Содержание. Методические указания к самостоятельной работе для студентов дневной и заочной формы обучения специальности 1-54 01 02 «Методы и приборы контроля качества и

КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

Методические указания к самостоятельной работе для студентов дневной и заочной формы обучения специальности 1-54 01 02 «Методы и приборы контроля качества и диагностики состояния объектов»

Часть 1

Могилев 2006

УДК 621.317.39

ББК 31.22

К 65

Рекомендовано к опубликованию

учебно - методическим управлением

ГУВПО «Белорусско-Российский университет»

Одобрено кафедрой «Физические методы контроля» 26 декабря 2005 г,
протокол № 4

Составитель канд. техн. наук, доц. В.Ф.Поздняков

Рецензент канд. техн. наук, доц. Н.П. Бусел

В методических указания кратко изложены основные теоретические сведения для самостоятельной работы студентов дневной и заочной формы обучения специальности 1-54 01 02 «Методы и приборы контроля качества и диагностики состояния объектов». Методические указания разработаны в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Контрольно - измерительная техника»

Учебное издание

КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

Ответственный за выпуск С.С. Сергеев

Технический редактор А.А. Подошевко

Компьютерная верстка Н.П. Полевничая

Подписано в печать. Формат 60х84 /16. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс.

Печать трафаретная. Усл. печ. л.. Уч.-изд. л.. Тираж 115 экз. Заказ №

Издатель и полиграфическое исполнение

Государственное учреждение высшего профессионального образования

«Белорусско-Российский университет»

ЛИ № 02330/375 от 29.06.2004 г.

212005, г. Могилев, пр. Мира, 43

© ГУВПО «Белорусско-Российский

университет», 2006

Содержание

1 Значение контрольно-измерительной техники в современном производстве. Основные понятия и определения
2 Характеристики средств измерения
2.1 Метрологические характеристики
2.2 Динамические характеристики средств измерения
2.3 Неметрологические характеристики средств измерения
3 Структурные схемы средств измерений
3.1 Схема прибора прямого преобразования
3.2 Схема преобразования прибора сравнения
4 Аналоговые измерительные приборы
4.1 Основные характеристики аналоговых измерительных приборов
4.2 Аналоговые электромеханические измерительные приборы
5 Электрические измерительные преобразователи: шунты, добавочные сопротивления, делители напряжения, измерительные усилители
6 Измерительные трансформаторы тока и напряжения
7 Измерение постоянных и переменных напряжений
8 Измерение постоянных и переменных токов
9 Измерение несинусоидальных и импульсных токов и напряжений
10 Измерение мощности и энергии
11 Регистрирующие измерительные приборы
12 Измерительные мосты
12.1 Измерительные мосты постоянного тока
12.2 Измерительные мосты переменного тока
13 Измерительные генераторы
13.1 Генераторы низкой частоты
13.2 Типы задающих генераторов
13.3 Выходное устройство генератора
Список литературы

1 Значение контрольно-измерительной техники в современном
производстве. Основные понятии и определения

Объективная особенность продукции, которая может проявляться при ее создании, эксплуатации или потреблении, определяется как свойство продукции. Совокупность свойств продукции, обуславливающих ее пригодность удовлетворять ее требования в соответствии с ее назначением называется качеством (ГОСТ 15467). Для качества оценки свойств продукции осуществляется информационный процесс в виде контроля. Контроль – это процесс установления соответствия между состоянием (свойством) продукции и заранее заданной нормой путем получения текущих значений физических величин, сравнение их с установками, формирование и выдача суждений по результатам.

Средствами измерений называют технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства. Различают следующие виды средств измерений: меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи, измерительные установки, измерительные системы.

В ГОСТ 16263 «Метрология. Термины и определения» дано определение понятия «измерение».

Измерение - это нахождение значения физических величин опытным путем с помощью специальных технических средств. Здесь отражены основные признаки понятий измерений:

1) измерять можно свойства реально существующих объектов познания;

2) измерение требует проведения опытов;

3) для проведения опытов требуются особые технические средства измерения;

4) результатом измерения является значение физической величины.

Принципиальная особенность измерения заключается в отражении размера физической величины числом, которое должно быть выражено в определенных единицах, принятых для данной величины.

При системном подходе к технологическому контролю можно сформулировать некоторые принципы:

1) поточность - предполагает жесткую пространственную временную связь предшествующих контрольно-измерительных операций с последующими;

2) системность – определяет подход к характеру получения и анализа информации от множества источников на всех стадиях технологического процесса;

3) адаптивность – предполагает наличие знаний у оператора о составе, целях и характере взаимодействия связей между операциями, их изменчивости и особенности при проведении контроля. Этот принцип определяет реализуемость и состав технологических средств контроля;

4) динамичность – предполагает реализацию системного подхода при построении алгоритмов и программ, совершенствующегося и развивающегося технологического контроля и осуществляющего его средств. При этом структура и состав средств должны строиться так, чтобы при необходимости изменения отдельных программ и критериев не нарушалась функция целостности;

5) нормированность - определяет наличие конкретного количества характеристик и показателей технологического контроля, методов и оценки на всех этапах производства и эксплуатации технических средств;

6) универсальность – определяет единую основу при формулировании требуемых условий выполнения контроля. В качестве такой базы принимают технологические стандарты, технические условия (ТУ) и нормативно-справочные документы.

Совокупность этих принципов определяет технологический контроль, как единую систему.

Средство измерений - это техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормализованные метрологические характеристики.

Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Различают однозначные меры, многозначные меры и наборы мер. Однозначная мера воспроизводит физическую величину одного размера, например: нормальный элемент, конденсатор постоян­ной емкости, гиря. Многозначная мера воспроизводит ряд значений одноименных физических величин различного размера (конденсатор переменной емкости, вариометр индуктивности, линейка с миллиметровыми делениями и т. п.). Набор мер представляет собой специально подобранный комплект мер для воспроизведения ряда значений одноименных величин различного размера, причём меры могут применяться как отдельно, так и в различных сочетаниях. Примерами набора мер являются магазины сопротивлений, емкостей, набор гирь. Магазин мер - это набор мер, конструктивно объединенных в одно целое.

Измерительные приборы – это средства измерений, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации, т. е. информации о значениях измеряемой величины в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Измерительные приборы могут быть классифицированы по различным признакам. Измерительные приборы подразделяются на аналоговые, показания которых являются непрерывной функцией измеряемой величины, цифровые, которые автоматически вырабатывают дискретные сигналы измерительной информации и дают показания в цифровой форме. Измерительные приборы подразделяются также на показывающие, которые допускают только считывание показаний оператором, и регистрирующие, в которых предусмотрена регистрация показаний. Регистрирующие приборы подразделяются на самопишущие - с записью показаний в форме диаграммы, на которой может быть воспроизведена непрерывная функция измеряемой величины, и печатающие, в которых предусмотрено печатание показаний в цифровой форме.

Для получения результата измерения физической вели­чины обязательно должна участвовать мера. У большинства приборов прямого действия, в которых входная величина преобразуется в одном направлении от входа до указателя, роль меры выполняет специальное устройство, откалиброванное с помощью меры при изготовлении прибора. В приборах сравнения производится непосредственное сравнение входной величины с мерой. Примерами приборов сравнения являются мосты, потенциометры, весы.

По роду измеряемой величины приборы делятся на амперметры - для измерения тока; вольтметры - для измерения напряжения; омметры - для измерения сопротивления и т.д.

По характеру применения приборы разделяются на стационарные (щитовые), корпуса которых приспособлены для жесткого крепления на месте установки, и переносные, корпуса которых не предназначены для жесткого крепления на месте установки.

В зависимости от степени защищенности приборы бывают обыкновенными, пыле-, водо-, брызгозащищенными, герметическими и др.

Измерительные преобразователи - это средства измерений, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающиеся непосредственному восприятию наблюдателем. Измерительный преобразователь имеет вход, на который подается преобразуемая величина х (входная величина). Выходная величина преобразователя у (преобразованная величина) связана с входной зависимостью у=F(x), которая называется функцией преобразования.

Существуют также преобразователи с несколькими входами, на которые подаются величины х1, х2,…хn. В этом случае y=F(х1, х2,…хn), т. е. реализуется зависимость у от всех входных величин или от одной какой-либо величины при неизменных остальных.

Функция преобразования качественно отражает связь между выходной и входной величинами измерительного преобразователя. Для отражения количественной связи между ними вводят градуировочную характеристику - зависимость между значениями величин на выходе и входе измерительного преобразователя - составленную в виде таблицы, графика или формулы. Если в измерительной цепи имеется несколько последовательно включенных измерительных преобразователей, то первый из них, к которому непосредственно подводится измеряемая величина, называется первичным измерительным преобразователем.

В зависимости от характера преобразуемых величин электрические измерительные преобразователи, т. е. преобразователи с электрической входной и (или) выходной величиной, подразделяются на преобразователи: электрических величин в электрические величины; неэлектрических величин в электрические, называемые также датчиками; магнитных величин в электрические и электрических величин в неэлектрические.

В зависимости от назначения измерительные преобразователи подразделяются на масштабные, предназначенные для изменения значения величины в заданное число раз, и преобразователи рода величины. К масштабным относятся шунты, делители напряжения, измерительные трансформаторы, измерительные усилители и т. д. Применение этих преобразователей позволяет производить измерения относительно больших токов и напряжений приборами, имеющими меньшие пределы измерений, и, наоборот, измерять малые токи и напряжения приборами, предназначенными для из­мерения больших токов и напряжений.

К преобразователям электрической величины в электрическую относятся, например, преобразователи: электрических величин в цифровой код; напряжение в частоту и период электрических колебаний; активной мощности в постоянное напряжение и т. д. Примером преобразователей неэлектрических величин в электрические могут служить термоэлектрические преобразователи, терморезисторы, тензорезисторы, индуктивные преобразователи и т. д. При помощи этих преобразователей входная неэлектрическая величина (температура, деформация, давление) преобразуется в электрическую величину (ЭДС, приращения электрического сопротивления и индуктивности). Примером преобразователей магнитных величин в электрические могут служить индукционные, квантовые, гальваномагнитные преобразователи. Примером преобразователей электрической величины в неэлектрическую могут быть измерительные механизмы электромеханических приборов.

По роду выходной величины измерительные преобразователи неэлектрических величин в электрические подразделяются на генераторные, у которых входная величина преобразуется в ЭДС или ток, и параметрические, у которых входная величина преобразуется в один из параметров электрической цепи R, L, С или М.

Измерительный преобразователь в совокупности с измерительным прибором представляет измерительное устройство.

Измерительной установкой называют совокупность функционально объединенных средств измерений (мер измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств. Она предназначена для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем, и расположена в одном месте. Примерами измерительных установок могут служить установки, предназначенные для градуировки и поверки электроизмерительных приборов и для испытаний магнитных материалов.

Измерительные системы представляют собой совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи. На производстве и при проведении научно-исследовательских работ человеку часто приходится иметь дело с огромным потоком информации, т. е. получать сведения о большом количестве величин, иногда быстро меняющихся. Использование большого числа (сотни и тысячи) отдельных измерительных приборов не всегда позволяет получить нужную информацию, а информация, представленная этими приборами, не может быть воспринята и сохранена человеком в силу физиолого-психологических ограничений. Кроме того, в ряде случаев требуется математическая обработка ряда предварительных данных, что при определенных условиях не всегда может выполнить человек. Таким образом, в случае большого объема информации множество измерительных приборов может оказаться бесполезным. В этом случае на помощь приходят измерительные системы. Они предназначены для автоматического получения измерительной информации от ряда источников, а также для передачи, обработки и представления измерительной информации в той или иной форме. В измерительных системах значения измеряемых или контролируемых величин преобразуются в унифицированные (однородные) сигналы, что позволяет многократно использовать некоторые функциональные блоки системы (например, измерительный усилитель), т. е. одними и теми же элементами системы производить обработку, а в некоторых случаях и передачу сигналов измерительной информации.

Измерительные системы, которые обслуживают объект, находящийся от них на значительном расстоянии, называются телеизмерительными. В телеизмерительных системах используется передача измерительной информации по про­водам и радиоканалам.

Измерительную систему, в которой предусмотрена возможность представления информации оператору, называют информационно-измерительной системой. Если в состав измерительной системы входит свободно программируемая ЭВМ, то система называется измерительно-вычислительным комплексом.