книга в верде после распозна (Евтихеева Н.Н. - Измерение электрических и неэлектрических)

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие ..........................................

Глава первая. Общие сведения об электрических измерениях и электроиз­мерительной аппаратуре...................................

1.1. Основные понятия и определения.....................

12. Виды и методы измерений.........................

1.3. Погрешности измерений ..........................

1.4. Причины возникновения и способы исключения систематиче­ских погрешностей.............................

1.5. Оценка случайных погрешностей.....................

1.6. Основные характеристики измерительных приборов и преоб­разователей ..................................

1.7. Эталоны, образцы и рабочие меры....................

Глава вторая. Электроизмерительные приборы и измерения электрических величин.............................................

2.1. Общие сведения об аналоговых электромеханических приборах . .

- 'у-2.2. Магнитоэлектрические приборы......................

2.3. Магнитоэлектрические приборы с преобразователем переменно­го тока в постоянный............................

^•2.4. Электродинамические приборы .......................

/25. Электростатические приборы .......................

'-2.6. Электромагнитные приборы........................

2.7. Электронные аналоговые вольтметры..................

2.8. Компенсаторы.................................

2.9. Измерительные мосты......................

'■-/2.10. Цифровые измерительные приборы...................

2.11. Осциллографы................................

2.12. Измерение параметров электрических сигналов............

2.13. Измерение параметров электрических цепей..............

Глава третья. Измерение магнитных величин......................

3.1. Измерение магнитного потока, магнитной индукции и напряжен­ности постоянного магнитного поля...................

3.1.1. Использование измерительной катушки............

3.1.2. Использование гальваномагнитных преобразователей ...

3.1.3. Использование преобразователей на основе ядерного маг­нитного резонанса .........................

3.2. Характеристики магнитных материалов.................

3.2.1. Статические характеристики.................-. .

-У 3.2.2. Динамические характеристики .................

3.3. Определение статических характеристик магнитных материа­лов ........................................

3.4. Определение динамических характеристик магнитных мате­риалов .........................,...........

Глава четвертая, измерение неэяектрнческкх величин................

4.1. Структурные схемы приборов для измерения неэлектрических величин....................■.................

4.1.1. Последовательное соединение преобразователей.......

4.1.2. Дифференциальные схемы соединения преобразователей .

4.1.3. Логометрические схемы соединения преобразователей . . 122

4.1.4. Компенсационные схемы включения преобразователей . . 123

4.2. Преобразователи неэлектрических величин...............126

4.2.1. Реостатные преобразователи...................126

42.2. Тензорезисторные преобразователи ..............131

4.2.3. Емкостные преобразователи...................137

4 42.4. Пьезоэлектрические преобразователи.............142

42.5. Индуктивные преобразователи.................148

42.6. Трансформаторные преобразователи..............155

J 42.1. Индукционные преобразователи ................161

4.2.8. Магнитоупругие преобразователи................167

4.2.9. Термоэлектрические преобразователи.............172

^- 42.10. Терморезисторы ..........................177

4J2.11. Фотоэлектрические преобразователи..............181

42X2. Ионизационные преобразователи................187

4.2.13. Электрохимические преобразователи ..............191

42.14. 'Датчики ГСП для измерения теплоэнергетических ве­личин.................................196

4.3. Измерение неэлектрических величин...................203

4.3.1. Измерение основных механических величин.........203

4.3.2. Измерение температуры , .у v..................224

4.3.3. Измерение расхода жидкостей и газов.............231

4.3.4. Измерение концентрации.....................237

Глава пятая. Измерительные информационные системы ..............245

5.1. Общие сведения об измерительных информационных системах ..245

5.2. Измерительная информация, методы ее преобразования и пере­дачи .......................................254

5.3. Количественное определение измерительной информации......274

5.4. Обработка информации в ИИС......................284

5.5. Специфические блоки и узлы ИИС....................300

5.6. Структуры ИИС................................320

5.7. Построение ИИС на базе агрегатных комплексов...........327

5.8. Комплекс КАМАК..............................332

Приложение 1.........................................341

Приложение 2.........................................343

Список литературы.........................".............348

ПРЕДИСЛОВИЕ

Задачи интенсификации производства, стоящие перед про­мышленностью и наукой нашей страны, требуют создания новых и со­вершенствования имеющихся технологических процессов и материалов, строгого контроля качества продукции. Возрастает роль измерений как в научном эксперименте, так и на производстве. Это в полной мере от­носится к измерениям электрических и неэлектрических величии, мето­ды которых имеют широкую область применения, отличаются универ­сальностью, быстродействием, совместимостью с новыми техническими средствами.

Новые возможности открылись перед измерительной техникой после появления микропроцессоров, применение которых позволило не толь­ко существенно увеличить точность и быстродействие приборов, расши­рить их функциональные возможности, но и разработать качественно новые "интеллектуальные" устройства, способные производить управ­ление процессом измерения, автоматически выбирать необходимый диапазон измерений, осуществлять автокалибровку, обрабатывать ре­зультаты измерения и представлять их оператору в упорядоченной фор­ме. Имеется также возможность объединения нескольких взаимно до­полняющих приборов вместе с ЭВМ в единый информационно-вычисли­тельный комплекс.

Усложнение технологических циклов привело к необходимости од­новременного определения большого числа параметров и физических величин, возросла роль динамических измерений. Автоматизация слож­ных производственных процессов неразрывно связана с применением информационно-измерительных систем, обеспечивающих получение опе­ративной измерительной информации в должном объеме и эффективное управление течением технологического процесса.

Указанные тенденции в измерении электрических и неэлектрических величин получили должное отражение в ряде учебников и учебных по­собии, изданных в последние годы. Среди них "Электрические изме­рения" под ред. А.В. Фремке и Е.М. Душина, "Электрические измере­ния" под ред. В.М. Малиновского, "Электрические измерения неэлектри­ческих величин" под ред. П.В. Новицкого и ряд других, указанных в списке литературы.

Данная книга предназначена для студентов, обучающихся по специаль­ности "Информационно-измерительная техника", и имеет свои специ­фические особенности. Распределение материала в ней существенно смещено в сторону более углубленного (по сравнению с обычным для курсов электрических измерений, предназначенных для электротех­нических специальностей) изложения вопросов, связанных с устройст­вом измерительных преобразователей и измерением неэлектрических величин. По мнению авторов, оправдано также увеличение объема отве­денного описанию измерительных информационных систем, играющих столь важную роль в современной автоматике и телемеханике.

Главы 1—3 написаны Н.Н. Евтихиевым и В.Ф. Папуловским, гла­ва 4 — В.Н. Скугоровым, глава 5 — Н.Н. Евтихиевым и Я.Я. Купер-шмидтом.

Авторы выражают глубокую благодарность сотрудникам кафедры информационно-измерительной техники МЭИ (зав. кафедрой проф. В.Н. Малиновский и проф. Г.Г. Ранневу за конструктивную крити­ку и замечания, сделанные при рецензировании книги, а также проф. Шенброту И.М., редакторская работа которого много способствовала повышению качества книги.

Авторы будут признательны за все пожелания и критические замеча­ния по содержанию книги и просят присылать их по адресу: 113114, Москва, Шлюзовая наб., д. 10, Энергоатомиздат.

Авторы

Гпава первая

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЯХ И ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЕ

1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Термины и определения основных понятий метрологии нор­мированы ГОСТ 16263-70 и приводятся ниже в соответствии с этим до­кументом.

Измерением называется нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Результат измерения есть значение физической величины, найденной путем ее измерения.

Измерения основаны на некоторой совокупности физических явле­ний, представляющих собой принцип измерений. Они осуществляются при помощи технических средств измерений, используе­мых при измерениях и имеющих нормированные метрологические па­раметры.

Средства измерений делятся на меры, измерительные преобразовате­ли, измерительные приборы, измерительные установки и измерительные системы.

Мера — средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера (например, единицы измере­ния, ее дробного или кратного значения).

Измерительный преобразователь — средство измерений для выработ­ки сигнала измерительной информации в форме, удобной для переда­чи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем.

Кроме термина "первичный измерительный преобразователь" исполь­зуется близкий к нему термин — "датчик". Электрический датчик — это один или несколько измерительных преобразователей, служащих для преобразования измеряемой неэлектрической величины в электричес­кую и объединенных в единую конструкцию.

Термин датчик обычно применяют в сочетании с физической величи­ной, для первичного преобразования которой он предназначен: датчик давления, температуры, мощности и т.д.

Измерительный прибор — средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Измерительная установка — совокупность функционально объеди­ненных средств измерений, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем и расположенная в одном месте. Измеритель­ная установка может содержать в своем составе меры, измерительные приборы, а также различные вспомогательные устройства.

В связи с усложнением технологических процессов в современной промышленности для их эффективного контроля и оптимального управ­ления ими требуется получение информации о большом числе парамет­ров объектов, а также оперативная обработка этой информации. Это привело к появлению и развитию сложных систем, предназначенных для автоматического сбора и переработки информации. Такие системы по­лучили название измерительных систем. Измерительная система — это совокупность средств измерений (мер, измерительных приборов, изме­рительных преобразователей) и вспомогательных устройств, соединен­ных между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигна­лов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и (или) использования в автоматических системах управления.

Измерительная информация — это количественная оценка состояния материального объекта, получаемая экспериментально, путем сравнения параметров объекта с мерой (овеществленной единицей измерения). Без получения измерительной информации, т.е. количественных сведе­ний о значениях разнообразных физических величин, невозможны ведение технологических процессов, выработка и распределение электро­энергии, добыча и транспортировка твердого, жидкого и газообразного топлива, руды, разведка недр, управление транспортом, исследование космоса и многие другие области активной деятельности человека.

1.2. ВИДЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

По виду различают прямые, косвенные, совокупные и со­вместные измерения.

Прямым называется измерение, при котором искомое значение вели­чины находят непосредственно из опытных данных. Иными словами, здесь измеряется непосредственно та величина, значение которой необ­ходимо определить (измерение тока амперметром, массы на весах и т.п.).

При косвенном измерении искомое значение величины находят на ос­новании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям (измерение мощности постоянно­го тока амперметром и вольтметром с использованием зависимости, связывающей мощность постоянного тока с током и напряжением, нахождение плотности тела по его массе и геометрическим размерам и т.п.).

Совокупные измерения производятся одновременно над несколь­кими одноименными величинами, причем i жомые значения величин находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измере­ниях различных сочетаний этих величин. Примером совокупных измере­ний является нахождение сопротивлений двух резисторов по результа­там измерения сопротивлений последовательного и параллельного соединения этих резисторов. Искомые значения сопротивлений находят из системы двух уравнений.

Совместные измерения производятся одновременно над двумя или несколькими неодноименными величинами для нахождения зависимости между ними. Например, прямые измерения значений сопротивления терморезистора при двух различных температурах дают затем возмож­ность рассчитать значения двух коэффициентов в уравнении, опреде­ляющем зависимость сопротивления этого терморезистора от темпера­туры. В этом примере результатом совместного измерения является определение двух упомянутых коэффициентов.