книги из ГПНТБ / Савенко, В. Г. Измерительная техника учеб. пособие

В. Г. САВЕНКО

ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

Допущено Министерством высшего и среднего специального образо­ вания СССР в качестве учебного пособия для студентов вузов, обуча­ ющихся по специальности «Конструирование и производство радиоап­ паратуры»

«ВЫСШАЯ ШКОЛА»

М о с к в а 1 974

Ишрольнъга экззмпляр

6Ф2.08

0 2

УДК 681.2 (0.75)

Савенко В. Г.

С12 Измерительная техника. Учебн. пособие для радиотехнич. специальностей. М.,«Высш. школа», 1974.

335 с. с илл.

В книге излагаются основные сведения о современных методах и при­ борах, применяемых при измерении различных физических величин; рас­ сматриваются механические и оптические методы и приборы для измерения линейных размеров и углов, электрические методы и электроизмерительные приборы для измерения электрических и чеэлектрических величин: принципы построения механических и оптикомеханических измерительных приборов, измерительных микроскопов и проекторов, интерференциальныѳ измерения длин, измерения углов тригонометрическими и гониометрическими методами, различные измерительные преобразователи; отдельные главы посвящены измерениям электрического тока и напряжения, методам осциллографирова-

Р е ц е н з е н т ы :

" ІЪ 'Э ІО 5 <su

@ Издательство «Высшая школа» 1974 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящая книга написана в соответствии с програм­ мой курса, утвержденной МВ и ССО СССР, для студентов по специальности «Конструирование и производство ра­ диоаппаратуры».

Материал книги охватывает лишь наиболее существен­ ные вопросы измерительной техники согласно программе курса «Измерительная техника».

Основная идея, которой руководствовался автор при написании данного учебного пособия, заключалась в том, чтобы на основе анализа физических процессов раскрыть сущность явлений и принципов работы измерительных уст­ ройств, помочь читателю овладеть основными методами измерительной техники. В соответствии с этим изучаемый материал разбит на четыре раздела — общие сведения об измерениях и погрешностях измерений, механические и оп­ тические методы измерений линейных и угловых величин, электрические методы измерения электрических величин и электрические методы измерения неэлектрических величин.

Для усвоения содержания учебного пособия необходи­ мо знание физики, высшей математики, механики, основ электротехники и радиоэлектроники в объеме программ для радиоконструкторских факультетов вузов.

В книге специально не рассматриваются измерения на СВЧ и магнитные измерения, так как особенности этих измерений излагаются соответственно в курсах «Конструк­ ция и техника СВЧ» и «Радиоматериалы».

Автор выражает благодарность канд. техн. наук М. Г. Богуславскому за представление некоторых матери­ алов по линейным и угловым измерениям, проф. В. Б. Пе­ стрякову, доц. Н. К. Иванову-Есиповичу, доц. Ф. В. Кушниру, методические советы которых были учтены при на­ писании книги, а также доц. Ю. В. Аксентову за просмотр ряда разделов рукописи и полезные рекомендации.

ВВЕДЕНИЕ

Создание материально-технической базы коммунистиче­ ского общества связано с использованием достижений сов­ ременной науки и техники, в которых электронная и радио­ техническая аппаратура занимает одно из ведущих мест. Отсюда возникла необходимость ускоренного внедрения но­ вой техники, поточных методов производства, средств ав­ томатизации и механизации, совершенствования техноло­ гии, что позволяет улучшить качество продукции, увели­ чить ее долговечность и надежность. При этом большое ' значение имеет повышение точности контрольно-измери­ тельных средств, уменьшение времени контрольных изме­ рений, применение профилактических методов контроля и их автоматизация, соблюдение единства мер и измери­ тельных приборов.

Современное производство требует строжайшего соб­ людения технологии и широкого внедрения автоматическо­ го управления производственными процессами. Это можно обеспечить лишь путем измерения параметров, характери­ зующих отдельные участки технологического процесса.

Измерение параметров, характеризующих процесс про­ изводства радиоаппаратуры, сводится к измерению огра­ ниченного числа физических величин: времени, температу­ ры, силы, давления, углов и линейных величин, силы элек­ трического тока, напряжения и т. п.

Содержание курса «Измерительная техника» определя­ ется потребностями конструирования, технологии и произ­ водства радиоаппаратуры. Процесс производства любой радиотехнической аппаратуры включает проверку электри­ ческих параметров, подгонку, настройку, градуировку, т. е. операции измерений.

В книге рассмотрены основные методы измерения фи­ зических величин различными способами. Кроме того, большое внимание уделено вопросам точности измеритель­ ной аппаратуры при определенных условиях ее работы. Этот сложный вопрос возникает при измерении и проекти-

5

РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ И ПОГРЕШНОСТЯХ ИЗМЕРЕНИЙ

ГЛАВА I. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ И ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ

АППАРАТУРЕ

§І.І. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ

ИИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Количественная оценка свойств различных объектов или процессов осуществляется измерением физических ве­ личин, характеризующих эти свойства.

Измерение — это познавательный процесс, заключаю­ щийся в сравнении опытным путем измеряемой величины с некоторым ее значением, принятым за единицу. Резуль­ тат измерения выражается числом, показывающим отно­ шение измеряемой величины к единице измерения. В свя­ зи с широким развитием автоматизации измерений, их ре­ зультаты могут восприниматься и использоваться не толь­ ко человеком, но и управляющей машиной или другой си­ стемой автоматического регулирования и не обязательно представляться в числовой форме. Поэтому в более широ­ ком смысле измерение — это процесс приема и преобразо­ вания информации об измеряемой величине для получе­ ния количественного результата ее сравнения с единицей измерения в форме, наиболее удобной для использования. Виды измерений определяются целью и объектом измере­ ний, а также тем, где и в каких условиях они производят­ ся. Различают следующие основные измерения:

лабораторные, проводимые при различных разработках и исследованиях и отличающиеся большим разнообразием, сложностью и применением наиболее точной измеритель­ ной аппаратуры;

производственные и приемо-сдаточные, проводимые на заводах в процессе изготовления, монтажа и приемо-сда­

7

точных испытаний радиоэлектронной аппаратуры и радио­ технических устройств;

эксплуатационные измерения, проводимые с целью кон­ троля и обеспечения необходимого режима работы пред­ приятия, различных производственных установок, действу­ ющей радиоаппаратуры;

поверка мер и измерительных приборов, состоящая из ряда операций, проводимых с целью установления соот­ ветствия поверяемых приборов требованиям, которые

мерения с допустимой ошибкой. Если погрешностями из­ мерения можно пренебречь, то истинное и действительное значения измеряемой величины отождествляются.

Э т а л о н — тело или устройство, служащее для вос­ произведения и хранения единицы измерения в общегосу­ дарственном или международном масштабах.

Ме р о й называется тело или устройство, предназ­ наченное для измерений и служащее для воспроизведения

одно из связанных с ней физических явлений преобразу­ ется в показание.

О б р а з ц о в ы е ме ры и о б р а з ц о в ы е и з м е р и ­

Р а б о ч а я ме р а и р а б о ч и й и з м е р и т е л ь н ы й п р и б о р — применяются для практических измерений в цехах, лабораториях и т. д. и ими нельзя пользоваться для поверки других мер или приборов.

ния его частей.

И з м е р и т е л ь н ы е п р е о б р а з о в а т е л и — устрой­ ства, с помощью которых осуществляют функциональное

8

преобразование измеряемой величины во вспомогатель­ ную, более удобную для дальнейшего преобразования и измерения.

И з м е р и т е л ь н а я а п п а р а т у р а — совокупность средств для измерений (эталоны, меры, измерительные при­ боры, преобразователи и др.). При измерении пользуются этой аппаратурой и применяют различные методы измере­ ний. В зависимости от способа получения результаты изме­

венно определяет измеряемую величину (например, взве­ шивание массы на весах, измерение силы тока ампермет­ ром, электрического напряжения — вольтметром и т. п.). Это измерение выполняется методами: н е п о с р е д с т в е н ­ ной о це н к и , т. е. измеряемая величина определяется не­ посредственно по показанию измерительного прибора, про­

сравнением ее с мерой данной величины. Методы сравне­

рой. Момент равенства воздействий обеих величин опреде­ ляется по нулевому показанию прибора. Примером нуле­ вого метода сравнения может служить компенсационный метод определения э.д. с., при котором измеряемая э. д. с. уравновешивается известным падением напряжения, а мо­ мент компенсации находится по нулевому показанию галь­ ванометра. При д и ф ф е р е н ц и а л ь н о м методе значение измеряемой величины определяют по разности одновремен­ но действующих на показывающий прибор измеряемой ве­ личины и меры. При методе с о в п а д е н и й значение изме­ ряемой величины определяют по совпадению сигналов, от­

го получают после проведения ряда прямых измерений величин, связанных с искомой величиной известной за­ висимостью. Это измерение электрического сопротивле­ ния или мощности при помощи амперметра и вольтметра, измерение объема с помощью измерительной линейки и т. д.

9