Предисловие

Предлагаемое читателям учебное пособие написано для сту- дентов высших учебных заведений, обучающихся по направле- ниям бакалавриата 220400.62 «Управление в технических систе- мах» и 21100.62 «Конструирование и технология ЭС», а также другим радиотехническим специальностям и направлениям.

В учебномпособии рассматриваютсятеоретические основы измерительной техники, методы и средства измерений физиче- ских величин, различные датчики для измерения электрических и неэлектрических величин, способы аналого-цифрового преобра- зования, а также измерительные информационные системы.

Рассмотренные в учебном пособии примеры иллюстрированы графическими ианалитическими решениями.

Для самостоятельной проверки уровня освоения материала в конце каждой главы приведены контрольные вопросы, полно- стью охватывающие теорию раздела.

Авторы выражают благодарность профессору Марийского государственного университета М. Л. Николаеву (к сожалению, не успевшему увидеть этой книги) и заведующему кафедрой ин- форматики Поволжского государственного технологического университета, профессору А. В.Кревецкому, взявшимна себя труд по рецензированию данного пособия и сделавшим ряд заме- чаний, учтенных при доработки рукописи.

Введение

Трудно переоценить роль информационно-измерительной техники и измерительных технологий во всех сферах деятельности и жизни общества. Еще великий Галилео Галилей (XVII век) утверждал: «Надо измерять все измеряемое и делать измеримым то, что пока еще не поддается измерению». Измерение – один из важнейших способов познания. Также стало крылатой фразой изречение Д. И. Менделеева: «Наука начинается с тех пор, как начинают измерять; точная наука немыслима без меры».

В различные исторические периоды состояние мер и измерительной техники находилось в зависимости от хозяйственной деятельности, общественных, религиозных и других факторовжизни общества.

Крупнейшие строительные работы глубокой древности на реке Ниле, строительство храмов, дворцов, надгробий в Египте возможны были только при достаточно хорошо разработанной технике линейных, поверхностных, объемных измерений и наличии довольно точных узаконенных мер.

Широко известны древние меры Египта, Вавилона и Руси. Принципы построения вавилонской системы мер проникли в другие страны (Сирию, Финикию, Индию,Турцию и др.). Вавилоняне впервые в истории народов установили единицы времени: год, месяц, час, минуты, секунды. Им же принадлежит идея построения кратных и дробных производных однородных единиц измерения.

Наиболее ранняя попытка создания узаконенных мер имела место в Греции в период правления Соломона (VI век до нашей эры). Мерой длины в то время в Греции был фут, равный приблизительно 297 мм.

В более позднее время попытка введения мер, обязательных для всех измерений и одинаковых во всей стране, имела место в Англии в 1001 и 1215 гг., во Франции (1321), в Австрии (1438) Узаконенные меры появились в Англии в 1494 г. Во Франции эталон длины туаз (1735), в России эталон единицы массы – один фунт (1747), в Англии были изготовлены эталоны единиц длины

• ярд и массы – фунт (1766).

В 1790 г. в Учредительном собрании Франции был поставлен вопрос о создании и узаконении единой и для всех обязательной, контролируемой государственной системы мер. Платиновые эталоны метра и килограмма в1799 г. былипереданы на хранение в архив Французской республики. Вся совокупность метрических мер, созданных и узаконенных во Франции в конце XVIII века, легла в основу метрической системы мер, некоторые единицы метрических мер вошли в качестве основных единиц в систему единиц СИ.

В связи с бурным развитием науки об электричестве стали создаваться электроизмерительные приборы. Русский академик Г. В. Рихтер изобрел в 1745 г. электрометр, А. Ампер в 1820 г. демонстрировал первый гальванометр, О де ля Рив в 1837 г. изготовил и демонстрировал тепловой электроизмерительный прибор, Ф. Уппенборн в 1881 г. изобрел электромагнитный прибор. Карл Гаусс в 1832 г. изложил методику составления системы магнитных единиц, которую Вебер (1804 - 1891) дополнил электрическими единицами. М. О. Доливо-Добровольскому принадлежит первенствов создании индукционных приборов – ваттметра, фазометра идр.

В 1867 г. в Париже был организован Международный комитет мер и весов, основная задача которого состояла в тщательном изучении метрических мер, сравнении их с другими мерами, выявлении и разработке возможностей использования их внутри каждой страны и для международных отношений.

В России таким учреждением было депо образцовых мер и весов (1842); с 1893 г. – главная палата мер и весов, которую возглавил Д. И. Менделеев.

Электроизмерительные приборы, имеющие болеечем 250- летнюю историю, обязаны своимразвитием работамВольта, Ампера, Фарадея. Им принадлежит первенство в создании приборов прямого преобразования – гальванометров, амперметров, вольтметров. История создания приборов с уравновешиванием измеряемой величины начинается с 1841г., когда предложены четырехплечий мост (Уитстон) и компенсационный метод измерения постоянного напряжения (компенсатор Поггенорфа).

Кроме того, в XIX веке найдены основные принципы преобразования неэлектрических величин в электрические: термоэлектрический эффект (Томас Зеетек, Уильям Томсон), пьезоэффект, тензоэффект (О. Д. Хвольсон).

Дальнейшему развитию электроизмерительных приборов способствовало изобретение электронной лампы: в 1904 г. появился диод, а в 1910 г. – триод и пентод. Сочетание усилителей и выпрямителей с магнитоэлектрическим измерительным механизмом позволило создать электронные вольтметры, частотомеры, фазометры. Изобретение электронно-лучевой трубки в 1911 г. привело к созданию электронно-лучевого осциллографа, который становится универсальным электроизмерительным прибором. Развитие электроники дало возможность разрабатывать автоматические компенсаторы и мосты.

Таким образом, классическая основа электроизмерительной техники дополнилась приборами савтоматическим уравновешиванием и электронными измерительными приборами. Создание микросхем, микропроцессоров и ЭВМ способствовало появлению измерительных устройств нового типа – аналого-

цифровых преобразователей (АЦП), в результате чего появились цифровые измерительные приборы (ЦИП). Интенсивное развитие ЦИП, обладающих рядом преимуществ по сравнению с аналоговыми приборами, определило развитие измерительной техники XX века.

Усложнение технологии производства, развитие научных исследований в различных областях жизни привело к необходимости измерения и контроля сотен и тысяч параметров одновременно. Появился новый класс информационно- измерительной техники – измерительные информационные системы, выполняющие роль сбора, обработки, передачи, хранения, отображения и воздействия информации на объект исследования.

Работы в области информационно-измерительной техники и измерительных технологий позволили в последние годы создать новый раздел теории и практики измерений – виртуальные и интеллектуальные измерительные приборы и системы. Информационно-измерительная техника играет все большую роль в информатизации общества. Роль информационных процессов в общественной жизни человека огромна. Она выражается в повышении эффективности производства, удовлетворении духовных потребностей, улучшении условий труда, отдыха, здоровья и природных условий.

Информатизация общества подразумевает:

• создание правовых, экономических, технологических, социальных, профессионально-образовательных условий, для того чтобы любая, необходимая для решения личных и социальных проблем информация, кроме определенной законом секретной информации, была доступна в любое время, в любой точке, любому потенциальному пользователю;

• наличие аппаратных и программных средств, телеком- муникационных систем, видеоконференцсвязи, обеспечиваю- щих доступность и наглядность информации;

• обеспечение индустриально-технологической базы для развития в рамках международного разделения труда конкурентоспособных информационных технологий;

• реализацию принципа фундаментального повсеместного внедрения информационных технологий, в первую очередь, в сферу производства.