Технические измерения и приборы.

Каждая вещь известна лишь в той степени, в которой ее можно измерить

(Лорд Кельвин)

Наука начинается только тогда, когда начинают измерять…

(Д.И. Менделеев)

Введение

Любая человеческая деятельность, в том числе и в научно-технической сфере, заключается в осуществлении логической последовательности эле­ментарных действий над некоторым материальным объектом - объектом дея­тельности. Эта деятельность может быть целенаправленной только при нали­чии информации о текущих свойствах этого объекта и параметрах, характеризующие процесс достижения поставленных целей. Чем полнее и достоверней будет эта информация, тем более эффективным будет процесс достижения поставленных целей.

Функционирование средств управления лю­бым техническим объектом - техническим устройством, технологиче­ским процессом или производством в целом, возможно и эффективно только при нали­чии полной и достоверной инфор­мации о состоянии этого объекта, о па­раметрах окружающей среды, реакции объекта управляющие воздействия и внешние возмущения. В автоматизированных системах управления такая информация поступает от информационно-измерительных подсистем, включающих комплекс средств измерения и контроля, полностью адекватных задаче управления, характеру объекта управления и условиям окружающей среды. Нужно обязательно учитывать, что в сложных технических объектах объем измерительной информации, необходимой для контроля за состоянием и функционирования этого объекта, во много раз превосходит объем измерительной информации, требующийся для работы систем автоматического управления.

Важность развития средств контроля и технических измерений стано­вится особенно значимой сегодня, когда основной задачей производства яв­ляется увеличение производительности технических систем при одновремен­ном снижении их ресурсоемкости (материалоемкости и энергоемкости) и повышении экологической чистоты производства. Традиционные пути решения этих задач практически себя исчерпали и дальнейшее продви­жение в этом направлении может быть связано с только с реализацией режи­мов работы технических объектов, близких к критическим с точки зрения их конструктивной, технологической и эксплуатационной устойчивости.

Работа технических объектов в таких режимах предъявляет особые требования к системам управления техническими объектами. Ключевой про­блемой становится проблема получения в реальном времени максимально полной и качествен­ной информации о состоянии объекта и окружающей его среды. Т.е. проблема создания высокоинформативных, точных и быстродействующих измерительных систем.

Таким образом, развитие возможностей измерительных средств и из­мерительно-информационных систем становится одним из основных факто­ров, определяющих и развитие производства. В тоже время многие изме­рительные средства, которые в настоящее время используются в промыш­ленности, не могут удовлетворить быстрорастущим требованиям производ­ства не только в силу устаревшей технической базы, но прежде всего из-за принципиальных ограничений, накладываемых заложенными в них физиче­скими принципами и методами измерений. Это и определяет стремительное развитие новых принципов и методов измерений, качественные изменения в парке измерительных средств.

Основу процесса измерений составляют самый широкий спектр физических явлений, которые определяют способ и саму возможность получения и преобразования информации о тех или иных характеристиках объекта в форму, в которой мы эту информацию можем воспринять. Физические принципы измерений реализуются с помощью разнообразных технических средств с использованием самых современных технологий , аналоговой и цифровой электроники, микропроцессорной и вычислительной техники, средств информатики. Главное направление развития средств измерения заключается в высокой степени интеграции их элементной базы и самом широком использо­вании микропроцессорной техники. Микропроцессоры, интегральные и информационные технологии позволяют применять в промышленности методы, которые ранее были дос­тупны только в научных лабораториях, военных, атомных или космических технологиях. Все большее значение приобретают бесконтактные методы измерений – ультразвуковые, радарные, оптические, в т.ч. лазерные и оптоволоконные, Используются сложные алгоритмы цифровой обработки измерительной информации. Интегральные технологии позволяют создавать миниатюрные многофунциональные измерительные приборы. С внедрением микропроцессорной техника радикально изменились возможности организации сбора и обработки технологической информации, построения на ос­нове этой информации систем управления, прогнозирующих поведение объ­екта в критических режимах и вырабатывающих соответствующие управ­ляющие решения.

Получение и обработка потоков информации о состоя­нии объекта и окружающей среды является принципиальным условием рабо­тоспособности САУ и сутью того, что мы называем «техническими измере­ниями».

Технические измерения воз­можны только при наличии нескольких взаимосвязанных составляю­щих. А именно:

• Физических принципов и методов измерений, т.е. - физического явления и соответствующей ему процедуры, которые в совокупности позволяют преобразовать информацию о измеряемом параметре в форму, в которой мы ее можем воспринять и использовать;

• Технических средств измерений - устройства (технического средства), которое реализует указанные выше физический принцип и метод измерений;

• Метрологического обеспечения измерений, т.е. научно-обоснованной про­цедуры (метода) использования и представления этой информации.

В данном курсе будут рассматриваться первые две из перечисленных выше составляющих.. Основное внимание уделяется изучению методических основ технических измерений, принципам работы и корректного применения измерительных средств, вопросам измерения конкретных технологических параметров. Вопросы метрологического обеспечения измерений подробно изучаются в специальных учебных курсах и здесь затрагиваются только их основные принципы..