- •С.В. Васильев, в.И. Недолугов основы измерений физических величин
- •Введение
- •Глава 1. Основы метрологии и измерительной техники
- •1.1. Измерение
- •1.1.1. Физическая величина
- •1.1.2. Виды средств измерений
- •1.1.3. Виды и методы измерений
- •1.2. Единство измерений
- •1.2.1. Единицы физических величин
- •1.2.2. Стандартизация
- •1.2.3. Эталоны
- •1.3. Точность измерений
- •1.3.1. Погрешность результата измерения
- •1.3.2. Погрешности средств измерений
- •1.3,3. Классы точности средств измерений
- •1.3.4. Основная и дополнительная погрешности
- •1.3.5. Методическая погрешность
- •1.3.6. Погрешность взаимодействия
- •1.3.7. Динамическая погрешность
- •1.3.8. Субъективная погрешность
- •1.4. Обработка результатов измерений
- •1.4.1. Обработка прямых измерений
- •1.4.2. Многократные прямые измерения
- •1.4.3. Обработка косвенных измерений
- •1.4.4. Расчет погрешности результата косвенного измерения
- •Глава 2. Аналоговые электроизмерительные приборы
- •2.1. Общие сведения
- •2.2. Электромеханические измерительные приборы
- •2.2.1. Приборы магнитоэлектрической системы
- •2.2.2. Приборы выпрямительной системы
- •2.2.3. Приборы термоэлектрической системы
- •2.2.4. Приборы электромагнитной системы
- •2.2.5. Приборы электродинамической системы
- •2.2.6. Электростатические вольтметры
- •2.2.7. Приборы индукционной системы
- •2.3. Электронные измерительные приборы
- •2.3.1. Электронные вольтметры переменного напряжения
- •2.3.2. Выпрямители (детекторы)
- •2.3.3. Особенности электронных измерительных приборов
- •2.4. Влияние формы сигнала на показания приборов
- •2.4.1. Сигнал без постоянной составляющей
- •2.4.2. Сигнал сумма переменной и постоянной составляющих
- •Глава 3. Электронно-лучевой осциллограф
- •3.1. Устройство электронно-лучевого осциллографа
- •3.1.1. Каналы вертикального и горизонтального отклонения
- •3.1.2. Электронно-лучевая трубка
- •3.1.3. Двухканальные электронно-лучевые осциллографы
- •3.2. Формирование изображений на экране электронно-лучевой трубки
- •3.2.1. Режим линейной развертки (режим y – t )
- •3.2.2. Режим y – X
- •3.2.3. Растровый режим (режим y – X – z)
- •3.3. Метрологий осциллографических измерений
- •3.3.1. Инструментальная погрешность
- •3.3.2. Погрешность взаимодействия
- •3.3.3. Субъективная погрешность
- •Глава 4. Аналоговые методы и средства регистрации
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Самопишущие приборы
- •1 Постоянным магнит; 2 ось; 3 катушка; 4 перо; 5 двигатель;
- •6 Бумага; 7 стрелка; 8 шкала
- •4.3. Светолучевые осциллографы
- •1 Источник света; 2 конденсор; 3 диафрагма; 4 зеркало; 5 постоянны
- •9 Зеркальный многогранник; 10 матовый экран
- •4.4. Измерительные магнитографы
- •4.5. Аналоговые запоминающие осциллографы
- •4.6. Сравнение возможностей аналоговых регистраторов
- •Глава 5. Цифровые измерительные приборы
- •5.1. Цифровые методы и средства измерений
- •5.1.1. Характеристики аналого-цифровых преобразователей
- •5.1.2. Методы аналого-цифрового преобразования
- •5.2. Цифровые частотомеры
- •5.2.1. Режим измерения частоты
- •5.2.2. Режим измерения периода
- •5.3. Цифровые вольтметры и мультиметры
- •5.3.1. Структура цифрового вольтметра
- •5.3.2. Структура цифрового мультиметра
- •5.4. Особенности выбора приборов
- •5.4.1. Выбор приборов по метрологическим характеристикам
- •5.4.2. Выбор диапазона измерения
- •Глава 6. Цифровая регистрация и анализ сигналов
- •6.1. Общие сведения
- •6.2. Цифровая измерительная регистрация
- •6.2.1. Устройство цифрового измерительного регистратора
- •6.2.2. Дискретизация, квантование и восстановление сигнала
- •6.2.3. Задание интервала регистрации
- •6.3. Цифровой анализ сигналов
- •6.3.1. Области анализа
- •6.3.2. Анализ во временной области
- •6.3.3. Анализ в частотной (спектральной) области
- •6.3.4. Вычисление параметров электропотребления
- •6.4. Характеристики типичных регистраторов/анализаторов
- •6.4.1. Регистраторы/анализаторы параметров электропотребления
- •6.4.2. Мини-логгеры
- •6.4.3. Компьютерные средства регистрации и анализа
- •Глава 7. Электрические измерения неэлектрических величин
- •7.1. Измерение температуры
- •7.1.1. Контактные методы и средства измерений
- •7.1.2. Бесконтактные методы и средства измерений
- •7.2. Измерение давления
- •7.2.1. Средства измерения давления
- •7.3. Измерение скорости движения потока вещества и его расхода
- •7.3.1. Основные понятия
- •7.3.2. Методы и средства измерения
- •Рекомендуемая литературы
- •Оглавление
- •Глава 1. Основы метрологии измерительной техники...…………………………………………………5
- •Глава 2. Аналоговые электроизмерительные приборы……………………………………...…………..35
- •Глава 3. Электронно-лучевой осциллограф……….70
- •Глава 4. Аналоговые методы и средства регистрации……………………………………….90
- •Глава 5. Цифровые измерительные приборы…………………103
- •Глава 6. Цифровая регистрация и анализ сигналов………………………………...…………..128
- •Глава 7. Электрические измерения неэлектрических величин…………………………………………..…..150
6.4. Характеристики типичных регистраторов/анализаторов
Существует несколько вариантов реализации процедур регистрации и анализа. Наиболее широко распространены малогабаритные автономные регистраторы/анализаторы различных физических величин (процессов), а также компьютерные средства регистрации и анализа. Рассмотрим их основные возможности и характеристики.
6.4.1. Регистраторы/анализаторы параметров электропотребления
Современные микропроцессорные регистраторы/анализаторы параметров электропотребления в электрических цепях – это переносные малогабаритные приборы. Основные характеристики типичных представителей этого класса таковы:
• возможность работы с однофазными и трехфазными цепями (в том числе несимметричными);
верхний предел диапазонов измерения входных напряжений – линейных до 600... 1000 В, фазных до 500...600 В;
верхний предел диапазона измерения входных токов (с применением токовых клешей, обеспечивающих измерения без разрыва цепи исследуемого тока) – до 2000...5000 А;
выходная информация – средние квадратические (действующие) значения напряжений и токов, значения мощностей (активной и реактивной – индуктивного и емкостного характера), коэффициентов мощности (соs φ) по каждой фазе, частоты сети, энергии (активной и реактивной как индуктивного, так и емкостного характера);
программируемые режимы работы и диапазоны измерений;
представление зарегистрированных сигналов напряжений и токов во временной и частотной областях, числовое и графическое представление спектрального состава напряжений и токов (при поддержке специализированного программного обеспечения);
возможная длительность регистрации – до нескольких месяцев;
объем внутренней памяти данных – 1 Мбайт и более (возможно также использование дополнительных карт памяти);
различные режимы запуска (по заданному текущему времени или по заданному уровню входных величин);
внутренний энергонезависимый таймер (текущие дата и время);
наличие специализированного программного обеспечения, которое позволяет осуществлять обстоятельный анализ зарегистрированных данных на персональном компьютере;
погрешности измерения и регистрации напряжений и токов (без учета измерительных трансформаторов) во всем рабочем диапазоне температур: ±(0,5 % значения результата измерения + 2 единицы младшего значащего разряда);
погрешности измерений активной и реактивной мощности: ±(1,0 % значения результата измерения + 2 единицы младшего значащего разряда);
частота дискретизации АЦП – до 100 кГц;
диапазон рабочих температур – 0...50 °С;
масса – до 3 кг.
Такие приборы (совместно со специализированным программным обеспечением) позволяют измерять, регистрировать и вычислять:
текущие средние квадратические (действующие) значения напряжений и токов; максимальные, усредненные и минимальные значения напряжений и токов во всех фазах на всем интервале регистрации;
текущие значения активной и реактивной (как индуктивного, так и емкостного характера) мощностей; максимальные и минимальные значения активной и реактивной мощностей на всем интервале регистрации; суммарную мощность по всем фазам;
потребленную на интервале регистрации активную и реактивную энергию;
текущее значение частоты электрической сети;
текущие и экстремальные значения коэффициентов мощности (соsφ);
формы кривых сигналов напряжений и токов во всех фазах; значения коэффициентов общих гармонических искажений напряжений и токов в каждой фазе; процентный состав гармонических составляющих напряжений и токов в каждой фазе с графическим представлением в спектральной области, а также в табличной форме.
Зарегистрированные прибором данные по окончании регистрации переносятся в персональный компьютер. Компьютер затем при поддержке программного обеспечения выполняет окончательный анализ и представление информации в табличном и/или в графическом виде.
Поскольку ресурсы памяти приборов ограничены, то типичной для всех цифровых измерительных регистраторов является необходимость выбора оптимального соотношения между шагом дискретизации Тд и общей продолжительностью (интервалом) регистрации Тр.
Программировать обычно можно любые значения шага регистрации в пределах возможного диапазона с разрешающей способностью 1 мин. При большем объеме внутренней памяти (или при использовании карты памяти с большим объемом) возможная продолжительность регистрации пропорционально возрастает.
Программный пакет таких регистраторов/анализаторов обеспечивает различные алгоритмы обработки (анализа) и представления информации.
