Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Текст пособия издание 2.docx
Скачиваний:
66
Добавлен:
11.11.2019
Размер:
3.55 Mб
Скачать

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

В.В. КОСУЛИН

ОСНОВЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ

И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Учебное пособие

по дисциплинам

«Теоретические основы измерительных и информационных технологий»,

«Теоретические основы информационно-измерительной техники»

2-е издание

переработанное и дополненное

Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов

Россиской Федерации по образованию в области приборостроения

и оптотехники для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениюподготовки 200100 «Приборостроение» и специальности

200106 «Информационно-измерительная техника и технологии»

Казань 2011

УДК 004.9

ББК 32.965

К72

Рецензенты:

Главный метролог ФГУП «Научно-производственное объединение

«Государственный институт прикладной оптики»,

доктор технических наук, профессор В.И. Курт

Доцент кафедры «Процессы и аппараты химических технологий»

ГОУ ВПО «Казанский государственный технологический университет»,

кандидат химических наук, доцент Э.А. Мухутдинов

Косулин В.В.

К72

Основы информационных и измерительных технологий. – 2-е издание, переработанное и дополненное: Учебное пособие. – Казань: Казан.гос.энерг.ун-т, 2011. – 316 с.

ISBN

Рассмотрены основные положения информационных и измерительных технологий. Рассмотрены вопросы, касающиеся, кодирования, передачи и обработки измерительной информации, а также планирования факторного эксперимента и обработки полученных при этом данных. Изложены основы алгоритмической и измерительной теорий измерения.

Предназначено для студентов обучающихся по направлению подготовки 200100 «Приборостроение» и специальности специальности 200106  «Информаци­онно-измерительная техника и технологии».

УДК 004.9

ББК 32.965

ISBN

ã Казанский государственный

энергетический университет, 2011

Введение

Современный этап развития человечества характеризуется огромными потоками информации, циркулирующей во всех сферах его деятельности. Важную роль среди различных видов информации играет измерительная информация, которая несет количественную оценку состояния технологических процессов, характеристик изделий, результатов научных исследований, параметров окружающей среды, физиологического состояния человеческого организма и т.д.

В связи с интенсивным развитием науки, техники и технологии значение и объем измерительной информации непрерывно увеличиваются. В 20-х годах XX столетия объем измерительной информации не превышал 5% от ее общего объема, а на сегодняшний день он достигает 50%, существенно превышая уровень статистической и экономической информации.

Ни один технологический процесс, ни один объект, ни одна отрасль народного хозяйства не в состоянии функционировать без наличия соответствующих измерительных систем. Возможность получения и обработки измерительной информации в темпе технологического процесса, эксперимента или испытаний, а также ее достоверность являются важными факторами, определяющими уровень развития производства.

Большие объемы информации требуют создания машин и систем, позволяющих осуществлять автоматический сбор, преобразование, минимизацию потока, передачу, обработку информации, а также разработки устройств анализа и поиска требуемой информации.

В настоящее время сформировался класс технических средств, представляющий собой средства информационной техники, причем информационная техника объединяла в своем составе не только разрабатываемые новые специализированные устройства, но и традиционные средства сбора и обработки различных видов информации.

В настоящее время в состав технических средств информационной техники входят: информационно-поисковые системы, информационно-логические комплексы, информационно-вычислительные системы, информационно-контролирующие системы, информационно-диагностические комплексы, информационно-измерительные системы и измерительные приборы. Информационно-поисковые системы осуществляют поиск нужной информации в банке данных. Информационно-логические комплексы на основании полученной извне информации синтезируют алгоритм своего поведения. Информационно-вычислительные системы предназначены для обработки различных видов информации по заданным алгоритмам и программам. Информационно-контролирующие системы осуществляют непрерывное сравнение данных, полученных в процессе измерения и определяющих состояние объекта, с установленными нормами, что позволяет оценить соответствие текущего состояния объекта заданному. Информационно-диагностические комплексы осуществляют измерение параметров, определяющих состояние объекта, сравнивают совокупности полученных знаний с заложенными в память и определяют состояние диагностируемого объекта. Информационно-измерительные системы обладают нормированными характеристиками и предназначены для получения измерительной информации непосредственно от объекта исследования или правления, ее преобразования, передачи, обработки, хранения и выдачи в виде, удобном для восприятия оператором или для передачи на более высокий уровень иерархии. Измерительные приборы обладают ограниченными фун­кциональными возможностями.

Информационно-измерительная система является основой построения подавляющего большинства указанных средств (за исключением информационно-поисковых систем) и определяет их технические и эксплуатационные характеристики. Поэтому специалисты в области разработки средств информационной техники должны знать основы метрологии, методы измерения, способы построения измерительных приборов и систем и ряд других важных разделов измерительной техники.

РАЗДЕЛ 1

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ

И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ

1.1. Методы измерений

Различные методы измерений отличаются организацией сравнения измеряемой величины с единицей измерения. С этой точки зрения все методы измерений делятся на две группы: методы непосредственной оценки (метод прямого преобразования) и метод сравнения (метод уравновешенного преобразования).

Метод прямого преобразования заключается в том, что о значении измеряемой величины судят по показанию прибора, заранее отградуированного в единицах измеряемой величины. Точность этого метода не велика, но он достаточно прост.

При использовании методов сравнения измеряемая величина сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой. Данные методы характеризуются высокой точностью, но в реализации достаточно сложны. Методы сравнения включают в себя дифференциальный и нулевой методы, метод противопоставления, метод замещения и метод совпадений.

Дифференциальный метод заключается в том, что измерительным прибором оценивается разность между измеряемой величиной и образцовой мерой. Точность этого метода увеличивается с уменьшением разности между сравниваемыми величинами.

Нулевой метод является частным случаем дифференциального метода и заключается в том, что результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводится до нуля.

Метод противопоставления (метод компенсаций) состоит в том, что измеряемая величина и противопоставляемая ей образцовая мера временно воздействуют на прибор сравнения, по которому устанавливается их соотношение.

Метод замещения состоит в том, что измеряемая величина замещается в измерительной схеме регулируемой образцовой мерой так, чтобы никаких изменений в состоянии измерительной схемы не происходило, т.е. показания прибора будут те же, что и при включении измеряемой величины.

Метод совпадений состоит в том, что измеряют разность между искомой величиной и образцовой мерой, используя совпадения отметок или периодических сигналов. Этот метод применяют для измерения перемещений, периода, частоты и т.д.