Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Конспект лекций.doc
Скачиваний:
526
Добавлен:
05.03.2016
Размер:
7.4 Mб
Скачать

Лекция 1 Введение

Приборы – это устройства, имеющие широкое предназначение. Они используются не только для измерений, но и для наблюдений, обработки и представления информации, передачи ее на расстояние; для воз­действия на объект исследования; для регулирования и управления процессами. Прибор всегда выступает посредником между человеком и природой, человеком и техникой, между природными или техническими объекта­ми и другими техническими устройствами.

Многие приборы (лупа, весы, телескоп) были изобретены еще в прошлые века, однако даже в XIX веке широко рас­пространенными приборами были только часы и весы. В XX веке при­боры проникли во все виды нашей деятельности: на производство, в медицину, в систему образования, в наш быт и досуг.

Чтобы ориентироваться в сложном и разнообразном мире при­боров, необходимо их классифицировать. Классификация – сорти­ровка по тому или иному признаку. В зависимости от признака, по­ложенного в основу, возможны различные классификации.

Классификация приборов

Приборы можно классифицировать по назначению. По этому признаку различают:

  1. Приборы для получения информации о явлениях в природе и технике. Это наблюдательные и измерительные приборы (зрительная труба, вольтметр и др.).

  2. Эталоны и меры (линейки, гири и т. д.).

  3. Приборы для передачи и преобразования информации (линии связи, датчики, усилители, интеграторы, дифференцирующие схемы, умножители и делители частоты, электронно-вычислительные машины).

  4. Приборы для преобразования и передачи энергии (источники тока, трансформаторы, генераторы, редукторы, линии электро­передачи).

  5. Приборы для воздействия на объекты (механические и другие инструменты, станки, манипуляторы, насосы, осветители, печи, го­релки, холодильники и т. д.).

Кроме того приборы разделяют по отрасли применения: химические, биологические, медицинские, геодезические, электротех­нические, радиотехнические, акустические, астрономические и др.

Приборы, применяемые в одной отрасли, например в физических измерениях, могут классифицироваться по роду измеряемой величины, например приборы для определения параметров движения:

– (спидометры, акселерометры, навигационные приборы),

– приборы для определения параметров радиотехнических цепей и т. д. При этом в основу действия прибора, предназначенного для определенной цели, могут быть положены самые различные физические явления. Так, спидометр может быть и чисто механическим и радиолока­ционным.

Наиболее удобна для изучения приборов систематизация по п р и н- ципу действия, по физическому явлению, положенному в основу работы прибора. Здесь также можно говорить об электриче­ских, оптических, магнитных и других приборах.

Различают приборы и по конструктивном оформлению. Приборы могут быть стационарными (щитовыми, настольными) и переносными.

Общий принцип измерения физичеcких величин

Измерить какую-либо величину X – значит сравнить ее с одно­родной величиной х0, принятой за единицу:

X = пх0. (1)

Здесь п – число, результат измерения. Выбор единиц измерения для каждой физической величины – задача непростая. Он определяется приня­той системой единиц. В настоящее время по международному согла­шению в качестве такой системы используется Международная система единиц (СИ). Она определяет основные единицы (м, кг, с, А, кд, моль) и производные (м/с, Н, Дж и т. д.).

Для определения единичных значений х0 для всех основных (иног­да и для производных) величин созданы эталоны и меры. Эталоны хранятся в специальных учреждениях и для работы не используются. По ним только изготавливаются вторичные эталоны, а с последних – рабочие меры (линейки, гири и т. д.), которые и используются на практике.

Меры должны соответствовать эталонам, для чего проводится их поверка. Как и эталоны, они не должны меняться во времени и долж­ны по возможности слабо зависеть от изменения внешних условий (температуры, электрического, магнитного и электромагнитного по­лей, вибрации, воздействия химических агрессивных сред и т. д.).

Набор мер называется магазином. Так, существуют магазины сопротивлений, емкостей, комплекты гирь к весам и т.д.

Измерительные приборы могут быть приборами непосред­ственного сравнения однородных величин (линейка, гирные весы и т. д.), а могут быть приборами косвенного измерения, когда прибор непосредственно измеряет некоторую величину X', а величина X, которую надо определить, связана с X' некоторой функ­циональной зависимостью. При постоянстве всех других величин, входящих в эту зависимость (формулу), шкалу прибора можно про­градуировать в единицах величины X.

Так, ртутный термометр непосредственно измеряет не температуру Т, а увеличение объема ртути. Но эти величины связаны. Поэтому на шкале термометра можно проставить градусы. Так же амперметр магнитоэлектрической системы измеряет непосредственно не силу тока, а момент силы (силы Ампера), закручивающей пружинку. Но сила Ампера однозначно связана с силой тока, и поэтому шкалу градуируют в амперах.

Приборы непосредственного сравнения всегда точнее из-за меньшей или отсутствия меодической погрешности, но приборы косвенного измерения обычно удобнее.

В современных измерительных приборах часто измеряемая вели­чина преобразуется в электрическую величину, например в напряже­ние, иногда в частоту переменного тока или в частоту следующих друг за другом электрических импульсов. Для преобразования любой ве­личины (электрической или неэлектрической) в напряжение служат датчики и преобразователи.

Преобразование может быть многоступенчатым. Так, сила, приложенная к балке, может измеряться по ее деформации, деформация по удлинению наклеенной на балку тонкой проволочки, а удлинение проволочки поизменению ее сопротивления (резистивный тензодатчик). Измерительные приборы всегда более или менее сложным образом перерабатывают поступающую информацию. В самом простом случае перемещение указателя прибора прямо пропорционально измеряемой еличине: L~ п (рис.1, а). При градуировке такого прибора шкала получается равномерной. Однако это не всегда так. Если показания прибора не зависят от знака измеряемой величины, шкала в первом приближе­нии квадратична: L ~ (рис. 1,б). Такую шкалу имеют, например, многие электроизмерительные приборы. Деления шкалы у такого прибора не одинаковы, чем дальше от нуля, тем они крупнее.

а) линейная б) квадратичная

Рис.1. Шкалы.

В тех случаях, когда измеряе­мая величина изменяется в очень широких пределах (на несколько порядков), линейная шкала неудоб­на, так как дает малую точность при малых значениях величины. В этом случае либо делают пере­ключатель диапазонов (и т. д.), либо используют логариф­мическую шкалу (рис.2), т. е. строят схе­му прибора так, чтобы смещение указателя по шкалеL было пропор­ционально не п, а логарифму от п, т.е.

. (2)

Рис. 2. Логарифмическая шкала.

По способу вывода информации измерительные ириборы делятся на аналоговые, цифровые, а также приборы с выводом изображения на плоскость бумаги (само­писцы) или на телевизионный экран (дисплеи) и др. Анало­говыми называют приборы, в которых вдоль шкалы перемещаются какие-либо указатели: стрелка, «зайчик», отраженный от подвижного зеркала, или край облака газового разряда). В цифровых приборах информация выдается в виде числа, образованного цифрами.

Электронные приборы предпочтительнее механиче­ских, так как они устойчивее к вибрации, ударам и, главное, более быстро­действующие.