- •С.В. Васильев, в.И. Недолугов основы измерений физических величин
- •Введение
- •Глава 1. Основы метрологии и измерительной техники
- •1.1. Измерение
- •1.1.1. Физическая величина
- •1.1.2. Виды средств измерений
- •1.1.3. Виды и методы измерений
- •1.2. Единство измерений
- •1.2.1. Единицы физических величин
- •1.2.2. Стандартизация
- •1.2.3. Эталоны
- •1.3. Точность измерений
- •1.3.1. Погрешность результата измерения
- •1.3.2. Погрешности средств измерений
- •1.3,3. Классы точности средств измерений
- •1.3.4. Основная и дополнительная погрешности
- •1.3.5. Методическая погрешность
- •1.3.6. Погрешность взаимодействия
- •1.3.7. Динамическая погрешность
- •1.3.8. Субъективная погрешность
- •1.4. Обработка результатов измерений
- •1.4.1. Обработка прямых измерений
- •1.4.2. Многократные прямые измерения
- •1.4.3. Обработка косвенных измерений
- •1.4.4. Расчет погрешности результата косвенного измерения
- •Глава 2. Аналоговые электроизмерительные приборы
- •2.1. Общие сведения
- •2.2. Электромеханические измерительные приборы
- •2.2.1. Приборы магнитоэлектрической системы
- •2.2.2. Приборы выпрямительной системы
- •2.2.3. Приборы термоэлектрической системы
- •2.2.4. Приборы электромагнитной системы
- •2.2.5. Приборы электродинамической системы
- •2.2.6. Электростатические вольтметры
- •2.2.7. Приборы индукционной системы
- •2.3. Электронные измерительные приборы
- •2.3.1. Электронные вольтметры переменного напряжения
- •2.3.2. Выпрямители (детекторы)
- •2.3.3. Особенности электронных измерительных приборов
- •2.4. Влияние формы сигнала на показания приборов
- •2.4.1. Сигнал без постоянной составляющей
- •2.4.2. Сигнал сумма переменной и постоянной составляющих
- •Глава 3. Электронно-лучевой осциллограф
- •3.1. Устройство электронно-лучевого осциллографа
- •3.1.1. Каналы вертикального и горизонтального отклонения
- •3.1.2. Электронно-лучевая трубка
- •3.1.3. Двухканальные электронно-лучевые осциллографы
- •3.2. Формирование изображений на экране электронно-лучевой трубки
- •3.2.1. Режим линейной развертки (режим y – t )
- •3.2.2. Режим y – X
- •3.2.3. Растровый режим (режим y – X – z)
- •3.3. Метрологий осциллографических измерений
- •3.3.1. Инструментальная погрешность
- •3.3.2. Погрешность взаимодействия
- •3.3.3. Субъективная погрешность
- •Глава 4. Аналоговые методы и средства регистрации
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Самопишущие приборы
- •1 Постоянным магнит; 2 ось; 3 катушка; 4 перо; 5 двигатель;
- •6 Бумага; 7 стрелка; 8 шкала
- •4.3. Светолучевые осциллографы
- •1 Источник света; 2 конденсор; 3 диафрагма; 4 зеркало; 5 постоянны
- •9 Зеркальный многогранник; 10 матовый экран
- •4.4. Измерительные магнитографы
- •4.5. Аналоговые запоминающие осциллографы
- •4.6. Сравнение возможностей аналоговых регистраторов
- •Глава 5. Цифровые измерительные приборы
- •5.1. Цифровые методы и средства измерений
- •5.1.1. Характеристики аналого-цифровых преобразователей
- •5.1.2. Методы аналого-цифрового преобразования
- •5.2. Цифровые частотомеры
- •5.2.1. Режим измерения частоты
- •5.2.2. Режим измерения периода
- •5.3. Цифровые вольтметры и мультиметры
- •5.3.1. Структура цифрового вольтметра
- •5.3.2. Структура цифрового мультиметра
- •5.4. Особенности выбора приборов
- •5.4.1. Выбор приборов по метрологическим характеристикам
- •5.4.2. Выбор диапазона измерения
- •Глава 6. Цифровая регистрация и анализ сигналов
- •6.1. Общие сведения
- •6.2. Цифровая измерительная регистрация
- •6.2.1. Устройство цифрового измерительного регистратора
- •6.2.2. Дискретизация, квантование и восстановление сигнала
- •6.2.3. Задание интервала регистрации
- •6.3. Цифровой анализ сигналов
- •6.3.1. Области анализа
- •6.3.2. Анализ во временной области
- •6.3.3. Анализ в частотной (спектральной) области
- •6.3.4. Вычисление параметров электропотребления
- •6.4. Характеристики типичных регистраторов/анализаторов
- •6.4.1. Регистраторы/анализаторы параметров электропотребления
- •6.4.2. Мини-логгеры
- •6.4.3. Компьютерные средства регистрации и анализа
- •Глава 7. Электрические измерения неэлектрических величин
- •7.1. Измерение температуры
- •7.1.1. Контактные методы и средства измерений
- •7.1.2. Бесконтактные методы и средства измерений
- •7.2.1. Средства измерения давления
- •7.2. Измерение давления
- •7.3. Измерение скорости движения потока вещества и его расхода
- •7.3.1. Основные понятия
- •7.3.2. Методы и средства измерения
- •Рекомендуемая литературы
- •Оглавление
- •Глава 1. Основы метрологии измерительной техники...…………………………………………………5
- •Глава 2. Аналоговые электроизмерительные приборы……………………………………...…………..35
- •Глава 3. Электронно-лучевой осциллограф……….70
- •Глава 4. Аналоговые методы и средства регистрации……………………………………….90
- •Глава 5. Цифровые измерительные приборы…………………103
- •Глава 6. Цифровая регистрация и анализ сигналов………………………………...…………..128
- •Глава 7. Электрические измерения неэлектрических величин…………………………………………..…..150
Глава 5. Цифровые измерительные приборы
5.1. Цифровые методы и средства измерений
В практике электрических измерений все шире используются цифровые методы и средства преобразования, хранения, обработки, передачи и представления информации. Цифровые инструменты активно вытесняют аналоговые средства при измерении самых разных физических величин. Сегодня в мире в различных областях человеческой деятельности (в том числе и в быту) успешно используются миллиарды цифровых средств измерений, решающих самые разнообразные задачи статических и динамических измерений различных физических величин (как электрических, так и неэлектрических). Широко применяются цифровые вольтметры, мультиметры, частотомеры, омметры, ваттметры, контактные и бесконтактные термометры, расходомеры, тахометры, манометры, анемометры, измерители относительной влажности, освещенности, цифровые регистраторы, осциллографы, анализаторы различных параметров, компьютерные измерительные устройства, комплексы, системы и др.
С развитием микроэлектронных технологий, вычислительной техники, с увеличением серийности выпуска цифрового измерительного оборудования цены на него, естественно, снижаются, что приводит к все большей доступности и распространенности цифровых средств статических и динамических измерений, к более широкому применению сложных динамических моделей объектов исследования и процессов, использованию все более производительных алгоритмов автоматического преобразования, передачи и представления информации.
Во всем многообразии цифровых средств измерений наибольший интерес для нас представляют две большие группы (два вида СИ): измерительные приборы и измерительные преобразователи. Первую группу составляют автономные, сравнительно медленно действующие цифровые измерительные приборы, предназначенные в основном для статических однократных измерений, выполняемых вручную оператором (пользователем). Вторая группа это различные цифровые измерительные преобразователи, предназначенные для работы в составе информационно-измерительных систем, измерительно-вычислительных комплексов, автоматизированных измерительных установок. Они обладают, как правило, высоким быстродействием или имеют другие специальные характеристики и функциональные возможности.
Довольно широко распространены цифровые регистрирующие измерительные приборы и преобразователи, обеспечивающие возможности длительной регистрации процессов (от нескольких суток до месяцев и даже лет), последующей переписи больших зарегистрированных массивов в память персонального компьютера для автоматической обработки с помощью специального программного обеспечения (см. ниже).
В данном подразделе рассмотрим варианты организации основной (общей для всех цифровых СИ) процедуры аналого-цифрового преобразования; а также особенности построения и применения представителей первой группы цифровых измерительных приборов (ЦИП), которые, в отличие от измерительных преобразователей, предназначены в основном для работы с человеком. По всем основным показателям ЦИП превосходят аналоговые измерительные приборы, у них гораздо более высокие метрологические и эксплуатационные характеристики. Правда, стоимость большинства ЦИП пока выше, чем аналоговых приборов.
Современные ЦИП представляют собой высокопроизводительные интеллектуальные средства исследования объектов и процессов, поскольку строятся на основе микропроцессорной техники. Структуры ЦИП, предназначенных для измерения различных физических величин, во многом схожи. Различия между ними сосредоточены в основном во входных узлах приборов, т.е. там, где происходят преобразования конкретных величин в унифицированный сигнал.