Некоторые термины и определения (или по другому)

Электрические и компьютерные измерения

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

ПЕРМЬ 2012

Оглавление

Введение. 4

1. Некоторые термины и определения (или по другому) 7

1.1. Средства измерений. 9

1.1.1. Составные части ИУ.. 9

Отсчетное устройство ИП.. 10

2. (Электрические измерения и приборы) Измерение тока и напряжения или Вольтметры и амперметры 11

4.1. Аналоговые средства измерений. 13

4.1.1. Электромеханические приборы.. 13

4.1.2. Компенсаторы постоянного тока. 24

4.1.3. Электронные аналоговые вольтметры.. 26

4.2. Цифровые электронные вольтметры.. 30

4.2.1. Цифровой вольтметр с ГЛИН.. 32

4.2.2. Цифровой вольтметр двойного интегрирования. 34

3. Измерение параметров элементов электрических цепей. 38

4.3.1. Метод вольтметра-амперметра. 39

4.3.2. Метод непосредственной оценки. 41

4.3.3. Компенсационный метод измерения сопротивлений. 45

4.3.4. Метод дискретного счета. 46

4. Электронно-счетный частотомер. 49

4.1. Измерение периода. 52

4.2. Измерение отношения частот. 53

4.3. Измерение интервала времени. 53

4.4. Самоконтроль частотомера. 54

5. Измерительные генераторы сигналов. 55

5.1. Общие сведения. 55

5.2. Низкочастотные генераторы синусоидальных сигналов. 56

5.2.1. LC -генераторы.. 57

5.2.2. Генераторы на биениях. 58

5.2.3. RC -генераторы.. 59

5. 3. Принципы построения низкочастотных цифровых генераторов. 62

5. 4. Высокочастотные генераторы сигналов. 64

5. 5. Импульсные генераторы сигналов. 65

5. 6. Цифровые генераторы сигналов специальной формы.. 68

6. Электронные осциллографы.. 70

6.1. Универсальные одноканальные электронно-лучевые осциллографы.. 71

6.2. Основные узлы электронно-лучевых осциллографов. 74

6.2.1. Электронно-лучевая трубка. 75

6.2.2. Канал вертикального отклонения. 76

6.2.3. Канал горизонтального отклонения. 79

6.3. Двухканальные электронно-лучевые осциллографы.. 85

6.4. Скоростные и стробоскопические осциллографы.. 88

6.4.1. Скоростные осциллографы.. 88

6.4.2. Стробоскопические осциллографы.. 89

6.5. Универсальные осциллографы со сменными блоками. 92

6.7. Аналоговые запоминающие осциллографы.. 93

6.8. Цифровые запоминающие осциллографы.. 96

Принцип работы ЦЗО.. 96

6.9. Цифровые люминофорные осциллографы.. 98

7. Виртуальные измерительные приборы и системы.. 102

Глава 18 ВИРТУАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ Атамалян. 102

18. 1. Общие сведения. 102

18. 2. Плата сбора данных. 103

18.3. Сменные платы специального назначения. 106

18. 4. Виртуальные мультиметры.. 108

18. 5. Виртуальные цифровые запоминающие осциллографы.. 110

18. 6. Виртуальные генераторы сигналов произвольной формы.. 114

5.6. Интеллектуальные измерительные системы.. 124

5.7. Измерительные информационные системы на основе процессорных средств 126

5.9. Измерительно-вычислительные комплексы.. 129

5.9. Некоторые особенности развития САПР измерительных информационно-управляющих систем. 133

Контрольные вопросы.. 136

Список литературы.. 138

Не забыть осциллографы (аналоговые и цифровые) и генераторы,измерители иммитанса +???

2. Виртуальные приборы

3. Аналого-цифровые преобразователи, другие виды составляющих компьютерных измерений

4. Оборудование компьютерных измерений, далее уход на NI и разбор того, чего есть

Сначала физические основы, потом «нормальные» приборы, потом виртуальные и т.д.

Введение

Измерения являются одним из основных источников количественной информации об исследуемых объектах (ИО) самой различной природы. Измерительная техника развивалась и совершенствовалась на протяжении всей истории человечества. Во все времена ее уровень определялся уровнем и потребностями производства, в свою очередь влияя на технологический уровень. По мере развития производства и научных исследований расширялся круг измеряемых физических величин. Если во времена Древнего Египта и античности измерялось всего несколько величин (время, масса, длина, площадь, объем), то сейчас перечень измеряемых величин составляет сотни наименований. Одновременно с расширением номенклатуры измеряемых величин на порядки возрастали диапазоны измерений и уменьшались погрешности измерения. Кроме улучшения метрологических показателей средств измерений (СИ), существенно расширяются их функциональные возможности и повышаются эргономические свойства. Растет удельный вес автоматизированных СИ, увеличивается объем получаемой и обрабатываемой измерительной информации. Автоматизированные СИ встраиваются в системы автоматического управления различного уровня и становятся составными частями автоматизированного производства наряду с обрабатывающим и другим технологическим оборудованием.

В соответствии с принятыми определениями терминов по метрологии [34] к СИ относятся технические средства, предназначенные 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. Как видно из этого определения, к СИ относятся не все технические средства, используемые при измерении, а только те, которые имеют метрологические характеристики, влияющие на точность получаемого результата измерений. Наряду с СИ при проведении измерений могут использоваться другие технические средства, называемые вспомогательными, не оказывающие существенного влияния на погрешность измерения.

В каждой области деятельности используются свои методы и средства измерений конкретных физических величин. Но в современной практике, как правило, в основе этих подходов лежат электрические измерения.

Электрические измерения электрических и неэлектрических величин. Сегодня понятие «электрические измерения» толкуется более широко, чем столетие назад, и распространяется на методы и средства измерения не только электрических величин.

Все физические величины можно подразделить на неэлектрические (например, механические, тепловые, химические) и электрические (например, ток, напряжение, сопротивление, электрическая емкость). Неэлектрических физических величин, конечно, больше, однако значительную их часть можно и целесообразно измерять методами и средствами электрических измерений (рис. В.1).

Для реализации этого подхода используют разнообразные первичные измерительные преобразователи (датчики) неэлектрических величин в пропорциональный электрический сигнал. Например, термоэлектрический преобразователь (термопара) преобразует изменение температуры в пропорциональное изменение термоЭДС, которая затем измеряется, например, милливольтметром. Сегодня широко распространены различные измерители неэлектрических величин, основанные на электрических методах преобразования информации: термометры, расходомеры, газоанализаторы, анемометры, тахометры, измерители массы, перемещения, скорости движения и ускорения, освещенности, относительной влажности воздуха, кислотности жидкости и др. В практике различных исследований активно используются измерители параметров электрических цепей и процессов, регистраторы и анализаторы параметров электропотребления.

Электрические измерения в современной измерительной технике занимают важное место. Причина широкого распространения электрических измерений – простота и удобство получения, преобразования, передачи и хранения информации, представленной в электрической форме. Подавляющее большинство современных средств измерений основано на принципах электрических измерений. Таким образом, электрические методы и средства измерения электрических и неэлектрических величин играют ведущую роль в деле получения первичной информации об окружающем нас мире, о различных технологических объектах и процессах.

Тенденции развития электроизмерительной техники. Прогресс электроизмерительной техники сегодня, с одной стороны, определяется постоянно растущими требованиями к функциональным возможностям, метрологическим и эксплуатационным характеристикам средств измерений, а с другой стороны, обеспечивается серьезными достижениями в области микроэлектроники, вычислительной техники, прикладной математики, цифровою анализа сигналов, метрологии.

Основная тенденция развития электроизмерительной техники – дальнейшее совершенствование метрологических характеристик (как статических, гак и динамических) средств измерений. Всегда актуальны в задачах измерений повышение точности, чувствительности, разрешающей способности; расширение диапазонов возможною изменения измеряемых величин; увеличение степени подавления помех; повышение быстродействия средств измерений. В современной измерительной технике все чаше применяются методы автоматической компенсации систематических погрешностей и эффективною уменьшения случайных.

Не менее важным сегодня является и совершенствование эксплуатационных характеристик: повышение надежности; расширение возможных диапазонов влияющих величин: обеспечение многофункциональности; внедрение автоматической диагностики внутренних узлов аппаратуры; обеспечение достаточно высоких уровней пыле- и влагозащищенности, защищенности от электромагнитных полей; уменьшение габаритных размеров и массы; уменьшение мощности потребления и, как следствие, увеличение времени непрерывной работы от одного комплекта внутреннего питания; обеспечение удобства и простоты работы с прибором; создание дружественного к пользователю интерфейса прибора.

Характерной тенденцией развития электроизмерительной техники в последние десятилетия стало все более широкое применение цифровых методов преобразования, измерения, регистрации и анализа информации, повышение степени автоматизации и интеллектуализации средств измерений. Заметно изменилось соотношение между объемами статических и динамических измерений. Доля динамических моделей объектов и процессов непрерывно растет. Вследствие этого значительно возрастают объемы получаемой в процессе экспериментов и обрабатываемой информации. Поэтому все чаше возникает необходимость в автоматизированном анализе больших массивов данных, причем нередко в реальном времени хода исследуемого процесса. Все это требует постоянного увеличения объемов внутренней памяти данных средств измерений (цифровых регистраторов, осциллографов и анализаторов), повышения мощности внутреннего интеллекта и производительности микропроцессоров.

Непрерывно ведутся поиски перспективных методов (как аналоговых, так и цифровых) преобразования, передачи и хранения информации; продолжаются разработки более эффективных и мощных средств исследования явлений окружающего мира; расширяется номенклатура средств измерений. Характерным для современного приборостроения стало и резкое сокращение сроков создания новой аппаратуры.

Важной особенностью последних десятилетий является широкое распространение персональных компьютеров во всех областях деятельности человека и, конечно же, в измерительной технике. Разработкой и применением компьютерных измерительных устройств, комплексов и систем занимается с каждым голом все большее число специалистов. При этом активно развиваются разнообразные формы анализа и представления информации (в том числе и наиболее наглядное – графическое представление данных).

Несомненно, что XXI в. даст миру множество новых удивительных открытий. Сегодня трудно лаже представить себе, каких высот достигнет к концу этого века измерительная техника, как изменится ее роль в жизни общества и как она изменит общество.

В самом общем виде измеряемые величины можно разделить на три типа:

1. теплотехнические – давление, температура, расход и уровень;

2. физико-химические – состав и физико-химические свойства вещества;

3. электрические – все электрические величины.

Некоторые термины и определения (или по другому)

Измерение – совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины.

Результат измерения - численное значение величины, найденное, например путем сравнения ее с единицей измерения. Результат (R) может быть выражен следующим образом:

,

где Q – измеряемая величина, q – единица измерения.

Единица физической величины – физическая величина, которой по определению присвоено численное значение, равное «1». Единицы физических величин, допущенные к применению, установлены ГОСТ 8.417-2002 «Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Единицы величин».

Истинное значение физической величины – значение физической величины, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношении соответствующие свойства объекта. Результат измерения дает только оценку истинного значения физической величины с некоторой погрешностью.

По отношению к сигналам измерительной информации физические величины разделяются на активные и пассивные.

Активные физические величины – могут быть преобразованы в сигнал измерительной информации без использования вспомогательных источников энергии.

Пассивные физические величины – для измерения пассивных величин необходимо использовать вспомогательный источник энергии.

Относительная величина - отношение физической величины к одноименной физической величине.

Относительные величины выражают в процентах (%). 1% = 10^-2, в промилле (‰), 1 ‰ =10^-3, в миллионных долях (млн^-1, ррm), lppm = 10^-6, в миллиардных долях (млрд^-1, ppb), lppb = 10^-9.

Логарифмическая величина - логарифм отношения.

Примером единицами логарифмических величин являются

бел (Б) 1 Б = lg (P2 / P1) при Р2 = 10Р1, где Р2 и Р1 – одноименные величины мощности, энергии, или децибел (дБ) равный 0,1 Б

Метод измерений - совокупность приемов использования принципов и средств измерений (ГОСТ 16263-70, переиздан 1986 г.). РМГ 29-99

Принцип измерения – совокупность физических явлений, на которых основаны измерения.

Методы измерений классифицируют:

- по способу (алгоритму) сравнения измеряемой величины с единицей;

- по физическим явлениям или закономерностям, положенным в основу измерения;

- по видам измерительных преобразований;

- по способу взаимодействия средства измерений с объектом;

- по способам воспроизведения величин заданного размера;

- по видам применяемых средств измерений;

- по информативному параметру сигнала измерительной информации;

- по используемым свойствам объекта исследования.

Естественный сигнал – сигнал первичного измерительного преобразователя, вид и диапазон изменения которого определяется физическими свойствами преобразователя и диапазоном изменения измеряемой величины. Виды естественных сигналов: перемещение, угол поворота, усилие, интервалы времени, постоянное и переменное напряжение, активное и комплексное сопротивление, электрическая емкость, частота.

Унифицированный сигнал – вид носителя информации диапазон изменения не зависят от вида измеряемой величины, метода измерения и диапазона изменения измеряемых величин. Примеры унифицированных сигналов показаны в табл. 1.

Таблица 1. Характеристики унифицированных сигналов

Вид сигнала	Физическая величина	Значение сигнала
Электрический	Постоянный ток	0÷5; 0÷ ±5; 0÷20; 4÷20 мА
Постоянное напряжение	0÷10; 0÷ ±10; 0÷20; мВ; 0÷1; 0÷ ±1; 0÷10 В
Переменное напряжение	–1÷0÷1; 0÷2 В
Частота	2÷4; 2÷8 кГц
Пневматический	Давление	0,2÷1 кгс/см^2 (0,02÷0,1 МПа)
Гидравлический	Давление	0,1÷6,4 МПа

Дата добавления: 2015-10-28