|
Министерство образования и науки РФ ФГБОУ ВПО «Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева Кафедра радиоэлектронных и телекоммуникационных систем (РТС) |
||
|
|
||
А. Т. К И З И М О В |
|
||
МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Учебное пособие
|
|||
РЫБИНСК 2013 |
|||
ОСНОВНЫЕ РАЗДЕЛЫ
Основы метрологии
Основы теории погрешностей и обработка результатов измерений
Цифровые измерительные приборы и преобразователи
Измерение напряжения
Измерение частоты и периода электрических сигналов
Измерение сдвига фаз
Измерение коэффициента гармоник
Измерительные генераторы сигналов
9. Электронно-лучевые осциллографы
Измерение сопротивления
Измерение индуктивности, емкости и полных сопротивлений
Государственная система стандартизации
ЛИТЕРАТУРА
1. Метрология и электрорадиоизмерения 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.
2. Дворсон А.И. Метрология и радиоизмерения: Конспект лекций. – В двух частях. / РГАТА. – Рыбинск, 1995. Ч 1 – 66 с. Ч 2 – 59 с.
3. Основополагающие стандарты в области метрологии. – М.: Издательство стандартов, 1986. – 312 с.
4. ГОСТ 8.009-84. Нормирование и использование метрологических характеристик средств измерений. – М.: Издательство стандартов, 1988. – 152 с.
Введение
У человечества всегда возникала необходимость иметь количественную информацию о том или ином объекте материального мира. Основным способом получения такой информации являются измерения. Чем с большей точностью выполняются измерения, тем более точные сведения получаем об объекте исследования. Познание окружающего мира невозможно без измерений. По этому поводу Макс Планк сказал: «В физике существует только то, что можно измерить».
Научную и законодательную базу измерений обеспечивает метрология (от греческих слов «метрон» - мера, «логос» - учение) - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Основы отечественной метрологии заложил Д.И.Менделееев. Роль и значение измерений Д.И.Менделееев определил так: «В природе мера и вес суть главное орудие познания. Наука начинается с тех пор, как начинают измерять, точная наука немыслима без меры». В 1893 г. Д.И.Менделееев основал Главную палату мер и весов, которая должна обеспечивать хранение эталонов и поверку средств измерений.
История развития техники электрических измерений связана с русскими учеными М.В.Ломоносовым и Г.В.Рихманом, которые в XV111 веке сконструировали первый электроизмерительный прибор – указатель электрической силы. В XV111 – X1X веках ученые Вольт, Кулон, Ом, Фарадей и др. продолжили создание электроизмерительных приборов. Развитие техники радиоизмерений началось в начале XX века после изобретения радио А.С.Поповым. Первые измерительные приборы давали относительную оценку измеряемой физической величины. Затем появились приборы, осуществляющие и количественные измерения. Это стало возможным после создания в 1875 г. Международного бюро мер и весов, обеспечивающего единство измерений.
Первые измерительные приборы были преимущественно стрелочного типа. На современном этапе развития техники измерений переходят на цифровые методы. В последние годы сформировалось новое направление в метрологии и электрорадиоизмерительной технике – компьютерно-измерительные системы (КИС). Их разновидностью являются виртуальные приборы, встроенные в программы исследования радиоэлектронных систем. Виртуальный прибор – это специальная плата с соответствующим программным обеспечением, моделирующим нужную метрологическую задачу. Такие системы в ближайшем будущем найдут преимущественное распространение.
Настоящее учебное пособие рекомендовано студентам специальности 200800 «Проектирование и технология радиоэлектронных средств» и специализации 200801 «"Проектирование и технология аппаратуры средств связи".
Основы метрологии
1.1. Основные определения
Любой объект окружающего мира характеризуется своими свойствами.
Свойство – философская категория, выражающая такую сторону объекта, которая обуславливает его общность или различие с другими объектами и обнаруживает его отношение к ним.
Величина – свойство чего-либо, которое может быть выделено среди других свойств и оценено тем или иным способом, в том числе и количественно. Величина может быть идеальной и реальной.
Идеальная величина – обобщение (моделирование) некоторых конкретных понятий, например в области математики.
Реальная величина – характеризующая свойства объектов, изучаемых в естественных и технических науках, а также в общественных науках, при этом в первом случае реальные величины называют физическими, во втором – нефизическими.
Физическая величина – свойство объекта, общее с множеством других объектов в качественном отношении и индивидуальное в количественном, например, сопротивление проводника и количественная величина сопротивления, емкость конденсатора и количественная величина емкости и др.
Измеряемая физическая величина – можно выразить количественно в установленных единицах измерения.
Оценивание – операция приписывания физической величине определенного числа единиц, проведенная по установленным правилам.
Значение физической величины – оценка физической величины в принятых единицах измерения.
Истинное значение физической величины – значение физической величины, которое идеальным образом отражает качественное и количественное свойства объекта.
Погрешность – это отклонение результата измерения от истинного значения физической величины.
Действительное значение физической величины – значение физической величины, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному, что его можно использовать вместо него.
Измеренное значение физической величины – значение физической величины, отсчитанное по отсчетному устройству средства измерения.
Постоянная физическая величина – физическая величина, размер которой не изменяется за время измерения
Переменная физическая величина - физическая величина, размер которой изменяется за время измерения.
Физический параметр – физическая величина, характеризующая частную особенность измеряемой величины.
Единица физической величины – физическая величина, которой по определению присвоено стандартное числовое значение, равное единице.
Принцип измерений – совокупность физических принципов, положенных в основу измерений.
Метод измерений – совокупность приемов использования принципов и средств измерений.
Объект измерения – физический объект, свойства которого характеризуются одним или несколькими измеряемыми физическими величинами.
Математическая модель объекта – совокупность математических символов и отношений между ними, которая адекватно описывает свойства объекта измерения.
Достоверность измерений определяется вероятностью (доверительной вероятностью) того, что истинное значение измеряемой величины находится в указанных пределах.
Правильность измерений – метрологическая характеристика, отражающая близость к нулю систематических погрешностей результатов измерений.
Сходимость результата измерений – близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, выполняемых повторно одними и теми же методами и средствами измерений в одинаковых условиях.
Воспроизводимость результатов измерений - близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, полученных в разных местах, разными методами и средствами измерений, разными операторами, но приведенными к одним и тем же условиям.
Количественные проявления свойства объекта представляются множествами, которые образуют шкалы измерения этих свойств. Различают пять типов шкал: наименований, порядка, интервалов, отношений и абсолютные.
Шкала наименований (шкала классификации) – основана на приписывании объекту цифр или имен, не являющихся физическими величинами и для которых нельзя установить отношение «больше» или «меньше», например, обозначение элементов на электрической принципиальной схеме.
Шкала порядка (шкала рангов) – предполагает упорядочивание объекта относительно какого-либо свойства. Подобный ряд может дать ответ на вопрос «что больше или меньше», но не определяет на сколько больше или меньше, например, оценка землетрясений или волнения моря в баллах.
Шкала интервалов (шкала разностей) – определяет разность между отдельными значениями, но не определяет начало отсчета (нулевую точку), например, температурная шкала Цельсия.
Шкала отношений - определяет разность между отдельными значениями и началом отсчета. Охватывает интервал от нуля до бесконечности и не содержит отрицательных значений, например, шкала абсолютной температуры.
Абсолютные шкалы – имеют все признаки шкал отношений и однозначно определяют единицу измерения, например, коэффициент усиления или ослабления.