А.И. Потапов, а.В. Макеев

Контрольно-измерительные

Приборы и системы

Учебное пособие

Санкт-Петербург

2012

Потапов А.И., Макеев А.В. Контрольно-измерительные приборы и системы. Учеб. пособие. – СПб.: Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», 2012, .– 82 с.

В учебном пособии рассмотрены основные компоненты контрольно-измерительных приборов и систем, виды сигналов, цифровая обработка сигналов, измерения с различными источниками сигналов, типы контрольно-измерительных приборов и систем. Значительное внимание уделено погрешности измерений и классам точности контрольно-измерительных приборов и систем.

Пособие предназначено для студентов обучающихся по направлению 200100 – Приборостроение и профилю «Приборы и методы контроля качества и диагностики», а также для специалистов, занимающихся контрольно-измерительными приборами и системами.

Рецензенты

Московенко И.Б. – д-р техн. наук, профессор, Генеральный директор ООО «Звук»

Сясько В.А. – канд. техн. наук, доцент, Генеральный директор ЗАО «Константа».

 А.И. Потапов, А.В. Макеев, 2012

Оглавление

Введение………………………………………………………….	5
Глава 1. Основные компоненты контрольно-измерительных приборов и систем………………..	8
1.1. Измерительная система………………………………………	8
1. 2.Измерительные преобразователи (датчики)…………………..	10
Вопросы для самопроверки…………………………………………	18
Глава 2. Виды сигналов……………………………………..	19
2.1. Характеристика дискретных электрических сигналов……….	19
2.2. Аналоговые сигналы……………………………………………	22
2.3. Согласование сигналов…………………………………………	25
2.4. Усиление………………………………………………………	27
2.5. Отношение сигнал/шум………………………………………	29
Вопросы для самопроверки…………………………………………	31
Глава 3. Цифровая обработка сигналов…………….	32
3.1. Дискретизация сигналов………………………………………..	32
3.2. Частота выборки………………………………………………...	33
3.3. Определение частоты выборки………………………………	36
3.4. Фильтр защиты от наложения частот…………………………	37
3.5. Параметры цифровых измерительных систем………………..	39
Вопросы для самопроверки…………………………………………	43
Глава 4. Измерения с различными источниками сигналов……………………………..….	44
4.1. Прохождение аналоговых сигналов…………………………..	44
4.2. Типы источников сигнала………………………………………	44
4.3. Согласование сигналов с электрической изоляцией………….	46
4.4. Категория установки……………………………………………	47
4.5. Погрешность измерений………………………………………..	50
4.6. Классы точности контрольно-измерительных приборов и систем………………………………………………………………	55
Вопросы для самопроверки…………………………………………	59
Глава 5. Типы контрольно-измерительных приборов и систем………………………………………….	60
5.1. Типы измерительных и систем………………………………	60
5.2. Дифференциальная измерительная система…………………..	60
5.3. Измерительные системы с общим, заземленным и незаземленным проводом……………………………………………………	63
5.4. Краткая классификация источников сигналов и измерительных систем…………………………………………………………	68
Вопросы для самопроверки…………………………………………	72
6. Глоссарий…………………………………………………………	73
Литература………………………………………………………….	82

Основные сокращения

ИС - измерительная система

ИК ИС - измерительный канал измерительной системы

КИП - контрольно-измерительный прибор

ВП - виртуальный прибор

NI - National Instruments

ТТЛ - транзисторно-транзисторной логики

УСД - устройство сбора данных

SCXI - Signal Conditioning extensions for Instrumentation

SCC - Signal Conditioning Components

АЦП – аналого-цифровой преобразователь

МЭК - международная электротехническая комиссия

Введение

Измерением называется физический опыт, в результате кото­рого находят численное значение измеряемой физической величи­ны. Измерения являются важнейшим этапом деятельности работ­ников всех отраслей науки и техники. Контрольно-измерительная аппаратура является основным оборудованием всех научно-исследовательских институтов, лабораторий, неотъемлемой частью оснастки любого технологического процесса, главным полезным весом искусствен­ных спутников Земли и космических станций. Уровень развития измерительной техники является одним из важнейших показате­лей научно-технического прогресса.

Измерения играют определяющую роль и в технике связи. Эксплуатация любых контрольно-измерительных приборов и систем невозможна без непрерывной информации о режимах рабо­тающих устройств, параметрах сигналов и условиях их передачи или приема. Эту информацию получают в результате измерений соответствующих величин.

Профилактический или аварийный ремонт контрольно-измерительных приборов и систем и нахождение неисправностей также невозможны без измерений. Для этих целей измеряют электрические параметры элементов (конденсаторов, резисторов и т. д.), .проверяют режимы блоков, узлов и всей установки, снимают различные характеристики. По­лученные количественные значения измеренных величин сопостав­ляют с приведенными в описаниях, спецификациях и на схемах, определяют причину и место неисправности и устраняют ее.

Производство контрольно-измерительных приборов и систем и особенно ее разработка со­провождаются непрерывными измерениями, так как рассчитанная схема всегда нуждается в практической проверке, а ее элементы в соответствующей подгонке. Приемо-сдаточные испытания раз­личных контрольно-измерительных приборов и систем в основном представляют со­бой тщательно выполняемые измерения.

Измерения выполняются с помощью специальных технических средств, предназначенных для этой цели, которые называются средствами измерений.

Все виды измерений можно разбить на измерения:

параметров сигналов — тока, напряжения, мощности, частоты, модуляции, формы, фазового сдвига, отношения сигнал/шум, на­пряженности электромагнитного поля;

параметров радиотехнических устройств — усиления, ослабле­ния, отражения, согласования, искажения сигнала, входного (вы­ходного) сопротивления;

характеристик узлов и аппаратуры — частотных, амплитудных, модуляционных, временных;

параметров элементов — сопротивлений резисторов, емкостей конденсаторов, индуктивностей и взаимоиндуктивностей одиноч­ных и связанных катушек индуктивности и трансформаторов, пол­ных сопротивлений двухполюсников и поверку средств измерений.

Широкий диапазон частот, большие пределы значений изме­ряемых величин, многообразие условий, в которых выполняются измерения, являются характерными особенностями техничес­ких измерений. Вследствие этих особенностей применяются раз­личные методы и способы измерений, и значительное число различ­ных средств измерений.

Измерения, где бы и кем бы они не выполнялись, всегда долж­ны быть достоверными, а их результаты — сопоставимыми. Един­ство измерений и единообразие средств измерений в стране обес­печивает метрологическая служба РФ. Основные задачи предприятий и организа­ций по метрологическому обеспечению определяются соответствующими нормативными документами.

Основоположником отече­ственной метрологической службы был великий русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев. В 1893 г. он возглавил и до конца жизни руководил организованной по его инициативе Главной пала­той мер и весов — ныне научно-производственное объединение «Научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева» (НИИМ).

Промышленность выпускает большое количество первоклассных контрольно-измерительных приборов для обеспечения растущих потреб­ностей народного хозяйства в точных измерениях. В этих приборах широко применяются полу­проводниковые приборы, микросхемы и интегральные схемы, но­вые принципы конструирования. На этой базе интенсивно обнов­ляется парк контрольно-измерительной аппаратуры общего применения. Однако большое число приборов, снятых с производства, нахо­дится и еще длительное время будет находиться в эксплуатации.

Основными направлениями развития контрольно-измерительных приборов и систем в настоящее время являются: авто­матизация и убыстрение процессов измерения с одновременным повышением точности; выполнение измерений, улучшение технических и эксплуатационных характеристик приборов за счет внедрения новой элементной базы и повышение их надежности. Реализация этих направлений обеспечивает повышение эффек­тивности и качества измерений и контроля.