1. Основным условием возможности решения всех перечисленных задач

является наличие однозначной связи между нормированными MX и

инструментальными погрешностями. Эта связь устанавливается посредством

математической модели инструментальной составляющей погрешности, в которой

нормируемые MX должны быть аргументами. При этом важно, чтобы номенклатура

MX и способы их выражения были оптимальны. Опыт эксплуатации различных СИ

показывает, что целесообразно нормировать комплекс MX, который, с одной

стороны, не должен быть очень большим, а с другой — каждая нормируемая MX

должна отражать конкретные свойства СИ и при необходимости может быть

проконтролирована.

2. Нормирование MX средств измерений должно производиться исходя из

единых теоретических предпосылок. Это связано с тем, что в измерительных

процессах могут участвовать СИ, построенные на различных принципах.

3. Нормируемые MX должны быть выражены в такой форме, чтобы с их

помощью можно было обоснованно решать практически любые измерительные

задачи и одновременно достаточно просто проводить контроль СИ на

соответствие этим характеристикам.

4. Нормируемые MX должны обеспечивать возможность статистического

объединения, суммирования составляющих инструментальной погрешности

измерений.

5. Нормируемые MX должны быть инвариантны к условиям применения и

режиму работы СИ и отражать только его свойства. Выбор MX необходимо

осуществлять так, чтобы пользователь имел возможность рассчитывать по ним

характеристики СИ в реальных условиях эксплуатации.

6. Нормируемые MX, приводимые в нормативно-технической документации,

отражают свойства не отдельно взятого экземпляра СИ, а всей совокупности

СИ данного типа, т.е. являются номинальными. Под типом понимается

совокупность СИ, имеющих одинаковое назначение, схему и конструкцию и

удовлетворяющих одним и тем же требованиям, регламентированным в

технических условиях. Метрологические характеристики отдельного СИ данного

типа могут быть любыми в пределах области значений номинальных MX. Отсюда

следует, что MX средства измерений данного

типа должна описываться как нестационарный случайный процесс. Математически

строгий учет данного обстоятельства требует нормирования не только пределов

MX как случайных величин, но и их временной зависимости (т.е.

автокорреляционных функций). Это приведет к чрезвычайно сложной системе

нормирования и практической невозможности контроля MX, поскольку при этом

он должен был бы осуществляться в строго определенные промежутки времени.

Вследствие этого принята упрощенная система нормирования, предусматривающая

разумный компромисс между математической строгостью и необходимой

практической простотой. В принятой системе низкочастотные изменения

случайных составляющих погрешности, период которых соизмерим с

длительностью межповерочного интервала, при нормировании MX не учитываются.

Они определяют показатели надежности СИ, обуславливают выбор рациональных

межповерочных интервалов и других аналогичных характеристик.

Высокочастотные изменения случайных составляющих погрешности, интервалы

корреляции которых соизмеримы с длительностью процесса измерения,

необходимо учитывать путем нормирования, например, их автокорреляционых

функций.

Датчики параметров движения, классификация (по назначению, принципу действия и т.д.).

Классификация электромагнитных датчиков перемещения:

1. С переменной индуктивностью:

а). – подвижная часть (ПЧ);

- магнитная часть (Маг);

- обмотки возбуждения (ОВ);

- обмотки измерения (ОИ);

- чувствительный элемент (ЧЭ)

3. Режимы работы фотодиода.

Фотодиод – это фотоприемник, принцип действия которого основан на фотогальваническом эффекте и фоточувствительный элемент которого содержит структуру полупроводникового диода. В диодах, когда отключено внешнее поле, в области p-n-перехода существует внутреннее электрическое поле, препятствующее движению носителей. Если облучить переход светом с энергией квантов, превышающей ширину запрещенной зоны, то возникают электронно-дырочные пары, диффундирующие в область перехода. Там они разделяются внутренним полем – электроны в n-область, а дырки в p-область и вызывают ЭДС на контактах фотодиода (фотогальванический режим – фотодиод работает генератором фотоЭДС). При этом выражение для тока фотодиода IФg можно получить из схемы замещения фотодиода в фотогальваническом режиме (рисунок 1).

(2)

где IФ – фототок, R – сопротивление нагрузки, Ipn- ток p-n – перехода, u – напряжение на диоде, Io – тепловой ток p-n-перехода,  - температурный потенциал.

Если же включить p-n-переход в электрическую цепь и подать на него обратное смещение (рисунок 2), то в область p-n-перехода возникает обедненный слой, в котором отсутствуют носители и действует сильное электрическое поле. Если теперь осветить фотодиод, то возникающие носители ускоряются в этом поле и движутся: электроны в n-слой, дырки в p-слой. Возникающий в результате этого ток протекает во внешние цепи (фотодиодный режим). Ток фотодиода при этом равен:

. (3)

В общем случае ток фотодиода описывается выражением (2). Это уравнение является уравнением семейства вольтамперных характеристик (рисунок 3).

Рисунок 2 – Схема включения фотодиода с обратным смещением

Рисунок 3 – Вольтамперные характеристики фотодиода

Семейство вольтамперных характеристик фотодиодов расположено в квадрантах I , III., IV. Квадрант I- это нерабочая область для фотодиода, в этом квадранте к p-n-переходу прикладывается прямое напряжение и диффузионная составляющая полностью подавляет фототок (Ipn>>IФ). Фотоуправление потоком через диод становится невозможным. Квадрант III – это фотодиодная область работы фотодиода. К p-n-переходу прикладывается обратное напряжение. В рабочем диапазоне рабочих напряжений фототок практически не зависит от обратного напряжения и сопротивления нагрузки. Вольтамперная характеристика нагрузочного резистора R представляет собой прямую линию, уравнение которой имеет вид:

Еобр – IФgR = U, (3.4)

где Еобр - напряжение источника обратного напряжения; U - обратное напряжение на фотодиоде; IФg - фототок (ток нагрузки).

Фотодиод и нагрузочный резистор соединены последовательно, то есть через них протекает один и тот же ток IФg. Этот ток можно определить по точке пересечения вольтамперных характеристик фотодиода и нагрузочного резистора.

Квадрант IV – семейство вольтамперных характеристик фотодиода соответствует фотогальваническому режиму работы фотодиода. Точки пересечения вольтамперных характеристик с осью напряжения соответствует значениям фотоЭДС или напряжения холостого хода Ux (рисунок 3) при разных потоках Ф. Точки пересечения вольтамперных характеристик с осью токов соответствуют значениям токов короткого замыкания (R = 0). Промежуточные значения сопротивления нагрузки для разных значений R выходят из начала координат под разным углом. При заданном значении тока по вольтамперным характеристикам фотодиода можно выбрать оптимальный режим работы фотодиода в фотогальваническом режиме. Под оптимальным режимом в данном случае понимают выбор такого сопротивления нагрузки, при котором в R будет передаваться наибольшая электрическая мощность.

Билет № 15

Основы метрологического обеспечения, правовые основы обеспечения единства измерений, основные положения закона РФ об обеспечении единства измерений 1993 г.

Для контроля за соблюдением требований, предъявляемых к качеству, важно обеспечить единство измерений различных параметров продукции, работ, услуг. Деятельностью, направленной на обеспечение единства величин, занимается метрологическая служба в структуре Госстандарта России. Правовые основы обеспечения единства измерений определяются Законом РФ от 27 апреля 1993 г. "Об обеспечении единства измерений".

В соответствии с данным актом к применению допускаются лишь узаконенные единицы величин Международной системы единиц. Наименования, обозначения и правила написания единиц величин, а также правила их применения на территории РФ устанавливает Правительство РФ. В качестве исходных используют государственные эталоны. В целях проверки соблюдения установленных метрологических правил и норм органы государственной метрологической службы осуществляют государственный метрологический контроль и надзор.

Датчики параметров движения: датчики линейных и угловых перемещений.

Нарисовать и объяснить вольтамперные характеристики фотодиода.

Фотодиод – это фотоприемник, принцип действия которого основан на фотогальваническом эффекте и фоточувствительный элемент которого содержит структуру полупроводникового диода. В диодах, когда отключено внешнее поле, в области p-n-перехода существует внутреннее электрическое поле, препятствующее движению носителей. Если облучить переход светом с энергией квантов, превышающей ширину запрещенной зоны, то возникают электронно-дырочные пары, диффундирующие в область перехода. Там они разделяются внутренним полем – электроны в n-область, а дырки в p-область и вызывают ЭДС на контактах фотодиода (фотогальванический режим – фотодиод работает генератором фотоЭДС). При этом выражение для тока фотодиода IФg можно получить из схемы замещения фотодиода в фотогальваническом режиме (рисунок

Рисунок 2 – Схема включения фотодиода с обратным смещением

Рисунок 3 – Вольтамперные характеристики фотодиода

Семейство вольтамперных характеристик фотодиодов расположено в квадрантах I , III., IV. Квадрант I- это нерабочая область для фотодиода, в этом квадранте к p-n-переходу прикладывается прямое напряжение и диффузионная составляющая полностью подавляет фототок (Ipn>>IФ). Фотоуправление потоком через диод становится невозможным. Квадрант III – это фотодиодная область работы фотодиода. К p-n-переходу прикладывается обратное напряжение. В рабочем диапазоне рабочих напряжений фототок практически не зависит от обратного напряжения и сопротивления нагрузки. Вольтамперная характеристика нагрузочного резистора R представляет собой прямую линию, уравнение которой имеет вид:

Еобр – IФgR = U, (3.4)

где Еобр - напряжение источника обратного напряжения; U - обратное напряжение на фотодиоде; IФg - фототок (ток нагрузки).

Фотодиод и нагрузочный резистор соединены последовательно, то есть через них протекает один и тот же ток IФg. Этот ток можно определить по точке пересечения вольтамперных характеристик фотодиода и нагрузочного резистора.

Квадрант IV – семейство вольтамперных характеристик фотодиода соответствует фотогальваническому режиму работы фотодиода. Точки пересечения вольтамперных характеристик с осью напряжения соответствует значениям фотоЭДС или напряжения холостого хода Ux (рисунок 3) при разных потоках Ф. Точки пересечения вольтамперных характеристик с осью токов соответствуют значениям токов короткого замыкания (R = 0). Промежуточные значения сопротивления нагрузки для разных значений R выходят из начала координат под разным углом. При заданном значении тока по вольтамперным характеристикам фотодиода можно выбрать оптимальный режим работы фотодиода в фотогальваническом режиме. Под оптимальным режимом в данном случае понимают выбор такого сопротивления нагрузки, при котором в R будет передаваться наибольшая электрическая мощность.

Билет № 16

Классификация и общая характеристика средств измерений и ГСи, метрологические свойства и метрологические характеристики средств измерений.

Средство измерений - техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства.

Средства измерений различаются: - по метрологическому назначению - на рабочие и метрологические; - по конструктивному исполнению - на меры, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы и измерительные комплексы; - по уровню автоматизации - на неавтоматические, автоматизированные и автоматические; - по уровню стандартизации - на стандартные и нестандартные; - по отношению к измеряемой величине - на основные и вспомогательные.

Метрологические свойства средств измерений – это свойства, влияющие на

результат измерений и его погрешность. Показатели метрологических свойств

являются их количественной характеристикой и называются метрологическими

характеристиками. Все метрологические свойства средств измерений можно

разделить на две группы:

. Свойства, определяющие область применения СИ

. Свойства, определяющие качество измерения. К таким свойствам относятся

точность, сходимость и воспроизводимость.

Наиболее широко в метрологической практике используется свойство точности

измерений, которое определяется погрешностью.

ГСП предусматривает единую классификацию средств контроля и управления, унификацию входных и выходных сигналов, параметров питающих устройств, введение единых требований по точности технических средств, надежности, условиям эксплуатации, а также введение единого ряда габаритных и присоединительных размеров

Средства измерения неэлектрических величин, классификация.

Нарисовать и объяснить вольтамперные характеристики фоторезистора.

Фоторезисторы – это полупроводниковые фотоэлектрические элементы с внутренним фотоэффектом, в которых используется изменение сопротивления полупроводниковых материалов под действием света. Фоторезистор монтируется в пластмассовом корпусе со стеклянным дном для обеспечения доступа света к полупроводниковым материалам. При включении фоторезисторов в цепь и отсутствии света (Ф = 0) через фоторезистор протекает темновой ток: Iт = b0U,где b - постоянный коэффициент, определяемый геометрическими размерами фоточувствительного слоя; 0 - темновая проводимость полупроводника.

При освещении фоторезистора, проводимость светочувствительного слоя возрастает и через прибор течет фототок: IФ = b(0 + Ф)U,где Ф - световая проводимость.

Вольтамперная характеристика имеет линейный характер (рисунок 4). Линейность нарушается только при больших напряжениях на фоторезисторе. Важной характеристикой фоторезистора является энергетическая характеристика, то есть зависимость фототока от светового потока - IФ = f(Ф) (рисунок 5). При малом потоке Ф фоток IФ зависит от него линейно (IФФ), при больших Ф фототок IФ .

Билет № 17

Измерительные преобразователи, предназначенные для работы в тяжелых условиях эксплуатации; агрессивных (коррозионноактивных, взрыво-, пожаро- и экологическиопасных ) средах, тяжелых климатических условиях, при больших возмущающих воздействиях.

Параметрические структурные схемы измерительных преобразователей.

Нарисовать и объяснить энергетические характеристики фоторезистора.

Фоторезисторы – это полупроводниковые фотоэлектрические элементы с внутренним фотоэффектом, в которых используется изменение сопротивления полупроводниковых материалов под действием света.

Вольтамперная характеристика имеет линейный характер (рисунок 4). Линейность нарушается только при больших напряжениях на фоторезисторе. Важной характеристикой фоторезистора является энергетическая характеристика, то есть зависимость фототока от светового потока - IФ = f(Ф) (рисунок 5). При малом потоке Ф фоток IФ зависит от него линейно (IФФ), при больших Ф фототок IФ .

Билет № 18

Анализ уровня техники в области измерительных преобразователей, международная классификация патентов измерительных преобразователей.

Критерии определения обобщенных величин и параметров.

Критерии выявления обобщенных величин и параметров.

Наука о наиболее общих закономерностях в природе – термодинамика может рассматривать процесс физической природы как следствие какого-либо воздействия. Этот процесс является реакцией. Возникновение «причинно-следственная» связь.

Обобщенные величины характеризуют процессы в физических системах и в общем случае является функциями времени, т.е. представляет собой переменные. За величинами закрепляются переменные. Входная и выходная величина записывается и стрелкой обознач-ся величины.

Параметр характеризуют само состояние физической системы (не величины, а свойство самой системы.) Определяется через физические константы и геометрические размеры системы . Параметры как характеристики системы являются относительно неизменяемыми, их значения const при отсутствии воздействия других физических процессов.

Параметры оптического излучения.

Билет № 19

1. Методология системного подхода (системного анализа) при проектировании информационно-измерительных преобразователей.

1 свойство: при разработке проектирования САУ одной из основных проблем часто является невозможность измерить тот или иной важный параметр – ОУ, или недостаточная точность, или быстродействие существующих средств измерения.

2 свойство: конструктора или разработки систем хорошо знающие, что следует измерять в ОУ, как правило, плохо знакомы с возможностями измерительной техники и вопросами метрологии.

Система управления с обратной связью, записывается в виде блоков

ИМ – исполнительный механизм; ДОС – датчик обратной связи; ЗУ – запоминающее устройство; ОУ – объект управления; g – задающая величина; y – выходная величина; х – входная величина.

Самое слабое звено – ДОС. Качество всей системы определяется самым плохим звеном.

3 свойство: Т.к. структурная схема системного управления, как правило, является последовательной, характеристики всей системы определяются характеристикой самого слабого звена (с его наихудшего звенья). Как правило, ими является ДОС или измерительные устройства. Во многом это связано с тем, что датчики работают в наиболее тяжелых условиях.

4 свойство: Большое разнообразие измерительных величин, что соответствует требованиям большей номенклатуры, средств измерения. Наличие большого числа точек контроля и измерений в сложных системах. Сложная система – система с распределением параметров (по длине – трубопроводы – p, t, утечки, параметры перекачки среды). Все это снижает надежность качества системы.

2. Категории и виды стандартов, организация работ по стандартизации, государственный контроль за соблюдением требованием гос. стандартов.

Категории стандартов: Государственные стандарты (ГОСТ Р) разрабатывают на продукцию, работы и услуги, потребности в которых носят межотраслевой характер. Стандарты этой категории принимает Госстандарт России, а если они относятся к области строительства, архитектуры, промышленности строительных материалов — Госстрой России. В государственных стандартах содержатся как обязательные для выполнения требования к объекту стандартизации, так и рекомендательные. Отраслевые стандарты (Ост) Разрабатывается в тех случаях, когда на объекты стандартизации отсутствуют ГОСТЫ или когда необходимо ужесточить требования. разрабатываются применительно к продукции определенной отрасли. Их требования не должны противоречить обязательным требованиям государственных стандартов, а также правилам и нормам безопасности, установленным для отрасли. Стандарты предприятий (СТП) разрабатываются и принимаются самим предприятием. Объектами стандартизации в этом случае обычно являются составляющие организации и управления производством, совершенствование которых — главная цель стандартизации на данном уровне.

Стандарты общественных объединений (СТО) (научно-технических обществ, инженерных обществ и др.). Эти нормативные документы разрабатывают, как правило, на принципиально новые виды продукции, процессов или услуг; передовые методы испытаний, а также нетрадиционные технологии и принципы управления производством.

Международный стандарт (ИСО) – разрабатывает и выпускает международная организация по стандартизации. На основе ИСО создаются нац стандарты. Основная цель ИСО – содействовать благоприятному развитию стандартизации в мире.

Виды стандартов. Перечисленные нормативные документы, как показано выше, принимаются (утверждаются) на разных уровнях управления хозяйственной деятельностью. По этому признаку различают категории стандартов РФ. 1)Основополагающие стандарты разрабатывают с целью содействия взаимопониманию, техническому единству и взаимосвязи деятельности в различных областях науки, техники и производства. Этот вид нормативных документов устанавливает такие организационные принципы и положения, требования, правила и нормы, которые рассматриваются как общие для этих сфер и должны способствовать выполнению целей, общих * как для науки, так и для производства.

2) Стандарты на продукцию (услуги) устанавливают требования либо к конкретному виду продукции (услуги), либо к группам однородной продукции (услуги). В отечественной практике есть две разновидности этого вида нормативных документов: -стандарты общих технических условий, которые содержат общие требования к группам однородной продукции, услуг;

-стандарты технических условий, содержащие требования к конкретной продукции (услуге).

3)Стандарты на работы (процессы) устанавливают требования к конкретным видам работ, которые осуществляются на разных стадиях жизненного цикля продукции: разработки, производства, эксплуатации (потребления), хранения, транспортировки, ремонта, утилизации.

4)Стандарты на методы контроля (испытаний, измерений, анализа) рекомендуют применять методики контроля, в наибольшей степени обеспечивающие объективность оценки обязательных требований к качеству продукции, которые содержатся в стандарте на нее. Главный критерий объективности метода контроля (испытания, измерения, анализа) — воспроизводимость и сопоставимость результатов.

3. Генераторные и параметрические измерительные преобразователи.

Параметрические датчики (датчики-модуляторы) входную величину X преобразуют в изменение какого-либо электрического параметра (R, L или C) датчика. Передать на расстояние изменение перечисленных параметров датчика без энергонесущего сигнала (напряжения или тока) невозможно. Выявить изменение соответствующего параметра датчика только и можно по реакции датчика на ток или напряжение, поскольку перечисленные параметры и характеризуют эту реакцию. Поэтому параметрические датчики требуют применения специальных измерительных цепей с питанием постоянным или переменным током.

Генераторные датчики осуществляют непосредственное преобразование входной величины X в электрический сигнал. Такие датчики преобразуют энергию источника входной (измеряемой) величины сразу в электрический сигнал, т.е. они являются как бы генераторами электроэнергии (откуда и название таких датчиков - они генерируют электрический сигнал).

 Дополнительные источники электроэнергии для работы таких датчиков принципиально не требуются (тем не менее дополнительная электроэнергия может потребоваться для усиления выходного сигнала датчика, его преобразования в другие виды сигналов и других целей). Генераторными являются термоэлектрические, пьезоэлектрические, индукционные, фотоэлектрические и многие другие типы датчиков.

Билет № 20

Информационно-поисковые системы проведения патентных исследований и анализа научно-технической литературы для определения уровня техники, сайты федер-го института промышленной собственности fips.ru и sibpatent.ru. Описания изобретений.

Патент – права обладателя на вид деятельности.

Лицензия – передача права на пользование патентом.

Лицензирование – проверка на патентную частоту.

3 критерия изображения патента:

1). Новизна (решается в рамках экспертизы, суда);

2). Достоверность (представление актов испытаний; логика-чертеж, схема);

3). Полезность (указание цели для которой она сделана. Сравнивается с прототип-

аналогом, что наши изобретения важнее);

Формула изобретения (ФИ) – юридический документ для рассмотрения

изобретения, 2 части: 1. отличительная часть, 2. ограничительная часть.

Туда вход: существенные признаки и (ФИ) взаимосвязи (элементы конструкции). ФИ не содержит принципа действия, а содержит только элементы.

Прототип – ближайший аналог; он существует один. Отличительная часть – то, что известно, вход в конструкцию.

ФИ содержит цель.

Зависимые изобретения – все существенные признаки прототипа вошли в наше изобретение. Срок действия патента: 20 лет. Основной официальный документ изобретений – бюллетень изобретения. Федеральный институт патента собственности – fips.ru.

Структура описания изобретения: строго состоит из нескольких разделов:

название (датчиков перемещения). Область техники и основная область применения.

критика аналогов (в помощь экспорту, указываются только те недостатки, которые мы устраняем) без позиций.

«Статика» (прив-ся все существенные признаки с их позициями)

«Динамика» (описание принципа действия; принцип положительного эффекта, следовательно, повышение работоспособности).

Классы A…F, F-сист.управления, H-двигатели, G-физика, GO1-измерительная техника

Унификация машин и приборов, типизация и агрегирование машин и приборов.

Физико-технические эффекты. Коэффициенты преобразования.

Билет № 21

Схемы замещения информационно-измерительных преобразователей.\

Цели и задачи сертификации, основные термины и определения, тенденции развития сертификации.

Основная цель сертификации:

создание условий для деятельности предприятий, учреждений, организаций и предпринимателей на едином товарном рынке РФ, а также для участия в международно-экономическом, научно-техническом сотрудничестве и международной торговле.

содействие потребителя в компетентном выборе продукции.

защита потребителя от недобросовестности изготовителя.

контроль безопасности продукции для окр.среды, жизни, здоровья и имущества.

подтверждение покупателя качества продукции заявленных изготовителей.

Учитывая сказанное, основные задачи сертификации можно сформулировать следующим образом:

сертификация соответствия должна предотвратить поступление на наш рынок некачественных товаров и сделать невозможными ввоз оборудования, не соответствующего требованиям современных мировых стандартов;

сертификация услуг позволяет ориентироваться в их уровне как при взаимоотношениях внутри страны, так и при выполнении международных работ;

сертификация должна способствовать проникновению на мировой рынок отечественных товаров, оборудования и услуг, соответствующих международным нормам;

сертификация должна способствовать повышению уровня унификации и агрегатирования оборудования отечественных производителей.

В сертификации участвуют 3 стороны: производитель, потребитель, независимый эксперт.

Сертификация соответствия - действие третьей стороны, доказывающее, что должным образом идентифицированная продукция соответствует конкретному стандарту или другому нормативному документу.

Соответствие - соблюдение всех установленных требований к продукции, процессу или услуге.

Третья сторона - лицо или орган, признаваемые независимыми от участвующих сторон в данном процессе.

Орган по сертификации - организация, проводящая сертификацию соответствия.

Сертификат соответствия - документ, выданный по правилам системы сертификации для подтверждения соответствия продукции установленным требованиям.

Декларация о соответствии - документ, в котором изготовитель (продавец, исполнитель) удостоверяет, что поставляемая (продаваемая) им продукция соответствует установленным требованиям.

Знак соответствия - зарегистрированный в установленном порядке знак, которым по правилам, установленным в данной системе сертификации, подтверждается соответствие маркированной им продукции установленным требованиям.