Профессор В. Н. МИЗГАЙЛОВ МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦ ИЯ И

Профессор В. Н. МИЗГАЙЛОВ МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦ ИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ В ЭЛЕКТРОНИКЕ СЛАЙД-КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ГГТУ им. П. О. СУХОГО Гомель –

Основная и дополнительная литература по дисциплине 1. К. Б. Классен. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. Москва: Постмаркет, 2000. -352 с. 2. Метрология и электро-радиоизмерения в телекоммуникационных системах: учебник для вузов/ В. И. Нефедов, В. И. Хахин, Е. В. Федорова и др. ; Под ред. В. И. Нефедова. — М. : Высш. шк. , 2001. -383 с. : ил. 3 3. Д. Ф. Тартаковский, А. С. Ястребов. Метрология, стандартизация и технические средства измерений: Учеб. для вузов. -М. : Высш. шк. , 2001. — 205 с. : ил.

4. Г. Г. Раннев, А. П. Тарасенко. Методы и средства измерений: Учебник для вузов. — М. : Издательский центр «Академия» , 2003. – 336 с. 5. Г. Г. Раннев, А. П. Тарасенко. Методы и средства измерений физических величин. — М. : Изд-во МГОУ, 2001. 6. Информационно-измерительная техника и технологии/ В. И. Калашников, С. Ф. Нефедов, и др. ; Под ред. Г. Г. Раннева. -М. ; Высш. Шк. ,

7. Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах/ Под редакцией д-ра техн. наук, профессора В. И. Нефедова/-М. : Высш. шк. , 2005 8. Электрические измерения/Под ред. Малиновского/- М. : Высш. шк. , 1985. 9. Методы электрических измерений: учебное пособие для вузов/ Л. Г. Журавин и др. ; под ред. Цветкова Э. И. — Л. : Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1990.

ЛИТЕРАТУРА ПО МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ ТЕРМИНОЛОГИИ

ВВЕДЕНИЕ Прогресс общества прямо определяется уровнем развития точных наук, предметом которых является установление объективных закономерностей материального мира и выражение их в количественной форме с определенной достоверностью. .

В качестве единственно возможного способа достижения данных целей выступает измерительный эксперимент

В каждой области человеческой деятельности (науке, технике, промышленности, медицине, быту и т. п. ) 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 неэлектрические (например, механические, тепловые, химические) и электрические (например, ток, напряжение, сопротивление электрическая емкость).

Неэлектрических физических величин значительно больше, однако значительную их часть можно и целесообразно измерять методами и средствам электрических измерений (рис. В. I )

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 термо. ЭДС, которая затем измеряется, например, милливольтметром.

Сегодня широко распространены различные измерители неэлектрических величин, основанные на электрических методах преобразования информации: термометры, расходомеры, газоанализаторы, тахометры, измерители массы, перемещения, скорости движения и ускорения……

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.

Электрические методы и средства измерения электрических и неэлектрических величия играют ведущую роль в деле получения первичной информации об окружающем нас мире, о различных технологических объектах и процессах.

Исторический аспект. . Уровень развития современной науки не позволяет однозначно ответить на вопросы: когда сформировалась планета Земля и когда на ней появился человек. По разным данным возраст нашей планеты — от одного до десяти миллиардов лет.

Считается, что человек как разумное существо ( Homo sapiens ) ) живет на Земле 1. . . 10 млн лет. В течение многих веков существования человечество прошло несколько основных этапов своего развития, причем это развитие происходило очень неравномерно.

Неравномерность развития человечества в логарифмическом масштабе Годы (логарифмическая шкала)

Считается, что этот процесс напоминает экспоненту с каждым новым тысячелетием, веком, десятилетием человечество прогрессирует все стремительнее. Известно, что объем научных знаний, объем накопленной информации в мире каждые десять лет удваивается.

Если взять за основу даже самый скромный возраст человечества — один миллион лет — и представить его линейным отрезком длиной один метр, то всего лишь несколько последних миллиметров (во времени — тысячелетий) будут соответствовать активному культурному, научному и техническому развитию.

В течение этих четырех-пяти тысячелетий в основном сформировался человек культурный. . Эти несколько миллиметров вместили в себя рождение и развитие философии, искусств и религий разных народов; многочисленные войны и революции; величайшие научные открытия и изобретения (создание египетских пирамид, изобретение колеса, шахмат, пороха, письменности и др. ).

Несколько последних веков (доли последнего миллиметра) особенно интересны для рассмотрения, поскольку именно на этом интервале времени произошли важнейшие изменения в науке, технике и промышленности, связанные с изучением и применением электричества.

В эти годы зарождаются и затем получают широкое распространение электротехника и электроизмерительная техника. На этом этапе исторического развития сформировался человек электротехнический.

Проявления электричества и магнетизма в природе были известны издавна. Человек, конечно, замечал атмосферные электрические разряды — молнии; наблюдал эффекты электрических зарядов в животном мире; отмечал, что трением можно изменять свойства некоторых предметов так, что они станут притягивать другие; иногда находил естественные магниты, которые притягивали железо.

Однако серьезное изучение и практическое использование электрических и магнитных явлений началось сравнительно недавно — несколько десятилетий тому назад.

ХХ VIII в. может быть назван веком начала активного интереса исследователей многих стран к различным проявлениям электричества и магнетизма и, как следствие, веком бурного развития необходимых для их изучения методов и средств измерений.

Один из выдающихся деятелей русской науки М. В. Ломоносов считается основоположником изучения электрических явлений в России, автором первой теории электричества. Электрические измерения берут свое начало с середины Х VV III в. Российский академик Г. В. Рихман и и его коллега М. В. Ломоносов были пионерами электрических измерений.

В 40 -х гг. Х VV III в. в результате исследований в области атмосферного электричества они создали первые в мире электроизмерительные приборы, которые давали количественную оценку электрической величины — заряда атмосферного электричества. Эти приборы напоминали сегодняшние школьные электроскопы, но имели отсчетное устройство — шкалу и указатель (подвижный электрод — стрелку).

«Указатель електрической силы» , 29. 03. 1745 г. 1 -льняная нить; 2 -металл. линейка; 3 -деревянный квадрант(шкала)

С середины Х VIII до конца ХIХ в. были сделаны основные открытия и конкретные разработки в деле изучения и практического применения электричества и магнетизма, заложены основы будущих электротехники и электрических измерений. В конце Х VIII — начале Х II Х в. учеными разных стран были выполнены обстоятельные исследования и многочисленные эксперименты.

Работы английского физика Д. П. Джоуля, французского инженера Ш. О. Кулона , , итальянского профессора Л. Гальвани , , английского ученого М. Фарадея позволили понять возможности и основные закономерности взаимодействия электричества и магнетизма. Первый источник непрерывного электрического тока ( «Вольтов столб» ) был создан профессором физики итальянцем А. Вольта

Французский ученый А. М. Ампер ввел в практику исследований термин «электрический ток» и понятие «направление электрического тока» . Немецким физиком Г. С. Омом в в первой трети ХIХ в. были экспериментально доказаны и теоретически обоснованы основные закономерности электрической цепи и зависимость напряжения от тока в цепи и ее сопротивления.

Профессор Берлинского университета Г. Р. Кирхгоф в 1845 г. сформулировал основные законы для разветвленных электрических цепей. Неоценимый вклад в мировую науку об электричестве и магнетизме, электротехнику, становление электрических измерений внесли российские ученые.

Академик Э. Х. Ленц сделал ряд основополагающих открытий в области электротехники (явление электромагнитной индукции, принцип обратимости электрических машин, эффект теплового проявления текущего через проводник тока и др. ).

Теоретические и экспериментальные исследования закономерностей электрических разрядов, выполненные профессором физики академиком В. В. Петровым, позволили впервые показать и доказать возможность практического применения электричества для освещения, а также для плавки и сварки металлов.

Вторая половина ХIХ в. ознаменована растущим интересом к промышленному использованию электрической энергии, который привел к необходимости всерьез развивать методы и средства электрических измерений. .

В это время известным русским электротехником М. О. Доливо-Добровольским были разработаны и изготовлены измерительные приборы электромагнитной, электродинамической и индукционной систем , т. е. был заложен фундамент для создания основных, наиболее массовых сегодня, типов электромеханических амперметров, вольтметров, ваттметров, фазометров.

Доливо-Добровольски й Михаил Осипович 1862 -1919 гг.

Фазометр М. О. Доливо- Добровольского 1 -диск металл. 2 -катушка с током. 3 — катушка «напряжения»

Работы выдающегося физика А. Г. Столетова в области магнитных измерений, академика Б. С. Якоби (иностранца, отдавшего российской науке почти сорок лет жизни) в области измерения сопротивления электрических цепей обеспечили дальнейшее развитие этого направления. В течение Х VV III в. в основном сформировалось направление электромеханических измерительных приборов для статических измерений.

В ХIХ в. появляются первые средства динамических измерений — самопишущие приборы. С изобретением электронной вакуумной лампы и электронно-лучевой трубки (конец ХIХ — начало ХХ в. ) начинается развитие электронной техники. Разрабатываются первые электронно-лучевые осциллографы, ставшие основным инструментом динамических измерений для многих исследователей на долгие годы.

Бурное развитие электроизмерительной техники объективно и неизбежно привело к необходимости разработки метрологических основ этого направления, обеспечения единства электрических измерений.

До конца ХIХ в. в разных странах мира и разных областях деятельности человека использовалось множество различных единиц для оценки одних и тех же физических величин: версты, мили, сажени, разнообразные футы, ярды, аршины; многочисленные фунты, меры, унции, золотники; градусы Фаренгейта, Реомюра и Цельсия и т. п.

В Европе в конце Х VV III в. использовались несколько десятков различных по размеру футов (единиц длины), десятки различных миль, более сотни различных фунтов (единиц массы). Кроме того, не было единообразия в дольных и кратных единицах.

Аналогичная ситуация сложилась и в молодой тогда электроизмерительной технике. Трудно представить себе, что еще сравнительно недавно, в 1880 г. , в мировой практике электрических измерений применялись пять разных единиц электрического тока, восемь единиц электродвижущей силы (ЭДС) и напряжения, а единиц электрического сопротивления — пятнадцать.

Все это было серьезным препятствием для взаимопонимания между исследователями разных стран и направлений науки, техники, промышленности; являлось помехой нормальному развитию электротехники и электроизмерительной техники.

Требовалось срочно переходить к единой системе единиц электрических величин, что и было сделано в 1881 г. на состоявшемся в Париже Первом Международном конгрессе по электричеству

На рубеже ХIХ и ХХ вв. усилиями выдающегося русского ученого, основоположника отечественной метрологии д. И. Менделеева при Главной палате мер и весов в Санкт-Петербурге было создано отделение для поверки электроизмерительных приборов.

Это событие положило начало обстоятельному развитию стандартизации и метрологии электрических измерений в России. Уже в самом начале ХХ в. российские ученые и инженеры приступили к созданию первых эталонов ома и вольта.

Еще в конце ХIХ в. появились первые электронные вакуумные устройства — лампы. В 1897 г. в России М. А. Шателен изобрел электронно-лучевую трубку, что позволило создать электронно-лучевой осциллограф. В те же годы М. А. Шателеном было написано первое учебное пособие по электрическим измерениям.

Первая интегральная схема (микросхема) появилась в 1961 г. В 1971 г. был разработан первый микропроцессор — большая интегральная схема с программируемыми функциями. Микропроцессор является фундаментом современной вычислительной и измерительной техники, основой множества электронных систем, систем управления и бытовой техники.

Микропроцессоры сильно изменили возможности измерительной аппаратуры, сделали ее «интеллектуальной» . В 80 -х гг. ХХ в. появляются и быстро распространяются по всему миру персональные компьютеры, ставшие важным элементом различных высокопроизводительных автоматизированных информационно-измерительных устройств, комплексов, систем, а также систем управления.

Вторая половина ХХ в. ознаменована стремительным развитием цифровых, микропроцессорных, компьютерных средств измерений, активным применением компьютерных технологий, разнообразных алгоритмов преобразования и представления измерительной информации.

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, цифрового анализа сигналов, метрологии.

Основная тенденция развития электроизмерительной техники — дальнейшее совершенствование метрологических характеристик (как статических, так и динамических) средств измерений.

Всегда актуальны в задачах измерений: повышение точности, чувствительности, разрешающей способности; расширение диапазонов возможного изменения измеряемых величин; увеличение степени подавления помех; повышение быстродействия средств измерений.

В современной измерительной технике все чаще применяются методы автоматической компенсации систематических погрешностей и эффективного уменьшения случайных.

Не менее важным сегодня является и совершенствование эксплуатационных характеристик : : повышение надежности; расширение возможных диапазонов влияющих величин; обеспечение многофукциональности;

внедрение автоматической диагностики внутренних узлов аппаратуры; обеспечение достаточно высоких уровней пыле- и влагозащищенности; защищен�