И. В. РЯБОВ И. В. ПЕТУХОВ

И з м е р и т е л ь н а я т е х н и к а и и н ф о р м а ц и о н н о -

и з м е р и т е л ь н ы е с и с т е м ы

Учебное пособие

Йошкар-Ола ПГТУ 2013

УДК 621.3

ББК 32.97

Р 22

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор Марийского государственного университе- та М. Л. Николаев ;

кандидат технических наук, профессор Поволжского государственного техно- логического университета А. В. Кревецкий

Печатается по решению редакционно-издательского совета ПГТУ

Рябов, И. В.

Р 22 Измерительная техника и информационно-измерительные систе- мы: учебное пособие / И. В. Рябов, И. В. Петухов. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2013. – 356 с.

ISBN 978-5-8158-1073-0

В учебном пособии изложены теоретические основы проектирования информационно-измерительных систем, даны основные понятия измери- тельной техники, рассмотрены основные виды и методы измерений элек- трических и неэлектрических величин.

Для студентов направлений подготовки бакалавров 220400 «Управле- ние в технических системах» и 211000 «Конструирование и технология ЭС» очной формы обучения.

УДК 621.3

ББК 32.97

ISBN 978-5-8158-1073-0 © Рябов В. И., Петухов И. В., 2013

© Поволжский государственный технологический университет, 2013

Оглавление

СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 6

ПРЕДИСЛОВИЕ 7

ВВЕДЕНИЕ 8

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ 13

   1. Основные понятия и определения метрологии13

   2. Единицы физических величин 18

   3. Классификация и методы измерений 20

   4. Классификация средств измерений 25

   5. Метрологические характеристики средств измерений 32

   6. Классификация погрешностей 38

   7. Модели измерительного процесса 46

   8. Систематические погрешности49

   9. Случайные погрешности53

   10. Обработкарезультатов измерений 64

   11. Суммирование погрешностей 70

   12. Формы записи результатов измерений 72

Контрольные вопросы 73

2. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН 74

   1. Электромеханические измерительные приборы 74

   2. Электромеханические приборы с преобразователями 96

   3. Измерительные трансформаторы тока и напряжения 99

   4. Электронные измерительные приборы 112

   5. Цифровые измерительныеприборы118

   6. Измерительные мосты и компенсаторы 121

Контрольные вопросы 133

3. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИИ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН 134

   1. Основные характеристики измерительных

преобразователей 134

2. Схемы включения преобразователей в мостовые схемы 140

3. Динамические свойства преобразователей 153

4. Классификация измерительных преобразователей 159

Контрольные вопросы 163

4. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ 164

   1. Фотоэлектрические преобразователи 164

   2. Емкостные преобразователи 176

   3. Тепловые преобразователи 183

   4. Ионизационные преобразователи 199

   5. Реостатные преобразователи 209

   6. Тензорезистивные преобразователи 215

   7. Индукционные преобразователи 225

   8. Магнитоупругие преобразователи 238

   9. Генераторные преобразователи 247

   10. Гальванические преобразователи 253

Контрольные вопросы 259

5. КЛАССИФИКАЦИЯ АЦП. МЕТОДЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

И ПОСТРОЕНИЯ АЦП 260

1. Аналого-цифровое преобразование сигналов 260

2. Классификация АЦП 262

3. Построение АЦП 268

Контрольные вопросы 279

6. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ

СИСТЕМЫ 280

1. Основные термины и определения 280

2. Роль информационных процессов 284

3. Виды и структуры измерительных

информационных систем 286

4. Основные компоненты ИИС 286

5. Математические модели и алгоритмы измерений

измерительных информационных систем 289

6. Разновидности измерительных информационных систем ... 291 6.7. Телеизмерительные системы 304

8. Системы автоматического контроля 305

9. Системы технической диагностики 310

10. Системы распознавания образов 314

11. Особенности проектирования

измерительных информационных систем 317

8. Интерфейсы информационно-измерительных систем 336

Контрольные вопросы 340

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 341

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 342

ПРИЛОЖЕНИЯ 344

Приложение 1. Основные и производные единицы измерения 344

Приложение 2. Перечень основополагающих стандартов 348

СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

АИС – аппроксимирующая информационная система АЦП – аналого-цифровое преобразование

ВАХ – вольтамперная характеристика ГСП – государственная система приборов ГСТ – генератор стабильного тока

ИВК – измерительно-вычислительный комплекс ИИП – индукционные измерительные приборы ИИС – измерительная информационная система ИМ – измерительный механизм

ИС – измерительная система

ИТН – измерительный трансформатор напряжения ИТТ – измерительный трансформатор тока

ИУ – измерительные установки

КПТ – компенсатор постоянного тока КТС – комплексное техническое средство

МКС – система (метр, килограмм, секунда) МП – масштабные преобразователи

МЭП – магнитоэлектрические приборы СГС – система (сантиметр, грамм, секунда) СИ – средство измерений

ТЗ – техническое задание ТП – технический проект

ТЭО – технико-экономическое обоснование УУ – устройство управления

ФД – фотодиод

ФДПУ – ферродинамические измерительные приборы ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь

ЦИП – цифровые измерительные приборы ЦОУ – цифровое отсчетное устройство

ЭВ – электронные вольтметры

ЭДИП – электродинамические измерительные приборы ЭМИП – электромагнитные измерительные приборы ЭСИП – электростатические измерительные приборы