Глава 2. Информационно - измерительная техника 177

1. Средства измерений 177

1.1. Измерения. Основные понятия метрологии. Классификация средств измерений 178

1.2. Виды и методы измерений 191

1.2.1. Классификация видов измерений 192

1.2.2. Обзор методов измерений 197

1.2.3. Методы измерений и их классификация 199

1.3. Основные погрешности измерений 210

2. Измерительные преобразователи 215

2.1. Измерительная цепь и ее элементы 218

2.2.1. Шунты 220

2.2.2. Добавочные сопротивления 222

2.2.3. Дополнительные измерительные преобразователи 223

2.3. Измерительные трансформаторы напряжения и тока 224

3. Аналоговые электромеханические приборы 232

3.1. Приборы магнитоэлектрической системы 235

3.2. Приборы электромагнитной систем 237

3.3. Приборы электродинамической системы 239

3.4. Приборы индукционной системы 241

3.5. Приборы детекторной системы 243

3.6. Приборы термоэлектрической системы 248

3.7. Приборы электростатической системы 249

4. Электронные аналоговые и цифровые измерительные приборы 250

4.1. Классификация электронных измерительных приборов 256

4.2. Стрелочные измерительные приборы 258

4.3. Цифровые электронные приборы 259

4.3.1. Цифровые вольтметры 260

4.3.2. Цифровые амперметры и омметры 268

4.3.3. Цифровые ваттметры и счетчики электрической энергии 277

4.3.4. Частотомеры-периодомеры 286

5. Электронно-лучевые осциллографы 290

6. Измерительные приборы промышленной электроники 297

7. Информационно-измерительные системы 303

Заключение 312

Библиографический список к первой главе 313

Библиографический список ко второй главе 315

Введение

Предлагаемое учебное пособие по курсу лекций «Информационно-измерительная техника и электроника» соответствует рабочим программам федерального стандарта, предназначенным для обучения студентов ВУЗов специальностей 140211 «Электроснабжение» и 210106 «Промышленная электроника в энергетике».

В современной терминологии электроника – это наука о взаимодействии электронов с электромагнитными полями, а также крупная отрасль техники, занимающаяся созданием и применением вакуумных, полупроводниковых, газоразрядных и других электронных приборов и устройств, в которых это взаимодействие используется для преобразования электромагнитной энергии, а также для передачи, обработки и хранения информации.

Современные средства электронной техники выполняются преимущественно на базе дискретных полупроводниковых приборов и интегральных схем. Характерной особенностью современной электронной техники, включая ее отрасль – промышленную электронику, является широкая интеграция раннее почти не связанных областей науки и техники, таких как физика твердого тела, полупроводниковые приборы, микроэлектроника, теория и проектирование электрических и электронных измерительных цепей и устройств и др. Сегодня практически невозможно найти область науки и техники, народного хозяйства, где бы изделия электроники не применялись. В частности, современная энергетика на основе достижений микроэлектроники оснащена новым поколением электронной аппаратуры для управления, регулирования, контроля, защиты, сигнализации и диагностики с использованием микропроцессов и микро-ЭВМ, что существенно повысило эффективность работы и надежность всего комплекса силового оборудования. Применение цифровой информационно-измерительной техники (ИИТ) в значительной степени увеличило точностные характеристики аппаратуры, повысило стабильность параметров и открыло возможность к существенному расширению и усложнению выполняемых ее функций. Естественно, что при неустанно возрастающем прогрессе в развитии электронной техники и информационных технологий к будущим специалистам, а пока студентам старших курсов, связанных с современной энергетикой и промышленной электроникой, должны предъявляться высокие требования, предусматривающие одновременно интеграцию инженерных знаний, необходимость качественной и комплексной подготовки специалиста и в дальнейшем – повышение его квалификации.

В этих условиях становится актуальной задача внедрения в учебный процесс новых, более прогрессивных форм обучения. В частности, внедряемое в настоящее время электронное (дистанционное) обучение, в том числе через компьютерную сеть «internet», потребовало создания так называемого «учебно-методического комплекса» по конкретным дисциплинам, включающего наличие основополагающего материала по лекционным, практическим, лабораторным занятиям, а также самостоятельным (курсовым) заданиям. Выполнению одного из этих задач и посвящено данное учебное пособие по лекционному курсу «Информационно-измерительная техника и электроника», которое представлено двумя основными разделами – электроникой, являющейся основой построения устройств ИИТ, а также собственно разделом «Информационно-измерительная техника».

В последние годы появился ряд фундаментальных учебников по электронике и измерительной технике, в частности, Щука А.А. Электроника: Учебное пособие под. ред. А.С. Сигова – Спб.: БХВ– Петербург, 2005 – 800с;

Х. Ханс. Введение в измерительную технику. – М.: Мир, 1999 – 390с. Однако в большинстве случаев эти работы не учитывают специфику упомянутых специальностей при современном темпе развития электронной техники и технологий.

Предлагаемое пособие в компактной форме охватывает все основные вопросы, предусмотренные учебной программой. Особое внимание в работе уделено закреплению излагаемого теоретического материала посредством проверочных тестовых заданий, приведенных в конце каждой главы и рекомендуемых в рамках самостоятельной домашней подготовки.

Пособие предназначено, в первую очередь, студентам 3, 4 и 5 курсов дневного, вечернего и заочной форм обучения по дисциплинам «ИИТ и электроника», «Измерительная техника, датчики», «Основы измерительной техники и промышленные измерения», «Высокочастотная электроника» и другим дисциплинам измерительного профиля упомянутых выше специальностей.

Автор выражает огромную благодарность рецензентам докт. техн. наук Бирюкову С.В. и вед. научн. сотр. Семенову И.И., сотрудникам кафедры ИИТ ОмГТУ канд. техн. наук Рожкову Н.Ф., Михайлову А.В., Чередову А.И., инженерам Бабикову М. В. и Гвозденко К.Н за ценные советы и замечания, учтенные в процессе подготовки рукописи, а также студентам старших курсов, выполняющих задания в рамках учебно-научно- исследовательских работ и дипломного проектирования за техническую помощь при подготовке рукописи к изданию.

Глава 1. ЭЛЕКТРОНИКА – ОСНОВА ПОСТРОЕНИЯ УСТРОЙСТВ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

1. Полупроводниковые приборы – элементная база устройств информационно – измерительной техники

1.1. Электронно-дырочный переход – основа работы

полупроводниковых приборов