ВвЕДЕНИЕ

Аналоговые измерительные устройства, как дисциплина, является неотъемлемой частью специальности "Информационно-измерительная техника и технологии". Практически все измерения начинаются с аналогового преобразования измеряемых процессов и сигналов. В современных АИУ осуществляются различные функциональные преобразования и потому их структурные представления, конструктивные исполнения носят многообразный характер, имея обобщенные для определенных видов и типов устройств, принципиальные подходы к проектированию и расчетам параметров.

АИУ представляют собой важную группу технических средств измерения и обработки информации. Простота, удобство пользования, высокая точность, широкий частотный и динамический диапазоны, наглядность показаний, регистрация и сохранение информации, высокая надежность определяют широкое распространение аналоговых приборов и устройств в различных отраслях науки и техники. Производство аналоговых приборов по типам, количеству, назначению, определяемое их потребностью остается в мировой практике на высоком уровне. Ведутся работы по дальнейшему совершенствованию конструкций приборов, по разработке устройств, использующих новейшие достижения в фундаментальных науках и смежных научно-технических направлениях - физики, химии, материаловедении, электронике и др. Применение современной полупроводниковой и микропроцессорной техники позволяет разрабатывать приборы без электромеханических элементов, что определяет повышение качества, надежности, переход на автоматизацию производства.

Научные направления измерительной техники, включающие и аналоговые измерения, и устройства определяется исследованиями и публикациями многих ученых и специалистов. Из множества публикаций следует отметить монографию Новицкого Н.В., разработавшего основы информационной теории измерительных систем и систематизацию устройств и приборов; работы Браславского Д.А., Рабиновича В.И. и Цапенко М.П., Островского Л.А. Заметный вклад внесли работы Темникова Ф.Е., Афонина В.А. и Дмитриева В.М. Развитие информационной теории измерений получило в работах Орнатского П.П., Мандельштамма С.М.

Большое значение в разработках измерительных приборов и устройств имеют работы и достижения специалистов и ученых в области теории и практических разработок систем автоматического управления и регулирования. Необходимо отметить таких авторов как СолодовниковВ.В., Петров Б.Н., Гаврилов А.Н., Агеев В.М., Боднер В.А., Шаталов А.С. и др.

Основные теоретические положения синтеза, анализа и проектирования средств измерительной техники с применением современных виртуальных технологий представлены в учебнике Раннева Г.Г. и др. "Основы информационно-измерительной техники”

Историческая справка. Измерение и измерительные устройства имеют весьма давнее происхождение: они относятся к истокам материальной культуры человечества. Когда человек научился применять орудия труда и воздействовать ими на окружающую его природу, он стал производить измерения и создавать измерительные приспособления и устройства. Еще за несколько тысячелетий до н.э. развитие товарооборота привело к измерению веса и появлению весов, появились устройства для измерения площади и времени. Технический прогресс непосредственно связан с измерениями.

В 16-18 в.в. совершенствование измерительной техники шло вместе с развитием физики, которая основывалась на экспериментах, проводимых на измерительных процессах и устройствах. К этому времени относятся усовершенствование часов, изобретение микроскопа, барометра, термометра, первых электроизмерительных устройств, используемых, главным образом, в научных исследованиях. В создании измерительных приборов и разработке их теории принимали участие крупные ученые - Г.Галилей, И.Ньютон, Х.Гюйгес, Р.Рихман и др.

В конце 18 в. и первой половины 19 в. в связи с появлением паровых двигателей и развитием машиностроения повысились требования к точности обработки деталей - разрабатывались измерительные машины, вводятся калибры. В 19 в. были созданы основы теории измерительной техники и метрология. Методы точных измерений, основы которых разработал Д.И.Менделеев, опубликовавший на эту тему более 50 работ, являются неотъемлемой частью современных измерительных технологий. Огромное значение в этих направлениях имели труды К. Гаусса, разработавшего метод наименьших квадратов, теорию случайных погрешностей, абсолютную систему единиц (CGSE) и заложившего вместе с В.Вебером основы магнитных измерений.

С развитием электроэнергетических установок появились электроизмерительные приборы. Начало 20 в. знаменует новый этап в развитии измерительных устройств - электрические, позднее электронные средства используют для измерения механических, тепловых, оптических величин, для химического анализа и т. п.

Качественный скачок произошел, когда измерительная техника выступила как отрасль кибернетики, занимающаяся получением и преобразованием измеряемой информации, наряду с такими отраслями как автоматика и вычислительная техника.

Современная измерительная аппаратура предназначается не только для воздействия на органы чувств человека, но и для автоматической регистрации и математической обработки результатов измерения и передачи их на расстояние или для автоматического управления какими-либо процессами. В приборах и системах на различных участках измерительных каналов используются механические, электрические, пневматические, гидравлические, оптические, акустические сигналы, амплитудная, частотная и фазовая модуляции, широко применяются импульсные и цифровые устройства, следящие системы.

Процесс измерения состоит в целенаправленном преобразовании измеряемой величины в форму, удобную для конкретного использования (восприятия) человеком или машиной. Смысл действия электроизмерительных приборов заключается в том, что измеряемая величина, изменение которой непосредственно органами чувств человека не может быть оценена количественно, преобразуется в определенное механическое перемещение указателя или устанавливается с помощью цифровых индикаторов.

Основные преимущества использования аналоговых электрических методов - простота регулирования чувствительности, малая инерционность, возможность одновременного измерения многих различных по своей природе величин, удобство комплектации из типовых блоков электронной аппаратуры управляющих машин и информационно-измерительных систем.

Измерения - важнейший этап деятельности исследователей и экспериментаторов во всех отраслях науки и техники. Измерительные устройства - основное оборудование НИИ и лабораторий, неотъемлемая часть любого технологического процесса, главный полезный груз метеорологических и межпланетных ракет, космических станций. Современная измерительная техника имеет ряд направлений в соответствии с областью применения устройств и типами измеряемых величин. Отдельно существуют отрасли, отличающиеся особыми подходами к процессу измерения, Таким отдельным направлением для АИУ являются первичные преобразователи (датчики) неэлектрических величин или телеметрия (измерение на расстоянии). Развиваются отдельные отрасли промышленного приборостроения - авиационное, аналитическое, геофизическое, медицинское.

В тенденции развития измерительной техники можно выделить:

-повышение качества приборов, снижение погрешностей, увеличение быстродействия, повышение надежности;

-расширение области применения в направлении расширения диапазонов измерения, а также в плане ужесточения условий эксплуатации;

-переход к цифровым методам не только в области измерения электрических величин, но и в других областях; при этом аналоговые устройства по-прежнему широко применяются и совершенствуются;

- развитие системного подхода к унификации и стандартизации т.е. установление единых количественных и качественных требований к сырью, полуфабрикатам, готовым изделиям, материалам и методам;

-широкое внедрение методов логической и математической обработки;

-миниатюризация средств измерения с использованием новейших достижений науки, в частности физики твердых тел, наноэлектроники;

-применение для построения измерительных устройств новых физических закономерностей и процессов, например использование свойств жидкокристаллических тел и жидких сред, фазовых переходов и др.

Важной задачей является формирование общих теоретических основ измерительной техники на основе математического представления процессов преобразования, машинного проектирования, с учетом решаемых задач гносеологии (теории познания).