Стр
Предисловие к русскому изданию.......... 5
Предисловие ................. 6
Предисловие ко второму изданию........... 7
ЧАСТЬ 1
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
о
1.1. Основные понятия и определения.......... ?
1.1.1. Сущность измерения. Основные предпосылки...... °
1.1.2. Эталоны и единицы физических величин........ ®
1.1.2.1. Длина............... |
1.1.2.2. Масса , . ,.......... *
1.1.2.3. Время............... °
1.1.2.4. Температура . . . . ........ ,°
1.1.2.5. Сила электрического тока.......... |0
1.1.2.6. Сила света.............. (^
1.1.2.7. Количество вещества........... ]®
1.1.3. Идеализированная блок-схема (общие понятия)..... г®
1.1.4. Методы измерения.............. *|
1.1.4.1. Прямые и косвенные''методы измерения...... '*
1.1.4.2. Аналоговые и цифровые методы измерения..... |1
1.1.4.3. Непрерывные и дискретные методы ....... (^
1.1.4.4. Метод отклонения и компенсационный метод..... {~
1.2. Погрешности измерений и причина погрешностей...... |*
1.2Л. Представительность измеряемой величины....... }^
1.2.1.1. Представительные величины . ........ **
1.2.1.2. Представительность результата измерения ..... "
1.2.2. Обобщенная блок-схема измерительной системы с учетом погрешностей . , , .......... 1*
1.2.2.1. Погрешность. Поправка.......... '^
1.2.2.2. Обратное воздействие процесса измерения на измеряемую величину ................ Ijj
1.2.2.3. Аддитивные внешние помехи......... 1|
1.2.2.4. Мультипликативные внешние помехи....... 1"
1.2.2.5. Внутренние помехи............ 16
1.2.3. Погрешности, связанные с процессом измерения..... 16
1.2.3.1. Влияние условий применения измерительного устройства . 16
1.2.3.2. Систематические и случайные погрешности..... 16
1.2.3.3. Статические и динамические погрешности..... 17
1.2.4. Погрешности, связанные с обработкой измереннных значений . . 17
1.2.4.1. Погрешности отсчета и квантования....... 17
1.2.4.2. Временная дискретизация.......... 13
1.2.4.3. Погрешность, обусловленная неадекватностью принятой гипотезы ......... ,„..„.. 1*
1.2.4.4. Погрешности результата измерения , ..... 18
1.2.5. Характеристики погрешностей измерительных приборов ... 18
1.2.5.1. Порог реагирования ........... 18
1.2.5.2. Вариация показаний. Гистерезис. Упругое последействие , 19
1.2.5.3. Разрешающая способность.......... 19
1.2.5.4. Стабильность нуля............ 20
1.2.5.5. Недостоверность измерения. Предел погрешности ... "О
1.2.5.6. Линейность. Поле допуска ..,..,..., 20
1.2.5.7. Классы точности.......... 21
1.3. Статические погрешности измерения ......... 21
1.3.1. Виды погрешностей............. 21
1.3.2. Описание погрешностей............ 21
1.3.2.1. Случайная погрешность отдельного измерения .... 21
1.3.2.2. Случайная погрешность среднего значения..... 24
1.3.2.3. Систематическая погрешность. Градуировка..... 25
1.3.3. Распространение погрешностей.......... 26
1.3.3.1. Систематические погрешности......... 26
1.3.3.2. Случайные погрешности.......... 26
1.3.3.3. Предел погрешности........... 27
1.3.4. Методы обработки, связанные со статистическими погрешностями . 27 1.3.4.1- Проверка гипотезы нормальности распределения .... 27
1.3.4.2. Грубые погрешности измерения........ 28
1.3.4.3. Различие средних значений.......... 29
1.3.4.4. Линейная регрессия............ 30
1.3.4.5. Линейная корреляция........... 32
35. Автоматическая коррекция погрешности........ 34
1.35.1. Принцип экранирования помех......... 34
1.3.5.2. Принцип компенсации погрешности ......... 34
13.53. Принцип обратной связи.......... 35
.4 Динамические погрешности измерении........'. 36
.41. Измерение как процесс передачи сигналов......> 36
1.42. Сигналы и их математическое описание........ 36
1.4.2.1. Классификация сигналов.......... 36
1.4.2.2. Временные характеристики детерминированных сигналов . . 37
1.4.2.3. Временные характеристики стохастических сигналов ... 37
1.4.2.4. Частотные характеристики периодического сигнала ... 40 1 4.2.5. Частотные характеристики апериодического сигнала ... 41
1.4.2.6, Частотные характеристики стохастического сигнала ... 42
1.4.2.7. Дискретные сигналы........... 43
! 4 3 Передаточные характеристики измерительной системы я их математическое описание . . '........... 45
1.4.3.1. Описание передаточных характеристик дифференциальными уравнениями.............. 45
1.4.3.2. Реакция системы на типовые сигналы. Функции отклика . . 46
1.4.3.3. Описание передаточных функций с помощью переходных и частотных характеристик.........., 47
1.4.3.4. Взаимосвязь методов описания передаточных свойств . . 49 4 4. Динамические свойства основных измерительных систем . 50
1.4.4.1. Измерительная система первого порядка...... 50
1.4.4.2. Измерительная система второго порядка...... 52
1.4.4.3. Измерительная система с чистым запаздыванием .... 55 4 5. Динамические погрешности измерения......., 55
1.4.5.1. Определение динамической погрешности измерения . 55
1.4.5.2. Расчет динамических погрешностей измерения .... 56
1.4.5.3. Динамические характеристические величины измерительных систем ............... 58
1.45.4. Корректирование динамических погрешностей..... 59
.4 6 Динамические возмущения........... 59
1.4.6.1. Расчет погрешности, вызванной динамическими возмущениями 59
1.4.6.2. Подавление динамических возмущений....... 60
.5. Законодательные основы метрологии .....,,., 62
5.1. Введение..............., 62
.5.2. Международная система единиц (СИ) ........ 62
1,5.2.1. Основные единицы............ 62
1 5.2 2. Производные единицы СИ.......... 62
1.52.3. Десятичные кратные и дольные единицы < , , 64
.5.3. Законодательные предписания но единицам в метрологии , 64
1 5.3 1. Единицы, установленные законом........ 64
1 5.3.2. Другие узаконенные единицы ......... 65
1 5.3.3. Узаконенные единицы с ограниченной областью использования 66
5,4. Законодательные предписания по метрологии и поверке .... 66
ЧАСТЬ 2 ВВЕДЕНИЕ В ИЗМЕРИТЕЛЬНУЮ ТЕХНИКУ
М. Основные функции измерительной системы ,....., 68
1 1.1. Понятие функционального блока..........68
1.1.2. Важнейшие функциональные блоки измерительной системы . , 68
2.1.2.1. Восприятие измеряемой величины...... , 68
2.1.2.2. Преобразование измерительной информации и ее усиление . 68 2.1.2.3 Вычислительные операции....., . . . , 69
2.1.2.4. Обработка измерительной информации .,..». 69
21.2.5. Отображение измерительной информации ...... 69
1.1.3. Обратные реакции, возникающие между функциональными блоками 69
2.2. Измерение физической величины.......... 70
2.2Л. Понятие измерения физической величины.......70
22.1.1. Получение представительной величины ....... 70
2.2.1.2. Погрешности измерения физической величины . . 70
2.2.1.3. Первичное преобразование измеряемой физической величины 71
2.2.2. Виды первичных преобразователей.........72
2.2 3. Эффекты, используемые для первичного преобразования. Чувствительные элементы.............. 72
2.2.3.1, Чувствительные элементы с механическим выходным сигналом 72
2.2.3.2. Чувствительные элементы с пневматическим выходным сигналом ....... ,.,,,..» 72
2.2.3.3. Чувствительные элементы с электрическим выходным сигналом 72
2.2.3.3.1. Активные чувствительные элементы..... 72
2.2.3.3.1.!. Пьезоэлектрические чувствительные элементы . . 72
2.2.3.3.1.2. Электродинамические чувствительные элементы . 74
2.2.3.3.1.3. Термопары . ......... 74
2.2.3.3.1.4. Фотодиоды . , . . ,...... 75
2.2.3.3.2. Пассивные чувствительные элементы .... 75 2.23.3.2.1. Резистивные чувствительные элементы .... 75
2.2.3.3.2.2. Индуктивные чувствительные элементы ... 80
2.2.3.3.2.3. Емкостные чувствительные элементы .... 82
2.3. Преобразование и усиление измеряемой величины ..... 84
2.3.1.1. Цель и значение преобразования ....,.., 84
2.3.1.2. Основные понятия . .......... 84
2.3.2. Физические и физико-химические явления, определяющие зависимость между входными и выходными сигналами измерительных преобразователей ............... 85
2.3.2.1. Матрица логических преобразований...... , 85
2.3.3. Преобразование неэлектрических сигналов в электрические ... °9
2.3.3.1. Механические величины.......... j*9
2.3.3.2. Тепловые величины............ j*I
2.3.3.3. Акустические величины.........., 92
f Q4
2.3.4. Преобразование электрических сигналов........ У(*
2.3.4.1. Преобразование измеряемых электрических величин одного вида в электрические величины другого вида ..... ™
2.3.4.2. Преобразование электрического сигнала в сигналы иного вида 94
2.4. Вычислительные операции............ 96
2.4.1. Аналоговые методы вычислений .......... 96
2.4.1.1. Сложение, вычитание........... 96
2.4.1.1.1. Электронные схемы сложения и вычитания ... 96
2.4.1.1.2. Пневматические устройства сложения и вычитания 96
2.4.1.2. Умножение, деление............ 97
2.4.1.2.1. Электронные методы ......... 97
2.4.1.2.2. Пневматические методы , •..... 97
2.4.1.3. Возведение в степень и извлечение корня...... 98
2.4.1.3.1. Электронные методы........ 98
2.4.1.3.2. Пневматические методы........ 99
2.4.1.4. Дифференцирование и интегрирование , ..... ЮО
2.4.1.4.1. Электронные методы......... ЮО
2.4.1.4.2. Пневматические методы.......,101
2.4.2. Дискретные методы вычислений.......... Ю1
2.4.2.1. Дискретное суммирование и вычитание . ..... Ю2
2.4.2.1.1. Сложение и вычитание цифровым методом . , . 102
2.4.2.1.2. Сложение и вычитание при помощи логических схем ЮЗ
2.4.2.2.1. Цифровые методы умножения и деления . . , 104
2.4.2.2.2. Логические схемы умножения и деления . . . 104
2.5. Обработка измерительного сигнала ...... ... 106
2.5.1. Общие вопросы............., 106
2.5.1.1. Задачи и значение обработки измерительного сигнала . . 106
2.5.1.2. Тенденции развития........... 107
2.5.1.3. Настройка сигнала .......,...> 107
2.5.2. Обработка сигнала одноделевыми вычислительными устройствами '09
2.5.2.1. Обзор задач и возможностей их решения...... '09
2.5.2.2. Приборы для измерения частотного распределения амплитуд «Ю
2.5.2.2.1. Общие вопросы . . ,...,*,., '1°
2.5.2.2.2. Области применения ,...... НО
2.5.2.2.3. Термины и их определения . .... ПО
2.5.2.2.4. Графическое изображение амплитудного распределения ............. 14
2.5.2.2.5. Способы измерения......4 Ш
2.5.2.2.6. Специальные распределения по амплитудам . . ИЗ
2.5.2.2.7. Совместные законы распределения..... 114
2:5.2.2.8. Погрешности при определении распределений . . И4
2.5.2.3. Вычислительные устройства для определения средних значений И5
2.5.2.3.1. .Средние значения по времени » П5
2.5.2.3.2. Средние значения по ансамблю ,-.*.. 120
2.5.2.3.3. Комбинированные средние значения..... 123
2.5.2.3.4. Функции от средних значений (корреляционные функции)............ 123
25.2.4. Фильтры.............. 126
2.5.24.1. Общие вопросы.......... 126
2.5 2.4.2. Области применения, задача и использование . . 126
2.5.2.4.3. Идеальные, идеализированные и реальные функции фильтров............ 126
2.5.2.4.4. Предельная частота и полоса частот .... 127
25.24,5. Комбинации фильтров........ 128
2.5.24.6 Типы фильтров....., .... 128
252 4,7. Пассивные и активные фильтры..... 129
25.2.48. Практически выполняемые фильтры..... 129
2.5.2 5. Частотный анализ............ 130
2.5.2.5.1. Общие вопросы.......... 130
2.5.2.52 Способы фильтрации........ 131
2.5.2 5 3 Вычислительные методы........ 133
2.5.3 Обработка измерительного сигнала при помощи ЭВМ для управления
процессом................ 135
25.3.1. Обзор ............... 135
2.5.3.2 Подготовка измерительного сигнала....... 136
2.5.32.1. Передача сигнала......... 136
2.5.3.22. Считывание........... 137
25323 Время открытия.......... 137
253.2.4. Мультиплексор^........., 138
25325 Квантование........... 138
2.53.26 Аналого-цифровые преобразователи . ... 138
2.53.2.7. Фильтр для подавления эффекта наложения . , 141
2.5.3.3. Схемная часть управляющих ЭВМ........ 142
2.5.3.3.1. Типы применяемых ЭВМ....... 143
2.5.3.3.2. Периферийные устройства....... 144
2.5.3.4. Программирование управляющих ЭВМ...... 346
2.5.3.4 1. Языки программирования....... 146
2.5.3.4.2. Операционная система........147
25.343. Программы пользователя....... 147
2.5.3.44. Библиотечные и вспомогательные программы . , 148
25.3.5. Возможности обработки сигнала в управляющих ЭВМ . . 148
2.5.3.5.1. Предпосылки и границы применимости управляющих ЭВМ............. 148
2.5.3.5.2. Проверка и корректировка измерительных сигналов 149
2.5.3.5.3. Специальные способы измерений и возможности применения управляющих ЭВМ....... 150
2.5.3.5.4. Анализ сигнала, цифровая фильтрация, способы вычислений ............ 151
2 5.3.5.5. Контроль, управление и регулирование процессов 154
2.6. Приборы выдачи информации........... 155
2.6.1. Аналоговые приборы выдачи информации....... 155
2.6.1.1. Показывающие приборы.......... 155
2.6.1.2 Точечные регистраторы.......... 156
2.6.1 3. Регистраторы с непрерывной записью . ..... 156
2.6.1.4. Компенсационные регистрирующие приборы..... 156
2.6 2. Приборы выдачи цифровой информации........ 157
2.6.2.1. Цифровые прибопы . ......... 157
2621.1. Механические приборы цифровой индикации . . 157
262.1.2. Оптические цифровые показывающие приборы . . 158
2621.3 Электронные цифровые приборы..... 158
2 6 2.2. Дискретно-аналоговые преобразователи ... ... 159
26.22.1. Дискретно-аналоговый преобразователь со ступенчатым делителем напряжения....... 159
262.2.2. Дискретно-аналоговый преобразователь с суммированием токов в параллельных цепях..... 159
26.223. Дискретно-аналоговый преобразователь с резистив-
ным делителем . ......, 160
2623 Выдача данных при помощи перфолент...... 160
262.4. Печатающие измерительные приборы....... 161
2.625 Электроннолучевые визуальные приборы...... 162
2.7. Автоматизация процессов измерения . . .... 163
271. Терминология............... 163
272. Цели и задачи автоматизации.......... 164
27.3. Средства автоматизации....... .... 165
2.7.4. Структура подлежащей автоматизации измерительной системы . . 168
2.8. Надежность измерительных систем .......,.„ 172
Стр. 2.8.1. Важнейшие величины, используемые при расчете надежности и их
взаимозависимость
172
2.8.2. Надежность конструктивных элементов ,....... 174
2.8.2.1. Интенсивность отказов........... 174
2.8.2.2. Экспоненциальное распределение вероятности безотказной работы ................ 174
2.8.2.3. Показатели отказов............ 176
2.8.2.4. Нагрузки............... 177
2.8.3. Некоторые основы теории вероятностей........ 178
2.8.4. Надежность приборов и систем.......... 179
2.8.4.1. Надежность простых схем . . ..... 180
2.8.4.2. Надежность схем с резервированием...... 180
2.8.4.3. Ремонт и инспектирование.......... 181
2.8.4.4. Методы расчета надежности сложных систем ..... 182
ЧАСТЬ з
МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ И ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА
3.1. Измерение электрических величин......... 184
3.1.1. Основы измерения электрических величин......* 1ол
3.1.1.1. Системы единиц и единицы измерения . ... - 184
3.1.1.2. Параметры периодических электрических величин . . . 184
3.1.1.3. Определение мощности........... 186
3.1.1.4. Динамические характеристики......... 187
3.1.1.5. Частотная характеристика........., 187
3.1.2. Классические способы электрических измерений и измерительные приборы ................. 188
3.1.2.1. Измерение тока, напряжения, мощности, энергии и частоты . 188
3.1.2.1.1. Пропорциональные (с линейной зависимостью) измерительные приборы. Линейное среднее значение . 188
3.1.2.1.2. Измерительные приборы, осуществляющие функцию возведения в квадрат......... 189
3.1.2.1.3. Измерительные приборы, осуществляющие функцию умножения ... ........ 19'
3.1.2.1.4. Другие измерительные приборы..... 192
3.1.2.1.5. Выпрямительные измерительные приборы . . . 193
3.1.2.1.6. Способы компенсации собственного потребления . 193
3.1.2.1.7. Точность и погрешности........ 193
3.1.2.1.8. Условные графические изображения измерительных механизмов........... 195
3.1.2.2. Непосредственная регистрация электрических величин . . 196
3.1.2.3. Электрические измерительные трансформаторы .... 197
3.1.2.4. Измерение активных и полных сопротивлений . . 199
3.1.2.4.1. Измерение активных сопротивлений .... 199
3.1.2.4.2. Сопротивление в цепи переменного тока . . . 199
3.1.2.4.3. Измерение полных сопротивлений..... 200
3.1.2.4.4. Измерение сопротивлений заземления .... 201
3.1.2.5. Измерение электромагнитных полей....... 201
3.1.2.6. Измерения в сетях трехфазного тока....... 202
3.1.3. Электронные способы измерения и приборы....... 203
3.1.3.1. Электронные измерительные усилители....... 203
3.1.3.2. Электроннолучевые осциллографы........ 205
3.1.3.3. Электронные измерительные приборы....... 211
3.1.3.3.1. Измерение напряжения........ 212
3.1.3.3.2. Счетчики и измерение частоты...... 212
3.1.4. Калибровка электрических измерительных приборов . . 212
3.1.5. Снижение систематических погрешностей измерения..... 213
3.1.5.1. Погрешности, обусловленные нагрузкой на объект измерения 213
^3.1.5.2. Погрешности, обусловленные несоответствующими сигналами
на входе измерительного прибора ........ 214
3.1.5.3. Погрешности, обусловленные воздействием посторонних (внешних) полей помех на измерительные приборы..... 214
3.1.5.4. Наводка полей помех и посторонних сигналов на измерительные линии.............. 215
3.2. Время и его измерение............. 216
3.2.1. Введение................216
3.2.2. Единицы времени.............'. 216
3.2.3. Измерение времени.............. 217
3.2.3.1. Конструкции часов ........... 217
3.2.3.2. Параметры.............. 220
3.3. Счет событий..............• 220
!72 331. Введение................ 220
'74 332. Общие условия эксплуатации......ч . . . •> 221
174 3,3.3 Счетные импульсы и датчики импульсов ... ..... 221
j 3.3.3.1. Счетные импульсы и датчики импульсов для электромеханичес-
'74 ких счетчиков............. 221
'76 3,3.3,2. Счетные импульсы н датчики импульсов для электронных счет-
I77 чиков................ *~
7s j 3.3.4. Механические счетчики............ ^
79 \ 3 3.5. Электромеханические счетчики........... ~™
^ 1 3.3.5.1. Суммирующие счетчики.......... ™*
80 1 3,3.5,2. Дифференциальные счетчики......., ~24
31 3.35.3. Счетчики, собранные из отдельных счетных декад . . . * ***
® 3.3.5.4. Регистрирующие счетные приборы........ *^
j 3 3.6. Пневматические счетчики............ ~~?
* 3 3.7. Электронные счетчики............. ~~°
3.3 7.1. Отдельные суммирующие счетчики....... ™!*
3.3.7 2 Стандартные счетные блоки ,........ *~J,
3.3.7.3. Реверсивные счетчики........... *™
3.4. Измерение линейных размеров и их производных...... **°
34.1. Измерение линейных размеров и перемещения....., *™
3.4.1.1. Выбор метода измерения .......... *™
1 3.4.1.2. Измерение толщины и массы, отнесенной к единице площади ~~°
3.4.12.1. Методы, использующие ионизирующее излучение , 228 ] 3.4.1.2.2. Измерение толщины методом механического ощупы-
^ вания.............. 234
| 3.4.1.2.3. Другие методы измерения толщины..... 2Д*
3.4.1 3. Измерение толщины слоя покрытия........ 235
3.4.1.3.1. Ионизационные методы ....... 235
3.4.1.3 2. Измерение толщины слоя покрытия методом механического ощупывания ,....... 236
3.4.1.3.3. Другие способы измерения толщины слоя покрытия 237
3.4 1 4 Измерение ширины............ 237
3.4.1 4.1. Измерение ширины методом оптического ощупывания
кромок............. 237
3.4.1.4.2. Прочие методы измерения ширины..... 239
34.1.5. Измерение линейных размеров и перемещения..... 240
3.4.1.5.1. Измерение линейных размеров методом оптико-элек-
тронного ощупывания кромок
240
3.4.1.5.2. Измерение линейных размеров растровым методом 240
3.4.1.5.3. Прочие методы измерения линейных размеров и перемещения ............ 241
3416. Измерение диаметра............ 241
3.4.1.6.1. Измерение диаметра методом оптико-электронного ощупывания........... 241
3.4.1.6.2. Измерение диаметра методом сравнения интенсивно- .„ сти световых лучей........, ~*
3.4.1.6.3 Прочие методы измерения диаметра..... ~™~,
3,4.2. Измерение уровня жидкости......... j™.
3.4.2.1. Введение.............' ' 94fi
3 4.2,2. Механические способы........... ^
3422.1. Измерения с помощью поплавка...... *™
' 3.4.2,2.2. Метод измерения с помощью измерительных пластин ~^о
3.4.2.3. Электромеханические методы......... ^46
3.4.2.3.1. Метод измерения с помощью потетшометрическпх датчиков........* "•••*
3.4.2.3.2. Метод измерения с помощью сельсина , 247
3.4.2.3.3. Метод передачи показаний шаговым переключением 247
3.4.2.3.4. Метод кодовой посылки импульсов ..... 247
3.4.2.3.5. Индикация уровня с магнитной передачей перемещения поплавка........... 247
3.4.2.3.6. Уровнемеры с индуктивными датчиками . . . 248
3.4.2.3.7. Выводы............ 248
3.4.2.4 Измерение уровня жидкости на основе изменения сопротивления при постоянном и переменном токе ...... 249
3.4.241. Емкостный метод измерения уровня..... 249
3.4.2.4 2. Метод измерения па основе проводимости (кондукто-
метрический метод)......... 250
342.5. Гидростатический и пневматический методы..... 250
3.4.2,5.1, Область применения......... 2^0
Цена: 500руб.
