	82
5.6. Пример расчета ...................................................................................................	86
6. Динамические погрешности средств измерений...................................................	90
6.1. Общие положения...............................................................................................	90
6.2. Передаточные функции......................................................................................	92
6.3. Частотные характеристики................................................................................	95
6.4. Пример расчета ...................................................................................................	97
7. Погрешности результатов измерений...................................................................	102
7.1. Погрешности прямых многократных измерений..........................................	102
7.1.1. Порядок оценки.......................................................................................	102
7.1.2. Пример расчета........................................................................................	106
7.2. Погрешности прямых однократных измерений............................................	109
7.2.1. Порядок оценки.......................................................................................	109
7.2.2. Примеры расчета.....................................................................................	112
7.3. Погрешности косвенных измерений...............................................................	116
7.3.1. Порядок оценки погрешностей классическим методом.....................	116
7.3.2. Порядок оценки погрешностей по МИ 2083–90..................................	120
7.3.3. Примеры расчета.....................................................................................	124
3

7.4. Неопределенности измерений.........................................................................	129
8. Измерения физических величин............................................................................	135
8.1. Общие положения.............................................................................................	135
8.2. Датчики..............................................................................................................	137
8.3. Измерительные схемы......................................................................................	139
8.4. Средства измерения электрических величин.................................................	141
9. Построение и применение датчиков .....................................................................	143
9.1. Общие положения.............................................................................................	143
9.2. Классификация датчиков.................................................................................	144
9.3. Параметрические датчики................................................................................	147
9.3.1. Реостатные датчики ................................................................................	147
9.3.2. Датчики контактного сопротивления ...................................................	149
9.3.3. Тензорезисторные датчики ....................................................................	151
9.3.4. Фоторезисторные датчики .....................................................................	155
9.3.5. Терморезисторные датчики....................................................................	157
9.3.6. Индуктивные датчики.............................................................................	160
9.3.7. Емкостные датчики.................................................................................	167
9.4. Генераторные датчики......................................................................................	169
9.4.1. Термоэлектрические датчики ................................................................	169
9.4.2. Пьезоэлектрические датчики.................................................................	175
9.4.3. Индукционные датчики..........................................................................	178
9.4.4. Датчики Холла.........................................................................................	180
9.4.5. Трансформаторные датчики...................................................................	182
9.5. Тенденции развития датчикостроения ...........................................................	186
10. Динамика термочувствительных датчиков ........................................................	188
10.1. Исходные данные............................................................................................	188
10.2. Скачкообразное изменение температуры.....................................................	190
10.3. Линейное изменение температуры ...............................................................	195
11. Мостовые измерительные схемы.........................................................................	199
11.1. Общие положения...........................................................................................	199
4

11.2. Основные соотношения при исследовании чувствительности..................	201
11.3. Основные соотношения при исследовании линейности ............................	203
12. Неравновесные токовые мостовые измерительные схемы...............................	204
12.1. Чувствительность токовых мостовых схем .................................................	204
12.1.1. Общие положения.................................................................................	204
12.1.2. Основные соотношения........................................................................	206
12.1.3. Выводы и рекомендации......................................................................	213
12.2. Линейность токовых мостовых схем............................................................	215
12.2.1. Общие положения.................................................................................	215
12.2.2. Основные соотношения........................................................................	217
12.2.3. Выводы и рекомендации......................................................................	226
13. Неравновесные потенциальные мостовые схемы..............................................	228
13.1. Чувствительность потенциальных мостовых схем.....................................	228
13.1.1. Общие положения.................................................................................	228
13.1.2. Основные соотношения........................................................................	229
13.2. Линейность потенциальных мостовых схем................................................	231
13.2.1. Общие положения.................................................................................	231
13.2.2. Основные соотношения........................................................................	233
13.2.3. Выводы и рекомендации......................................................................	242
14. Равновесные мостовые схемы..............................................................................	245
14.1. Общие положения...........................................................................................	245
14.2. Датчик в первом плече...................................................................................	245
14.3. Датчик во втором плече .................................................................................	248
14.4. Датчик в третьем плече..................................................................................	250
14.5. Датчик в четвертом плече..............................................................................	251
14.6. Примеры расчета равновесных схем ............................................................	253
15. Мостовые схемы переменного тока....................................................................	257
15.1. Общие положения...........................................................................................	257
15.2. Измерения параметров катушек индуктивности.........................................	262
15.3. Измерение параметров конденсаторов.........................................................	267
5

15.4. Шестиплечие мостовые схемы......................................................................	271
15.5. Трансформаторные мостовые схемы............................................................	272
15.6. Выводы и рекомендации................................................................................	274
16. Примеры использования равновесных мостовых измерительных схем.........	276
16.1. Двух- и трехпроводные схемы включения датчиков..................................	276
16.2. Автоматические мостовые схемы.................................................................	277
17. Аналоговые электромеханические приборы......................................................	279
17.1. Общие положения...........................................................................................	279
17.2. Магнитоэлектрические приборы...................................................................	281
17.3. Электромагнитные приборы..........................................................................	284
17.4. Электродинамические приборы....................................................................	288
17.5. Электростатические приборы........................................................................	291
17.6. Индукционные приборы ................................................................................	294
17.7. Логометры........................................................................................................	296
18. Приборы сравнения...............................................................................................	299
18.1. Общие положения...........................................................................................	299
18.2. Компенсаторы постоянного тока с ручным управлением..........................	299
18.3. Автоматические компенсаторы постоянного тока......................................	302
18.4. Полярно-координатные компенсаторы переменного тока.........................	305
18.5. Прямоугольно-координатные компенсаторы переменного тока...............	306
19. Аналоговые электронные приборы.....................................................................	309
19.1. Общие положения...........................................................................................	309
19.2. Вольтметры средних значений......................................................................	310
19.3. Вольтметры амплитудных значений.............................................................	314
19.4. Конденсаторные частотомеры.......................................................................	317
19.5. Омметры ..........................................................................................................	320
20. Цифровые измерительные приборы....................................................................	324
20.1. Общие положения...........................................................................................	324
20.2. Электромеханические цифровые приборы..................................................	326
20.3. Электронные цифровые приборы.................................................................	328
6

20.3.1. Времяимпульсные вольтметры............................................................	328
20.3.2. Уравновешивающие вольтметры........................................................	330
20.3.3. Электронно-счетные частотомеры......................................................	333
20.3.4. Измерители временных интервалов....................................................	335
20.3.5. Измерители разности фаз.....................................................................	338
20.4. Мультиметры...................................................................................................	340
21. Измерительно-компьютерные системы..............................................................	341
22. Измерение электрических токов..........................................................................	344
22.1. Общие положения...........................................................................................	344
22.2. Измерение постоянного тока.........................................................................	346
22.3. Измерение переменного тока ........................................................................	351
23. Измерение электрических напряжений ..............................................................	354
23.1. Общие положения...........................................................................................	354
23.2. Измерение постоянного напряжения............................................................	356
23.3. Измерение переменного напряжения...........................................................	360
24. Измерение электрических сопротивлений.........................................................	365
24.1. Общие положения...........................................................................................	365
24.2. Измерение малых сопротивлений.................................................................	370
24.3. Измерение средних сопротивлений..............................................................	376
24.4. Измерение больших сопротивлений.............................................................	384
25. Измерение температуры.......................................................................................	389
25.1. Общие положения...........................................................................................	389
25.2. Термометры.....................................................................................................	394
25.3. Пирометры.......................................................................................................	403
Заключение...................................................................................................................	411
Библиографический список........................................................................................	413
Приложение 1. Статистические таблицы..................................................................	418
Приложение 2. Критерий согласия по ГОСТ 8.508 – 84 .........................................	423
Приложение 3. Характеристики датчиков................................................................	426
Приложение 4. Условные обозначения на шкалах и корпусах приборов.............	438
7

Приложение 5. Характеристики электроизмерительных приборов.......................	441
Приложение 6. Условные графические обозначения в схемах..............................	447
Приложение 7. Обозначение единиц измерения, их кратных и дольных
значений .......................................................................................................................	450
Приложение 8. Классификация электронных электроизмерительных приборов и
система их обозначения..............................................................................................	451
Приложение 9. Технические характеристики стандартных измерительных
шунтов..........................................................................................................................	454
Приложение 10. Технические характеристики устройства типа И58М................	455
Приложение 11. Технические характеристики добавочного сопротивления типа
Р-109..............................................................................................................................	457
Приложение 12. Технические характеристики жидкостных термометров...........	458
Приложение 13. Технические характеристики манометрических термометров..	460
Приложение 14. Визуальный оптический пирометр «Проминь» ..........................	461
Приложение 15. Телескоп пирометра суммарного излучения типа ПИРС-019 с
усилителем...................................................................................................................	462

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее учебное пособие посвящено методам и средствам измерения. В работе приводятся основные понятия, встречающиеся в теории и практике метрологического обеспечения измерений. Рассмотрены методы и средства измерений физических величин, в том числе датчики, мостовые измерительные схемы, электроизмерительные приборы и приборы для измерения неэлектрических величин.

Особенно детально рассмотрены вопросы, связанные с погрешностями, так как в задачу каждого измерения входит не только определение искомой величины, но и оценка погрешности полученного результата.

Следует отметить, что в настоящее время отсутствуют учебники и учебные пособия (см., например, [1–12]), которые бы в полной мере отвечали учебным планам специальностей: 230101 – ВМКСС; 230102 – АСУ; 280101 – БЖТ; 280103 – ЗЧС; 280104 – ПБ и рабочим программам по дисциплинам «Методы и средства измерений», «Метрология, стандартизация и сертификация» для студентов всех форм обучения перечисленных выше специальностей.

Монографии [13; 20–22] написаны для специалистов и по своему содержанию не могут служить учебными пособиями. В других случаях [1; 2; 7], стремясь к краткости и лаконичности, авторы опускают ряд существенных разделов курса. К тому же некоторые положения (например, по Международной системе единиц, по оценке погрешностей и др.) получили новую трактовку, что потребовало внести соответствующие изменения и дополнения.

При написании данного учебного пособия была сделана попытка охватить все вопросы, возникающие при изучении методов и средств измерений, а также основ метрологии, стандартизации и сертификации в соответствии с требованиями учебных планов и рабочих программ. Особенно большое внимание уделяется метрологии как науке об измерениях и их единстве. Значительная часть учебного пособия посвящена методам оценки погрешностей результатов и средств измерений.

Для сокращения объема учебного пособия некоторые второстепенные положения рассмотрены сравнительно кратко, без подробных доказательств и выкладок, а некоторые разделы изложены в виде инструкций и рекомендаций.

Работа снабжена приложениями, содержащими справочные данные, что может облегчить ее использование как практического руководства при оценке, например, погрешностей результатов и средств измерений без привлечения других книг и справочников. Последнее обстоятельство расширяет область использования учебника. И хотя учебник предназначен в основном для студентов, он с успехом может быть использован аспирантами, инженерами, преподавателями и научными работниками.

Библиографический список, приведенный в конце работы, включает в себя учебники, учебные пособия, монографии, справочники, нормативные документы и статьи, опубликованные в журналах и научных трудах. Ссылки на конкретные литературные источники приводятся по мере необходимости при рассмотрении соответствующих тем и задач метрологии и технических измерений. Новая литература, изданная в последние годы, приведена в конце библиографического списка. Здесь также представлен перечень нормативных документов, ссылки на которые сделаны в учебнике.

Автор благодарит рецензентов – закафедрой автоматизации производственных процессов УГЛТУ, кандидата технических наук, доцента С.П. Санникова и старшего научного сотрудника ИММ УрО РАН, кандидата технических наук, доцента С.И. Кумкова – за доброжелательное отношение к рукописи и за полезные замечания, сделанные ими при рецензировании.

Автор выражает признательность научному редактору, кандидату технических наук, доценту кафедры автоматики и управления в технических системах УГТУ–УПИ В.И. Паутову за большую работу по научному редактированию учебного пособия. Особую признательность автор выражает кандидату технических наук, доценту кафедры автоматики и информационных технологий УГТУ–УПИ Н.П. Бессонову за ценные советы и предложения, высказанные им при обсуждении рукописи.

1 / 471 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
29.05.2015621.06 Кб11Istoria_shpory_na_ekzamen.doc
#
29.05.2015626.69 Кб23Istoria_shpory_na_ekzamen.doc
#
15.04.20191.65 Mб1iterenfer.doc
#
29.05.201595.23 Кб13Itogovie_ispitaniya_MPS.doc
#
29.05.2015307.2 Кб7IV Кредиты и кредитная система.doc
#
29.05.20153.73 Mб40Izmeritelnye_preobrazovateli_Mironov.pdf
#
29.05.2015537.9 Кб3jazuk_prom_reg.pdf
#
08.05.2019646.66 Кб22k1_p_11_07.doc
#
05.07.2019434.18 Кб10k2_p_11_07.doc
#
26.08.201971.6 Кб4kf,f2.docx
#
04.09.20193.21 Mб29Kharlamov_-Algoritmy2.docx