Автоматизация измерений физических величин: этапы развития

 

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

 

Кафедра 207

 

 

 

 

 

Реферат

по дисциплине

«Автоматизация измерений, испытаний и контроля»

 

 

 

                   АВТОМАТИЗАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

ФИЗИЧЕСКИХ  ВЕЛИЧИН:

ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

студентка гр. 02-406

Бухтоярова В.И.

Проверила:

Монахова В.П.

 

 

 

 

Москва, 2013

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. Введение………………………………………………………………………..3

2. Термины и определения……………………………………………………..4-7

3. Автоматизация измерений: этапы развития

   3.1 Аналоговые индуцирующие и регистрирующие устройства………...8-10

   3.2 Информационные измерительные системы……………………….……..10

 3.3 Измерительно-вычислительные комплексы …………………………10-12

 3.4 Применение микропроцессоров в измерительных приборах ...…….13-14 

 3.5 Цели и задачи автоматизации средств измерений             

       физических  величин……………………………………………………14-15                        

4. Заключение…………………………………………………………………….16

5. Список использованных источников………………………………………...17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Измерение - один из важнейших путей познания природы человека. Они играют значительную роль в современном обществе. Наука, техника и промышленность не могут существовать без измерений. Каждую секунду в мире производится 1 млрд. измерительных операций, результаты которых используются для обеспечения технического уровня и необходимого качества продукта, безопасности работы транспорта и т.д. Практически нет ни одной сферы деятельности, где бы не использовались результаты измерений. Диапазоны измеряемых величин постоянно растут. Например, длина измеряется в диапазоне от 10^-10 до 10^-17 метра, температура - от 0,5 до 10⁶ К, сопротивление - от  10^-26 до 10¹⁶ Ом, сила тока - от 10^-16 до 10⁴ А. С ростом диапазона измеряемых величин возрастает и сложность измерения. Измерения по сути своей перестают быть одноактивным действием, превращают сложную процедуру подготовки эксперимента, интерпретации измеренной информации. В этом случае следует говорить об измерительных технологиях понимающихся как последовательность действий направленных на получение измерительной информации. Другой фактор, подтверждающий фактор измерений - их значимость. Основой любой формы управления, анализа, планирования, контроля и регулирования является достоверная исходная информация, которая может быть получена путём измерения физических величин, параметров и показателей. Только высокая и гарантированная точность результатов измерений может обеспечить правильность применяемых решений.

Современный уровень науки и  техники позволяет выполнять многочисленные и точные измерения однако затраты на них равны затратам на исполнительные операции. Важной задачей метрологии как науки является создание эталонов физических величин имеющих диапазон необходимый для современной науки и техники. Эти эталоны постоянно совершенствуются с учётом последних открытий науки. Стоимость поддержания мировой системы эталонов высока. Сотрудничество с зарубежными странами совместная разработка научных программ. Её высокая точность, качество и достоверность единообразия принципов и способов оценки и точность измерения имеет огромное значение. Важную роль в использовании достижений в метрологии в промышленности играют нормативные документы.

Автоматизация измерений позволила  значительно облегчить проведение измерительных процессов, повысить точность, качество измерений. Рассмотрев основные этапы развития автоматизации средств измерения физических величин, можно поставить цели для прогресса. Как менялись автоматизированные средства измерения? Какие достоинства и недостатки имели средства измерения на различных этапах? Каким будет следующий этап развития? Каких целей можно достичь? В данной работе рассмотрены возможные ответы на эти вопросы.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

 

 

2.1 Физическая величина – одно  из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них. [1]

 

2.2 Измеряемая физическая величина  – физическая величина, подлежащая измерению, измеряемая или измеренная в соответствии с основной целью измерительной задачи. [1]

 

2.3 Значение физической величины  – количественная определенность  физической величины, присущая конкретному  материальному объекту, системе,  явлению или процессу. [1]

 

2.4 Измерение физической величины  – совокупность операций по  применению технического средства, хранящего единицу физической  величины, обеспечивающих нахождение  отношения (в явном или неявном  виде) измеряемой величины с ее  единицей и получение значения этой величины. [1]

 

2.5 Средство измерений – техническое  средство, предназначенное для измерений,  имеющее нормированные метрологические  характеристики, воспроизводящее и  (или) хранящее единицу физической  величины, размер которой принимают  неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. [1]

 

2.6 Метод измерений – прием  или совокупность приемов сравнения  измеряемой физической величины  с ее единицей в соответствии  с реализованным принципом измерений. [1]

 

2.7 Принцип измерений – физическое явление или эффект, положенное в основу измерений. [1]

 

2.8 Прямое измерение – измерение,  при котором искомое значение  физической величины получают  непосредственно. [1]

 

2.9 Косвенное измерение – определение  искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной. [1]

 

2.10 Градуировка средств измерений  – определение градуировочной  характеристики средства измерений. [1]

 

2.11 Метод непосредственной оценки – метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений. [1]

 

2.12 Нулевой метод измерений –  метод сравнения с мерой, в  котором результирующий эффект  воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля. [1]

 

2.13 Дифференциальный метод измерений  – метод измерений, при котором  измеряемая величина сравнивается  с однородной  величиной, имеющей  известное значение, незначительно  отличающееся от значения измеряемой  величины, и при котором измеряется разность между двумя этими величинами. [1]

 

2.14 Чувствительность средства измерений  – свойство средства измерений,  определяемое отношением изменения  входного сигнала этого средства  к вызывающему его изменению  измеряемой величины. [1]

 

2.15 Точность результата измерений  – одна из характеристик качества  измерения, отражающая близость  к нулю погрешности результатов  измерения. [1]

 

2.16 Шкала средства измерений  – часть показывающего устройства  средства измерений, представляющая собой упорядоченный ряд отметок вместе со связанной с ними нумерацией. [1]

 

2.17 Погрешность результата измерения  – отклонение результата измерения  от истинного (действительного)  значения измеряемой величины. [1]

 

2.18 Погрешность средства измерений  – разность между показанием средства измерений и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины. [1]

 

2.19 Измерительный преобразователь - техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи.

Примечания 

1. ИП или входит в состав  какого-либо измерительного прибора  (измерительной установки, измерительной системы и др.), или применяется вместе с каким-либо средством измерений.

2. По характеру преобразования  различают аналоговые, цифро-аналоговые, аналого-цифровые преобразователи. По месту в измерительной цепи различают первичные и промежуточные преобразователи. Выделяют также масштабные и передающие преобразователи. [1]

 

2.20 Датчик – конструктивно обособленный  первичный преобразователь, от  которого поступают измерительные  сигналы (он «дает» информацию). [1]

 

2.21 Измерительная цепь – совокупность  элементов средств измерений, образующих непрерывный путь прохождения измерительного сигнала одной физической величины от входа до выхода. [1]

 

2.22 Чувствительный элемент средства  измерений – часть измерительного  преобразователя в измерительной  цепи, воспринимающая входной измерительный сигнал. [1]

 

2.23 Регистрирующее устройство средства  измерений – совокупность элементов  средства измерений, которые регистрируют  значение измеряемой или связанной  с ней величины.

 

2.24 Диапазон измерений средства  измерений – область значений величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерений. [1]

 

2.25 Самопишущий прибор – прибор, записывающий или регистрирующий  мгновенные эффективные (действующие)  или средние значения, которые  последовательно принимает измеряемая величина. [1]

 

2.26 Измерительная цепь (самопишущего  прибора прямого действия) – электрическая  цепь, которая при подаче на  нее напряжения или тока обеспечивает  самостоятельно или в сочетании  с другой цепью отклонение  подвижной части измерительного прибора. [1]

 

2.27 Время успокоения – время от первого достигнутого показания до установившегося в центре зоны окончательного показания при скачкообразном изменении измеряемой величины от нуля (обесточенное состояние) до такого значения, когда окончательно установившееся показание составит определенную пропорциональную часть от длины шкалы. [1]

 

2.28 Класс точности - группа измерительных приборов и (или) вспомогательных частей, которые удовлетворяют определенным метрологическим требованиям, предназначенным сохранить допускаемые погрешности и изменения показаний в установленных пределах. [1]

 

2.29 Выталкивающее усилие - максимальное усилие на пустом столе установки, развиваемое виброустановкой при отработке соответствующего профиля: на синусоидальном профиле – максимальным амплитудным значением, на профиле широкополосной случайной вибрации – среднеквадратическим значением усилия, на ударном профиле – максимальным ударным усилием.[4]

 

2.30 Допустимый опрокидывающий момент – момент, возникающий при приложении усилия в том случае, когда центр тяжести образца не совпадает с осью приложения усилия – осью стола и арматуры электродинамической установки. [4] 

 

2.31 Испытания на воздействие синусоидальной вибрации - качания частот, в котором частота меняется непрерывно в соответствии с регламентом испытаний, фиксированной частоты, испытания на резонансных частотах. Синусоидальные виброиспытания проводят в рамках промышленных стандартов на виброиспытания, включающих исследования динамических характеристик образцов, как в стандартах JIS и IEC испытаний на резонансных частотах, где можно измерять и отслеживать прохождение резонансных частот автоматически и проводить синусоидальные виброиспытания на выносливость.

Отечественные стандарты в подавляющем большинстве ориентированы на данный вид вибрации. [4]

 

2.32 Максимальная виброскорость - максимальное значение скорости (м/с) развиваемое на пустом столе установки при отработке соответствующего профиля: на синусоидальном профиле – максимальным амплитудным значением виброскорости, на профиле широкополосной случайной вибрации – среднеквадратическим значением, на ударном профиле – максимальной ударной скоростью. [4] 

 

2.33 Максимальная (допустимая) нагрузка - максимально допустимая нагрузка на неподвижный стол виброустановки (кг). С помощью эталонного веса, равного максимально допустимой нагрузке на вибростол определяется герметичность пневматической подушки, поддерживающей подвижные части. При установленной на вибростол нагрузке не допускается изменения уровня положения вибростола не более чем на 2 мм. [4] 

 

2.34 Максимальное ускорение - максимальное значение ускорения (м/c²) развиваемое на пустом столе установки при отработке соответствующего профиля: на синусоидальном профиле – максимальным амплитудным значением виброускорения, на профиле широкополосной случайной вибрации – среднеквадратическим значением, на ударном профиле – максимальным ударным ускорением. Значение ускорения является результатом деления выталкивающего усилия и массы подвижных частей актюатора. [4] 

 

2.35 Максимальный ход - значение максимального хода в мм рабочей части установки. Это значение определяется допустимым ходом подвижных частей вибратора и выражается значением удвоенной амплитуды (расстоянием между верхней и нижней мертвыми точками). [4]