Электроизмерительные приборы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

измерительный электрический прибор компьютер

Вступление

1. Цели и задачи практики

2. Краткие сведения о кафедре ИИСТ

3. Краткие сведения об истории развития электроприборостроения и российской метрологии

4. Метрологическая служба, ее структура и функции на заводе, предприятии или организации

5. Электроизмерительные приборы. Основные термины и главные инженерные должности в приборостроении

6. Краткие сведения о классификации средств измерения электрических величин

7. Аналоговые измерительные приборы. Общие детали устройства. Условные обозначения принципа действия прибора

8. Требования, предъявляемые к приборам, погрешности

9. Магнитоэлектрические (МЭ) измерительные приборы

10. Приборы для измерения магнитных величин

11. Электромагнитные (ЭМ) измерительные приборы

12. Электродинамические (ЭД) измерительные приборы

13. Ферродинамические (ФД) измерительные механизмы

14. Электростатические (ЭС) измерительные приборы

15. Индукционные измерительные приборы

16. Цифровые приборы

17. Косвенные методы измерения. Измерительные преобразователи

18. Информационно-измерительные системы

19. Персональный компьютер в измерительной технике

20. Статистическая обработка результатов прямых многократных измерений во время вычислительной практики

21. Приборы, используемые для практических работ во время прохождения вычислительной практики. Основные правила по технике безопасности при работе с электроизмерительными приборами

Заключение

Список литературы

Приложение



Вступление

В соответствии с квалификационной характеристикой бакалавра по направлению 20010062 "Приборостроение" выпускники ВУЗа должны обладать фундаментальной и специальной подготовкой позволяющей им выполнять следующие виды профессиональной деятельности:

· проекторно-конструкторская;

· производственно-управленческая;

· В связи с этим при прохождении практики студенты должны:

· Ознакомиться с организацией и охраной труда;

· Научиться использовать теоретическое положения при разработке методов и средств измерения и контроля, изготовления и применения приборов, аппаратов преобразователей и систем в промышленности;

· Выполнять индивидуальные задания руководителей практики.

Вычислительная практика представляет собой вид учебных занятий, непосредственно ориентированных на профессионально-практическую подготовку обучающихся. Учебная и вычислительная практика в целом направленна на обеспечение непрерывности и последовательности овладения студентами умениями и навыками профессиональной деятельности, которая проводится в соответствии с учебным планом с 29.06 по 12.07.2014 г. и является неотъемлемой частью учебного процесса подготовки бакалавров по направлению 20010062 "Приборостроение".

Перед прохождением практики студенты обязаны пройти инструктаж о порядке прохождения практики и общий инструктаж по технике безопасности и охране труда с росписью в регистрационном журнале.

За время вычислительной практики первокурсник знакомится с историей становления и развития кафедры, профессорско-преподавательским и учебно-вспомогательным составом кафедры, а так же с учебными специализированными лабораториями и структурой кафедры ИИСТ.

При обработке измерительной информации, применив программу MS Excel, являющуюся мощным инструментом решения вычислительных инженерных задач, студент- первокурсник знакомится с обработкой табличных данных и работой с несложными базами данных. Т.к. вычислительная практика 1 проводится во втором семестре, то теоретическую базу составляют знания, полученные в ходе изучения таких дисциплин, как "Информатика", "Программирование на языках высокого уровня", "Введение в специальность". Во время прохождения ознакомительной практики студенты получают первичные профессиональные умения и навыки и готовятся к осознанному и углубленному изучению дальнейших дисциплин профессионального цикла, получают практические и профессиональные знания по избранной специальности. В ходе практики предполагается: знакомство с возможностями современных компьютерных технологий и их применением при решении технических задач; закрепление навыков работы в среде Windows и других прикладных программ; знакомство с работой в сети Интернет. Полученные навыки будут использованы в ходе освоения следующих дисциплин: "Физические основы получения информации", "Компьютерные технологии в приборостроении" и др.

Практическую помощь в написании данного отчета об ознакомительно-вычислительной практике оказал во время консультаций, заведующий лабораториями кафедры ИИСТ Николай Максимович Важинский - старейший работник кафедры, Ветеран труда, "Почетный работник высшего профессионального образования Российской Федерации".



1. Цели и задачи практики

Целями и задачами вычислительной практики студентов 1-го курса являются: ознакомление со структурой и функциональным назначением измерительных приборов и информационно-измерительных систем, с методами, средствами и практикой применения измерительных приборов и систем, с применением вычислительной техники в измерительных системах и при обработке измерительной информации.

В результате прохождения практики студент должен знать:

ѕ тенденции и перспективы развития измерительной техники;

ѕ структуру и функциональное назначение измерительных приборов и информационно-измерительных систем;

ѕ методы, средства и практику применения измерительных приборов в различных областях техники;

ѕ способы определения погрешностей приборов;

ѕ Структуру и состав ПК;

ѕ Классы точности, нормированные и действительные характеристики приборов;

ѕ Историю создания и развития кафедры ИИСТ.

Уметь:

ѕ проводить измерения электрических величин;

ѕ определять погрешности средств измерения(СИ);

ѕ применять средства вычислительной техники при обработке результатов измерения;

ѕ составлять и отлаживать программы на языках высокого уровня;

ѕ правильно проводить измерения физических величин и точно получать количественную информацию о ней.

Владеть:

ѕ навыками работы в среде Windows;

ѕ средствами поиска информации в Интернете;

ѕ методами и средствами разработки и отладки программного обеспечения;

ѕ методами статистической обработки результатов измерения;

ѕ расширенным знакомством с терминологией в среде Windows, системе ЭВМ и ПК;

ѕ общими сведениями, относящимися к основополагающим понятиям информатики, информационных процессов и информационных технологий.

Оформленный по стандарту (6) отчет и дневник о практике является основными документами, подтверждающими выполнение программы практики. Отчет и дневник представляются на рецензию руководителю практики, который оценивает отчет о практике и записывает в дневник отзыв- характеристику деятельности и дисциплины студента.

По итогам вычислительной практики 1 проводится аттестация с оценкой.

Оценка результатов прохождения студентами практики учитывается при рассмотрении вопроса о назначении стипендии в следующем семестре.

2. Краткие сведения о кафедре ИИСТ

Днем основания кафедры считается 14.09.1949 г. В те далёкие послевоенные годы, в связи с острой необходимостью для народного хозяйства страны инженеров-измеренцев, по приказу мин. образования набрали на 1 курс 28 студентов. Студенты и сотрудники кафедры всегда занимали активную жизненную позицию, как в овладении научных знаний , так и в выполнении общественно -полезных работ. Хорошие отношения между сотрудниками кафедры передавались и студенческому коллективу, об этом свидетельствует хотя бы тот факт, что через каждые 5 лет после окончания учебы в университете выпускники собираются на кафедре, приглашают на встречу своих преподавателей и совместно обсуждают жизненный и творческий путь, всех участников встречи. Значительный период деятельности кафедры в 70-х годах прошлого века связан с организацией и участием сотрудников и студентов в стройотрядах, трудовых лагерях и других полезных общественных объединениях. Кафедру ИИСТ можно считать спортивной, где с середины прошлого века начал развиваться туризм, велосипедные горные походы, горные лыжи, подводный спорт, волейбол, охота и рыболовство, многие сотрудники являются авто кино и фото любителями. На протяжении всей истории кафедра активно вела научно-исследовательскую работу по общему направлению: "Теория и принципы построения информационно-измерительных систем". На кафедре работали, работают и пользуются глубоким уважением участники ВОВ.

Кафедра с университетом и страной прошла славный 65-летний путь своего развития. За этот период деятельности она внесла весомый вклад в дело подготовки кадров для народного хозяйства, растила ученых, обогащала науку новыми открытиями.

На протяжении времени, т.е. на разных временных отрезках неоднократно кафедра называлась по-разному, соответственно менялись названия специальностей, по которым готовились инженерные кадры, сейчас утверждено название "Информационно измерительные системы и технологии" (ИИСТ) На кафедре за прошедшие годы выпущено более 2000 инженеров. Примечательно отметить, что с красным дипломом выпущено около трехсот инженеров и отдавая дань уважения студентам, защитившим дипломы с отличием, всех их занесли навечно в Историю кафедры. Фактическим подтверждением большого интереса студента, избранной специальности является диплом с отличием и это подтверждается при защите дипломных проектов. Так, например, в первом выпуске было 8 отличников, во втором -17, в третьем-22, в четвертом-10, и т. д. Среди выпускников были Герои социалистического труда, доктора технических наук, почетные и заслуженные страной люди, например, министр приборостроения СССР, лауреаты Государственной премии, лауреаты премии Ленинского комсомола, и многие другие заслуженные люди СССР и России. В числе выпускников прошлых лет; имеющих диплом нашей кафедры, есть писатели, артисты, спортсмены, военачальники, полицейские, школьные учителя, священнослужители, партийные и государственные руководители, мэры городов и главы районных администраций, руководители крупных заводов, сельскохозяйственных и строительных предприятий, крупных птицефабрик и машинотракторных станций, представители крупного бизнеса, живущие как в России и странах СНГ, так и в других странах мира (Австралия, Америка, Канада, Израиль и др.). Выпускники кафедры работают на приборостроительных заводах в крупном бизнесе, в турагентствах, в том числе и за рубежом. На кафедре в разные годы обучались студенты иностранных государств. Это подтверждает универсальность получаемых дипломов и интерес к избранным специальностям. В 2009 году 14 сентября кафедра отметила свой 60-летний юбилей. За это время на кафедре защищено более четырех десятков кандидатских диссертаций и пять докторских - это В.Е. Шукшунов, Н.Ф. Никитенко, Е.В. Кириевский, В.В. Гречихин и Н.И. Горбатенко, ныне заведующий кафедрой и первый проректор университета, д.т.н., профессор, академик Академии Медико-технических наук РФ, почётный академик Саксонской академии наук (Германия). Для обеспечения учебного процесса по основным дисциплинам, на кафедре ИИСТ создан высоко-эрудированный, грамотный и доброжелательный дружный коллектив ППС. Большую помощь в поддержании чистоты и порядка в лабораториях кафедры, в создании лабораторных установок и стендов, печатания и размножения инструкций к лабораторным работам методических указаний и учебных пособий, оказывают сотрудники штата УВП. Кафедра ИИСТ занимает на 2-х этажах ФИТУ площадь 550 м². На кафедре обучается около 500 человек, в том числе иностранные студенты и аспиранты. Эта численность составляет около 50% всего контингента студентов ФИТУ.

Кафедра принимает абитуриентов для подготовки на бюджетной основе бакалавров по направлениям:

- Приборостроение;

- Информационные системы и технологии;

- Прикладная информатика;

- Магистров по всем направлениям.

Направление 20010062 "Приборостроение".

Объектами профессиональной деятельности выпускников данного направления являются: измерительно-вычислительные комплексы для диагностирования состояния различных объектов; информационно-измерительные системы для контроля параметров технологических процессов и объектов в различных отраслях промышленности, медицины и науки; приборы общего и специального назначения со встроенными микропроцессами для измерения различных физических величин. Выпускники работают на приборостроительных предприятиях, разрабатывающих и изготавливающих средства измерительной техники; в различных отраслях промышленности в службах автоматизации технологических процессов, в медицинских учреждениях, на транспорте, в сфере обслуживания, то есть там, где применяются средства измерения, контроля и диагностики - везде. Для закрепления знаний и профессиональных навыков студенты кафедры проходят практику на ведущих предприятиях России и Германии, проектирующих, выпускающих и обслуживающих современную информационно- измерительную технику.

Магистратура по направлению 20010068 "Приборостроение" позволяет овладеть на основе базового высшего образования системы специальных знаний и методологией инженерной и научно-исследовательской деятельности, достаточных для самостоятельного выполнения инновационных проектов и исследовательских работ, а также для преподавательской деятельности в высших учебных заведениях.

В рамках развития направления обучения "Приборостроение" на кафедре ИИСТ открыт Образовательный Центр National Instruments, основным направлением деятельности которого является сертифицированное обучение студентов и специалистов. В настоящее время Центр сотрудничает с ведущим производителем программного и аппаратного обеспечения в области контрольно-измерительной техники - фирмой "National Instruments" (США). Студенты знакомятся с передовыми решениями для диагностики и контроля в области автоматики, систем реального времени, энергетики, строительства, робототехники. Дополнительное обучение на сертификационных курсах представляет возможность студентам получить международный сертификат от компании National Instruments.

На кафедре учебный процесс ведут высококвалифицированные преподаватели, в том числе 7 профессоров, докторов наук, 25 доцентов, кандидатов наук.

Кафедра ИИСТ имеет многолетние связи в области образования и науки с ведущими техническими университетами Германии. Ежегодно более 15 студентов и аспирантов кафедры проходят стажировки в университетах Мюнхена, Дортмунда, Ильменау, Брауншвайга.

На кафедре ИИСТ успешно действует эффективная система организации научно-исследовательской работы студентов. Ежегодно студенты кафедры номинируются и получают значительное число отечественных и зарубежных именных стипендий: губернатора РО, президента РФ, Л. Эйлера, М. Ломоносова. Выпускники кафедры имеют возможность продолжить научную работу в магистратуре и аспирантуре. Ежегодно на кафедре обучаются около 20 аспирантов и докторантов.

Все желающие студенты обеспечиваются общежитиями.

Выпускников кафедры ждут крупные предприятия региона: "ПК "НЭВЗ" (Новочеркасск); "Новочеркасская ГРЭС"; "ИНИС" (Новочеркасск); "ВЭлНИИ" (Новочеркасск); СКВ "Граф" (Новочеркасск); "Ирис" (Новочеркасск) "Роствертол" (Ростов-на-Дону); "Ростсельмаш" (Ростов-на-Дону); "Программные технологии" (Таганрог); "МВ-офисная техника" (Ростов-на-Дону) и др. Многие из них работают на ведущих московских предприятиях: "Эрикс - сон Корпорация АО", "Диасофт", "Информационные бизнес - системы", "Российская Электроника", "CBOSS", "Банкс софт системе", "Автоконсалтинг Плюс", "Котур Компонент", "1RPTechnology", "IntellSoft", НИИ "СИС" и др.

3. Краткие сведения об истории развития электроприборостроения и российской метрологии

Мощным развитием отечественного приборостроения считают вторую половину ХХ века. В настоящее время обеспечиваются измерения более 800 электрических величин с помощью электроизмерительных приборов, аппаратов и установок более чем 2500 типов. Ежегодно в нашей стране выпускалось более 160 млн. электроизмерительных приборов, которые эксплуатируются до настоящего времени. Эти приборы выпускались следующими основными приборостроительными заводами:

1. Витебский завод электроизмерительных приборов им. 60-летия Великого Октября (ВЗЭП).

2. Ереванский завод "Электроприбор".

3. Житомирский завод "Электроизмеритель" им. 50-летия СССР

4. Киевский завод "Точэлектроприбор" им. Комсомола Украины

5. Кишиневский завод "Микроприбор".

6. Краснодарский завод измерительных приборов "ЗИП".

7. Кишиневский завод "Электроприбор".

8. Ленинградский завод "Вибратор", флагман отечественного приборостроения.

9. Львовский завод электроизмерительных приборов.

10. Московский завод "Энергоприбор".

11. Невиномысский завод электроизмерительных приборов.

12. Омский завод электроизмерительных приборов "Электроточприбор".

13. Ставропольский завод "Энергомера".

14. Уманьский завод "Мегомметр".

15. Чебоксарский завод электроизмерительных приборов " ЧЗЭИП".

До настоящего времени приборы с логотипами данных заводов применяют в измерениях и контролируют технологические процессы на производстве. В настоящее время некоторые из перечисленных заводов прекратили своё существование.

Основателем российской метрологии является великий русский ученый-химик Д.И. Менделеев. Первым метрологическим учреждением России было ДЕПО образцовых мер и весов, организованное в 1835 году в Петрограде. В 1892 году Д.И. Менделеев приступил к исполнению обязанностей руководителя указанного ДЕПО. В 1893 году это ДЕПО преобразуется в Главную палату мер и весов. Этот год и считается началом развития российской метрологии. Менделеев создал ряд оригинальных измерительных приборов. Он пропагандировал и внедрял метрическую систему, внес неоценимый вклад в развитие теоретической и прикладной метрологии. В настоящее время на базе Главной палаты существует высшее научное метрологическое учреждение нашей страны HIIOBHИИМ им. Менделеева (г. Санкт-Петербург), вторым метрологическим учреждением является Всесоюзный научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФ-ТРИ), который был создан в 1955 году и находится в Москве. Кроме указанных Всесоюзных институтов в настоящее время работают научно-исследовательские метрологические институты в Харькове, Новосибирске, Свердловске. Тбилиси, Иркутске, Хабаровске и Львове. Руководство вышеуказанных метрологических учреждений поставили вопрос на Генеральной конференции по мерам и весам о международном сотрудничестве в области законодательной метрологии. В 1956 году была подписана межправительственная конвенция об учреждении Международной организации законодательной метрологии (МОЗМ). При МОЗМ в Париже работает Международное бюро законодательной метрологии. В 1958 году по инициативе научно-технических обществ ряда стран была создана Международная конференция по измерительной технике и приборостроению (ИМЕКО), объединяющая в настоящее время научно-технические общества по измерительной технике и приборостроению разных стран мира. ИМЕКО регулярно, один раз в три года, созывает международные конгрессы по измерительной технике и приборостроению. В промежутках между конгрессами проводятся симпозиумы по отдельным проблемам метрологии, измерительной технике и технологии приборостроения. Генеральный комитет ИМЕКО находится в Будапеште

4. Метрологическая служба, ее структура и функции на заводе, предприятии или организации

Метрология-наука об измерениях. В практической жизни человек на каждом шагу имеет дело с измерениями, встречаются и известные измерения таких величин как длина, объем, вес, температура, скорость, ускорение, освещенность, влажность и др.

Измерения являются одним из важнейших путей познания природы человеком. Они дают полную характеристику окружающего мира, раскрывая человеку действующие в природе закономерности. Математика, физика, механика стали именоваться точными науками, потому что благодаря измерениям они получили возможность устанавливать точные количественные соотношения, выражающие объективные значения природы. Основатель Российской метрологии, Менделеев Д.И. выразил значения измерений для науки следующим образом: "Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука не мыслима без меры". Все отрасли техники от строительной механики и приборостроения до ядерной энергетики и космоса не могли бы существовать без размерной системы измерений, определяющей как все технологические процессы, контроль и управление ими, так и свойства и качество выпускаемой продукции. Велико значение измерений в современном обществе. В настоящее время установлены следующие определения измерений:

Измерения - это нахождение значения физической величины опытным путем, с помощью специальных технических средств.

Простейшим примером измерения является определение с помощью микрометра диаметра обрабатываемого на токарном станке металлического стержня. Вместе с тем существуют и более сложные измерения, выполняемые с помощью комплекса специальных средств измерений. Ученые разработали целую науку об измерениях, которую назвали метрологией.

Метрология, в ее современном понимании, это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Велико практическое значение метрологии для народного хозяйства страны. Она служит научной основой измерительной техники. Под измерительной техникой понимают как все технические средства, с помощью которых выполняют измерения, так и технику проведения измерений.

Метрологическая служба (МС) предприятия (отдел главного метролога) создается для научно-технического и организационно-методического руководства работами по метрологическому обеспечению подразделения предприятия, а также для непосредственного выполнения работ по метрологическому обеспечению закрепленных за предприятием видов деятельности. Возглавляет метрологическую службу главный метролог, который подчиняется главному инженеру завода. Положение о метрологической службе предприятия разрабатывают на основе типового положения, шифр этого положения РД 50-54-87. Положение о ведомственной метрологической службе утверждается директором предприятия (завода).

Основными задачами метрологической службы являются:

- обеспечение единства и требуемой точности измерений, повышения уровня метрологического обеспечения предприятия;

- внедрение в практику современных методов и средств измерений, направленных на повышение уровня научных исследований, эффективности производства, повышение технического уровня и качества продукции и т.п.;

- метрологическое обеспечение подготовки производства;

- метрологическая экспертиза технических заданий, конструкторской и технологической документации и т.п.;

- участие в аттестации исполнительных подразделений, в работе по подготовке выпускаемой продукции к аттестации качества;

- метрологический контроль за разработкой, применением и ремонтом средств измерений, за внедрением и соблюдением метрологических правил и др.

Структурно МС показано на рисунке 1. Пример организационной структуры метрологической службы (МС) предприятия.

Рисунок - 1. Структура МС.

1 - главный инженер предприятия;

2- отдел контрольных измерений. Начальник отдела - главный метролог предприятия;

3 - бюро измерительных приборов;

4- центральная лаборатория измерительной техники;

5- лаборатория разработки не стандартизованных методов и средств измерения (СИ);

6- ремонтный цех или ремонтно-экспериментальные мастерские измерительной техники (ИТ) и средств автоматизации производства.



БИП - основные подразделения службы, ведающие учетом выдачи и приемки СИ, планированием поверочных и ремонтных работ, а так же отчетностью службы. В цехах и отделах предприятия могут быть контрольно-поверочные службы (КПС), которые должны работать в тесном контакте с БИП;

ЦЛИТ - осуществляет контроль и поверку СИ и может иметь лаборатории или отделения по видам измерений (линейных и угловых, электрических и магнитных, теплотехнических, акустических, радиотехнических, скорости и времени и т.д.);

ЛРСИ - создается по необходимости в зависимости от объема работ определенных положением о МС (может существовать в виде группы при начальнике ЦЛИТ).

РЦИТ - создается при организации ремонта СИ в зависимости от ожидаемого объема работ.

Регистрация предприятий на право изготовления, поверки и ремонта измерительных приборов (ИП) производится организацией государственного комитета по стандартам (ГОСТ). Регистрации подлежат предприятия, изготавливающие СИ на право серийного производства и выпуска обращения с предъявлением на гос- или ведомственную поверку;

- ремонтирующие СИ для сторонних организаций или для собственных нужд на право выпуска СИ после ремонта с предъявление на гос. поверку;

- эксплуатирующие СИ на право проведения, находящихся в эксплуатации и на хранении выпущенных после ремонта, выполненного для собственных нужд.

5. Электроизмерительные приборы. Основные термины и главные инженерные должности в приборостроении

Термины являются смысловым ядром специального языка и передают основную содержательную информацию, что особенно важно и ценно при изучении конструкторско-технологических дисциплин дистанционным методом.

Приборостроение-область проектирования измерительных систем.

Приборостроительная специализация 20010062, предполагает в своих должностных категориях, в основном, такие заводские основные инженерные должности, как конструктор и технолог.

Конструктор - специалист разрабатывающий новые приборы. Он должен учитывать имеющиеся для изготовления материалы и оборудование, квалификации рабочих, занятых на данном предприятии и многие другие вопросы определяющие экономичность и рентабельность прибора.

Технолог-специалист, основной задачей которого является разработка и внедрение технологических процессов, а так же выпуск необходимой для этого технологической документации. ГОСТ 2.1102-74 предусматривает следующие виды основной технологической документации: маршрутная и операционная карты, карта эскизов и схем, спецификация технических документов, технологическая инструкция, материальная ведомость, ведомость оснастки.

Конструктор и технолог, а так же конструкторские и технологические подразделения приборостроительных заводов взаимодействуют с самых ранних этапов разработки до внедрения приборов в производство и эксплуатацию. Под электроконструкторами подразумевают инженерно-технических работников, которые заняты теоретическими работами и исследованиями в области конструкции приборов, проектированием или синтезом конструкций и их испытаниями, составлением конструкторской документации и решением вопросов по конструкциям, возникающих в процессе производства и эксплуатации.

Прибор - устройство, служащее для выполнения функций измерения, контроля, регулирования, уравнения, вычисления и т д.

Прибор измерительный - измерительный механизм в совокупности с конструктивными элементами и отдельными принадлежностями.

Прибор измерительный астатический - разновидность конструкций измерительного прибора, отличающаяся наличием двух одинаковых механически связанных измерительных механизмов, имеющих целью исключить влияние внешних однородных магнитных полей.

Прибор интегрирующий (суммирующий) - прибор, дающий суммарные числовые значения измеряемой величины, определяемое по его некоторому механизму.

Прибор измерительный стационарный - ИП, предназначенный для эксплуатации на месте монтажа.

Прибор измерительный электронный - ИП, в котором процесс измерения осуществляется посредством электронных схем.

Прибор непосредственной оценки - ИП, дающий численное значение измеряемой величины по его отсчетному приспособлению.

Прибор регистрирующий - ИП, для последующего или продолжительного изучения и обработки измерительной информации.

Прибор самопишущий регистрирующий - прибор, осуществляющий запись ,формы измеряемых величин или их функциональную зависимость в виде диаграммы на материальном носителе.

Конструирование - это процесс выбора структуры пространственных и энергетических взаимосвязей и связей с окружающей средой и объектами физических тел, их величин, пользуясь которыми можно изготовить изделие, отвечающее заданным требованиям.

Технология - это процесс изготовления изделия, заданного качества в установленном производственной программой количестве при наименьшей себестоимости.

Измерительная система - совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого пространства(среды, объекта и т.п.) с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому пространству.

Проектирование - есть разработка основных показателей и путей их практического осуществления. Конструируя средства измерения, инженер-конструктор должен базироваться на знании ряда научных дисциплин таких как: теория приборов, метрология, теория измерительных систем, теория надежности, эргономика, технологическая эстетика, а также на комплексе практических знаний и навыков, постигаемых на опыте. Качество измерительного прибора сконструированного технологически грамотно должно быть обусловлено рядом основных факторов: механических, электрических, эргономических, основанных на здравом и практическом опыте. Конструируя прибор, необходимо руководствоваться ЕСКД (единая система конструкторской документации). Она устанавливает общие положения по целевому назначению, области распространения, классификацию и обозначение стандартов. ЕСКД - это комплекс государственных стандартов, устанавливающих взаимосвязанные правила и положения по порядку разработки, оформления и обращения конструкторской документации, разрабатываемой и применяемой организациями и предприятиями страны. На конструируемый прибор распространяется патентоспособность и патентная чистота.

Патентность при разработке прибора - это свойство технических разработок, находящихся под охраной международного авторского права, если они обладают новизной, полезностью и юридически соответственно оформлены. Процесс конструирования тесно связан с техническим творчеством и изобретательностью, изучением патентной информации и отбора патентных формуляров.

Патентная чистота, есть юридическое свойство прибора, заключающееся в том, что он не попадает под патенты, действующие в определенной стране. Наряду с этим существует понятие патентоспособность - возможность технического решения быть запатентованным в качестве изобретения в определенных странах, т.е. наличие существенной новизны и полезности.

В государственной системе измерений есть стандартное определение по ГОСТу измерению. Измерение-это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных средств измерения (технических). Известный российский метролог М.Ф. Маликов дал следующее определение (Измерение-) познавательный процесс, заключающийся в сравнении путем физического эксперимента данной величины, с известной величиной принятой за единицу сравнения). По способу получения измеряемой величины, т.е. результата измерений, все измерения разделяются на прямые, косвенные, совокупные и совместные. Получить значение измеряемой величины возможно с помощью шкалы прибора.

Шкала электрического прибора представляет собой обычно белую поверхность с черными отметками. Деление шкалы - интервал между двумя соседними отрезками шкалы.

Характер шкалы - это функциональная зависимость б=F (x) между линейными или угловыми расстояниями какой-либо отметки от начальной отметки шкалы, выраженной в долях всей длины шкалы и значением "Х" измеряемой величины, соответствующей этой отметке. Рабочая часть шкал - это длина, в пределах которой погрешности показаний не превышают значений, определяемых классом точности прибора.

Длина шкалы - расстояние между начальной и конечной отметками, отсчитанное по дуге шкалы или отрезку прямой, проходящей через середины всех самых коротких отметок.

Практически равномерная шкала- шкала, длина делений которой отличается друг от друга не более чем на 30% и имеет постоянную цену делений. Обычно это у приборов магнитоэлектрической системы.

Существенно неравномерная шкала- шкала с сужающими делениями, для которой значение выходного сигнала соответствует полу-сумме верхнего и нижнего пределов диапазона изменений входного сигнала и находится в интервале между 65-100% длины шкалы соответствующей диапазону изменений входного или выходного сигналов.

Степенная шкала - это шкала с расширяющимися или сужающимися делениями, отличная от шкал, указанных выше.

Двухсторонняя шкала - это шкала с нулевой отметкой, расположенной между начальной и конечной отметками. Она может быть симметричная и несимметричная.

Односторонняя шкала - шкала с нулевой отметкой, расположенной в начале или в конце шкалы.

6. Краткие сведения о классификации средств измерения электрических величин

Средство измерения (СИ) - техническое устройство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики НМХ - т.е. характеристики, определяемые нормативно-технической документацией. К СИ можно отнести меры, системы, установки, измерительные преобразователи и приборы, высококачественные блоки питания и т.д.

Измерительные приборы (ИП) можно разделить по способу представления результатов измерения на аналоговые и цифровые, показывающие и регистрирующие; по методу измерений на приборы непосредственной оценки и приборы сравнения; по способу применения и по конструктивному исполнению на щитовые, переносные и стационарные; по точности измерений на измерительные с нормируемыми метрологическими характеристикам и индикаторы (указатели); по способу защиты прибора от внешних воздействий на обыкновенные, с повышенной точностью, тепло-, холодо- и влагоустойчивые, брызго-, газо,-, пылезащитные, герметичные, взрывобезопасные, тряско-, вибро- и ударопрочные; по способу создания противодействующего момента - на приборы с механическим или магнитным противодействием и приборы с противодействующим моментом на основе взаимодействия электромагнитных сил (логометры). По конструкции опор подвижной части - приборы с подвижной частью на кернах и подпятниках, на растяжках и подвесах; по габаритным размерам - на миниатюрные (до 5 мм по наличнику), малогабаритные (50-100 мм), средние (100-200 мм) и большие (свыше 200мм) (рис. 2). Эволюция и микроминиатюризация габаритных размеров, корпусов МЭ приборов показана на рисунке 2.

Рисунок 2 - Эволюция корпусов

По роду тока на приборы постоянного, переменного и постоянно-переменного тока; по принципу действия с учетом конструкции СИ на приборы с подвижными частями и без подвижных частей (электронные, оптоэлектронные); по степени защищенности прибора от внешних магнитных и электрических полей; по виду используемой энергии, положенной в основу работы прибора. Приборы можно разделить на следующие укрупненные классификационные группы: электромеханические, электротепловые, электрокинетические и электрохимические. Принцип действия электромеханических приборов основан на взаимодействии электрических токов, магнитных потоков, заряженных проводников, сердечников и их комбинаций. В электротепловых приборах используются зависимости от теплового расширения тел под воздействием электрического тока - удлинение проводника, изгиб биметаллической пластины и др.

Работа электрохимических приборов основана на разложении электролита под воздействием измеряемого тока и появлении ЭДС на электродах, помещенных в электролит. Допускается в приборах комбинация вышеприведенных принципов действия.

В повседневной практике мы используем классификацию приборов по роду измеряемой величины: вольтметры, амперметры, вебберметры, флюксметры, варметры, частотомеры, фарадометры и др.

7. Аналоговые измерительные приборы. Общие детали устройства. Условные обозначения принципа действия прибора

Каждый показывающий измерительный прибор состоит из измерительного механизма со шкалой, успокоителя, элементов измерительной схемы и кожуха.

Ряд деталей является общим для большинства приборов. К таким деталям можно отнести кожух, шкалу, указательную стрелку, успокоитель, оси, подпятники, приспособление для создания противодействующего момента, корректор.

Кожух. Кожух прибора защищает внутренне устройство прибора от механических воздействий, повреждений и попадания пыли. Кожухи приборов изготовляются из железа, алюминия и его сплавов, меди, дерева, пластмассы и стекла. В зависимости от формы кожуха измерительные приборы делятся на круглые и прямоугольные. В зависимости от конструкции кожуха различают выступающие и утопленные приборы. Круглая форма кожуха является наиболее простой и наиболее распространённой. Площадь щита, занимаемая прибором, значительно лучше используется при прямоугольной форме прибора. Выступающие приборы целиком располагаются над поверхностью щита.

Приборы утопленного типа заделываются в панели распределительных щитов пультов и большей своей частью располагаются за панелями. Это создает единообразие, большую наглядность и удобство наблюдения за приборами. Установка приборов утопленного типа обходится значительно дороже установки выступающих приборов.

Шкала. Шкалой прибора называется поверхность с нанесёнными на неё отметками, параллельно которым перемещается конец указательной стрелки прибора. Отметки обозначают цифрами, указывающими число делений от начала шкалы или непосредственно значение измеряемой величины. Согласно ГОСТ расстояние между двумя смежными отметками шкалы должно быть: для приборов классов 0,1; 0,2 и 0,5 не меньше 0,6 и не больше 15 мм.

Шкалы приборов изготавливаются из листовой латуни, цинка, стали, изоляционных материалов, оклеиваются бумагой, на которой и наносятся деления шкалы. Изготовляются такие безбумажные шкалы, выполняемые разным образом. Например, гравировкой по металлу с последующим заполнением углублений краской или покрытием металлической или изоляционной поверхности шкалы белой нитрокраской с последующим нанесением отметок тушью.

Приборы классов 0,1; 0,2 и 0,5 снабжаются зеркальной шкалой (рисунок 3). В этом случае в шкале вырезается дугообразная полоса шириной около 0,5см, а с нижней стороны укрепляется зеркало, в котором отражается стрелка.

Рисунок- 3 Зеркальная шкала и ножевидная стрелка

Отсчет производится при том положении глаза, при котором стрелка закрывает своё изображение в зеркале.

Шкалы приборов бывают равномерными, или пропорциональными (рисунок 4), и неравномерными, (рисунок 5). Равномерной шкалой называется такая шкала, у которой расстояния между двумя смежными отметками равны между собой. Обычно стремятся получить шкалу прибора по возможности равномерной.

Рисунок 4 - Равномерная шкала

Рисунок 5 - Неравномерная шкала

Указательная стрелка. Указательная стрелка прибора изготовляется обычно из алюминия или его сплавов Она должна быть лёгкой и прочной. Конец стрелки у большинства приборов классов 0,1; 0,2 и 0,5 имеет вид ножа - ножевидная стрелка (рисунок 6). У приборов остальных классов наиболее часто применяются копьевидные стрелки (рисунок 7).

Рисунок 6 - Ножевидная стрелка

Рисунок 7 - Копьевидная стрелка

Приборы высокой чувствительности иногда снабжаются "теневой стрелкой" или внутренним световым указателем. На рисунке 8 дана схема такого устройства. Световой луч от лампы а, пройдя оптическую систему б и диафрагму в, после отражения в зеркале г подвижной части прибора попадает на шкалу д, давая на ней изображение светового пятна, на фоне которого резко вырисовывается тень копьевидной стрелки, укреплённой в отверстии диафрагмы. Поворот подвижной части вызывает соответствующее перемещение по шкале "теневой стрелки". Всё оптическое устройство помещается в корпусе прибора. В некоторых приборах применяется многократное отражение луча, что равносильно удлинению стрелки до 1-1,5 м.

Рисунок- 8 Устройство внутреннего светового указателя

Успокоитель. Все измерительные приборы снабжаются приспособлениями для успокоения колебаний подвижной части. Применяются воздушные или магнитоиндукционные успокоители (рисунок 9 и 10)

Воздушный успокоитель (рисунок 9а) состоит из закрытой камеры, внутри которой может перемещаться лёгкое крыло, связанное с подвижной частью прибора. При вращении подвижной части в камере по одну сторону крыла получается сжатие, по другую - разрежение воздуха. Разность давлений, направленная против движения крыла, пропорциональная скорости движения, оказывает тормозящее (успокаивающее) действие на колебание подвижной части прибора.

Несколько иная (поршневая) конструкция воздушного успокоителя дана на рисунке 9б.

Магнитоиндукционный успокоитель (рисунок 10) состоит из алюминиевого листочка а, закреплённого на оси прибора б и могущего перемещаться в магнитном поле постоянного магнита. При движении подвижной части в листочке будут индуктироваться вихревые токи. От взаимодействия этих токов с полем магнита (по закону Ленца) будет создаваться тормозящее усилие, успокаивающее колебание подвижной части прибора.

Рисунок 9 - Воздушный успокоитель

Рисунок 10 - Магнитоиндукционный успокоитель

Оси и подпятники. Почти у всех электроизмерительных приборов измеряемая величина вызывает поворот подвижной части. Ось, на которой укрепляется подвижная часть, представляет собой металлическую проволоку диаметром 1-2 мм.

Рисунок 11 - Оси измерительного механизма

Она оканчивается коническими остриями, которыми и укрепляется в подпятниках (рисунок - 11). Подпятники у более точных приборов изготовляются из камня (рубин, сапфир, корунд, агат), у менее точных - из твёрдой стали или фосфористой бронзы. Для уменьшения трения острия и подпятники хорошо полируются.



Рисунок 12 - Ось и подпятник прибора

Подпятник (рисунок - 12) укрепляется в упорном винте, который удерживается от вращения установочным стопорным винтом.

Устройства для получения противодействующего момента. Противодействующий момент в электроизмерительных приборах создаётся пружинами, растяжками или электромагнитными силами.

На рисунке 13 показана наиболее распространённая форма спиральной пружины.

Рисунок-13. Спиральная пружина упругих свойств

Удельный противодействующий момент такой пружины

где Е - модуль упругости материала;

l - длина развёрнутой пружины;

b - ширина ленты пружины;

h - толщина ленты пружины



Пружины изготовляются из оловянно-цинковой бронзы или из фосфористой бронзы. Пружины должны обладать постоянством.

Растяжки, на которых крепится подвижная часть прибора (рисунок 14), г -- изготовляются из тех же материалов, что и пружины. Они имеют круглое или прямоугольное сечение. Растяжки применяются в приборах, в которых противодействующий момент относительно мал. В настоящее время выпускаются измерительные приборы магнитоэлектрической и электромагнитной систем на растяжках. Применение растяжек упрощает конструкцию прибора, в несколько раз уменьшает вес подвижной части, снижает мощность потерь и повышает коэффициент добротности. Подвижная часть измерительного механизма, противодействующий момент которого создаётся электромагнитными силами, имеет два рабочих элемента, укреплённых на одной оси (рисунок - 15).

Рис. 14 - Крепление подвижной части измерительного механизма на растяжках.

Моменты сил, действующих на рабочие элементы, направлены противоположно друг другу, т.е. если один из них является вращающим, то другой - противодействующим. Каждый из моментов зависит от тока. Подвижная часть такого измерительного механизма устанавливается в положение, при котором моменты уравновешивают друг друга. Угол отклонения подвижной части измерительного механизма будет зависеть от отношения токов в элементах (рамках). Такие измерительные механизмы, называемые логометрами, получили широкое применение.

Корректор (не показан) - приспособление, позволяющее устанавливать указательную стрелку (подвижную часть) прибора в нулевое положение. Корректор состоит из головки, выходящей наружу кожуха, при помощи которой можно несколько перемещать точку закрепления одной из спиральных пружин прибора и тем самым производить необходимую установку.

Арретир (не показан) -- приспособление, позволяющее закреплять подвижную часть прибора в определённом положении, благодаря чему уменьшается возможность повреждения прибора при переноске и перевозке. В таблице-1 даны условные обозначения принципов действия аналоговых приборов, которые наносят на шкалу (циферблат) прибора.

Рисунок 15 - Вращающий и противодействующий, моменты электромагнитных сил.

Таблица-1

Тип прибора	Условное обозначение принципа действия прибора
	с механическим противодействующим моментом	без механического противодействующего момента (логометры)
Магнитоэлектрический с подвижной рамкой
Магнитоэлектрический с подвижным магнитом
Электромагнитный
Электродинамический
Ферро динамический
Индукционный
Электростатический
Вибрационный (язычковый)

8. Требования, предъявляемые к приборам, погрешности

Классификация аналоговых приборов. Классы точности. Метрологические характеристики.

К электроизмерительным приборам предъявляются следующие основные требования:

1. Прибор должен быть по возможности точным; основная погрешность его не должна превышать значений, установленных ГОСТ 1845-52 для того класса, к которому прибор относится.

2. Величина погрешности прибора не должна изменяться с течением времени.

3. Дополнительные погрешности должны быть минимальными и, во всяком случае, не должны превышать значений, установленных ГОСТ 1845-52.

4. Мощность потерь в приборе должна быть мала.

5. Прибор должен давать возможность непосредственно отсчитывать измеряемую величину в установленных РФ единицах.

6. Шкала прибора должна быть, по возможности, равномерной.

7. Прибор должен обладать хорошим успокоением.

8. Прибор должен обладать хорошей изоляцией, удовлетворяющей требованиям ГОСТ 1845-52.

9. Прибор должен быть выносливым к перегрузкам.

10. Прибор должен быть простым в конструктивном отношении и, по возможности, дешёвым.

Классы точности приборов. Классом точности средства измерений (СИ) называют обобщённую их характеристику, определяемую пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а так же другими свойствами средства измерений влияющими на точность, значение которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды СИ.

Согласно ГОСТ 1845-59 по точности приборы делятся на 8 классов:

0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

Эти цифры наносят на циферблат прибора.

Если цифра находится в "", то это означает что класс точности определён по относительной погрешности с преобладанием мультипликативной составляющие, а если без "", то по приведённой погрешности с преобладанием аддитивной составляющей. Если "снизу" то класс точности рассчитан исходя из длины дуги на циферблате.

Допустимые значения основных погрешностей для отдельных классов точности даны в ГОСТ. Основная погрешность характеризует прибор, как таковой, и зависит только от внутренних свойств и состояния самого прибора.

Эта погрешность состоит из ряда составляющих погрешностей, главными из которых являются:

1) погрешность от трения;

2) погрешность от опрокидывания стрелки;

3) погрешность от неуравновешенности;

4) погрешность от неправильной градуировки и установки шкалы;

5) погрешность от остаточной деформации пружин;

6) погрешность отсчета;

7) погрешность от внутренних электрических и магнитных полей.

Электромеханические приборы состоят из двух частей - подвижной и неподвижной, образующих измерительный механизм и измерительную цепь. Измерительный механизм предназначен для преобразования электрической энергии в механическую энергию перемещения подвижной части.

Момент, возникающий в измерительном механизме и стремящийся переместить подвижную часть (стрелку) называется вращающим моментом. Измерительная цепь прибора предназначена для преобразования измеряемой величины в величину, непосредственную.

В приборе должен создаваться противодействующий момент, иначе при любом значении прямой величины, отличном от нуля, стрелка прибора переместится на конец шкалы.

Противодействующий момент создается с помощью пружин и упругих растяжек.

Аналоговые приборы классифицируют по:

1. Назначению;

2. Классу точности;

3. Принципу работы.

По принципу работы приборы могут быть следующих типов: магнитоэлектрические (МЭ), электромагнитные (ЭМ), электродинамические (ЭД), ферродинамические (ФД), электростатические (ЭС), индукционные (И), и др.

9. Магнитоэлектрические (МЭ) измерительные приборы

Принцип действия МЭ приборов (рисунок 16 и 17.) основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита и магнитного поля проводника, по которому протекает измеряемый ток.

Эти приборы работают в цепях постоянного тока.

Одним из основных уравнений, показывающих принцип работы аналоговых приборов, является уравнение шкалы, связывающее угол отклонения подвижной части с измеряемой величиной

б= (B*S*щ*I)/W,

где

б - угол отклонения стрелки;

В - магнитная индукция в воздушном зазоре;

S - площадь сечения рамки;

W- удельный противодействующий момент пружины;

щ - количество витков в рамке.

I - измеряемый ток.

Рисунок 16 - Структурная схема МЭ прибора

1- Постоянный магнит;

2- Рамка с током;

3- Пружина;

4- Стрелка;

5- Шкала прибора

Анализируя данную формулу, видим, что ток, проходящий через катушку измеряется в первой степени, а это значит, что прибор МЭ системы реагирует на полярность включения в цепь.



Рисунок 17 - Устройство магнитоэлектрического прибора

На рисунке 17 показано устройство МЭ прибора с подвижным магнитом. Существует множество конструкций и типов МЭ приборов (около 30), причем как с внутренним, так и с наружным магнитопроводом из ферромагнитного материала - электротрансформаторной стали. Магнит литой. Ось - дюралюминиевая. Окончание оси - керн из спецсплава. Подпятник - агат, корунд, сапфир, рубин. Рамка изготавливается из тонкого медного или алюминиевого провода, который навивают на изолированный каркас, но бывают и бескаркасные рамки. Противодействующая пружина прибора состоит из фосфористой бронзы. Если этим прибором нужно измерить большой ток, то его необходимо включить параллельно шунту.

Достоинства: из-за того, что в конструкцию входит постоянный магнит, его собственное поле велико, поэтому на МЭ приборы внешние магнитные поля оказывают малое влияние. МЭ приборы обладают высоким классом точности, высокой чувствительностью. Шкала МЭ приборов равномерна. МЭ приборы являются самыми точными из всех аналоговых приборов. Недостатки: приборы предназначены только для измерения на постоянном токе. У них относительно сложная конструкция (крупногабаритные), низкая надежность, высокая цена, низкая перегрузочная способность из-за того, что измеряемая величина (ток) подводится к рамке непосредственно, через пружины или растяжки.



10. Приборы для измерения магнитных величин

Электрические явления неразрывно связаны с магнитными. Свойства ферромагнитных материалов широко используются в электротехнике, накладывая отпечаток на качество и характеристики электрических машин, аппаратов, приборов. Конструктор электроприборов не может обойтись без измерения магнитных величин (магнитного потока, магнитной индукции и т.д.), необходимых для изучения свойств ферромагнитных материалов. При изучении этих свойств и этих материалов нас интересует, во-первых, кривая намагничивания и петля Гистерезиса, во-вторых, величина потерь в стали при циклическом перемагничивании. Весьма важным так же является изучение свойств постоянных магнитов в связи с развитием приборостроения и производством электрооборудования, например для автомобильной, тракторной, авиационной, медицинской, космической промышленности, где постоянные магниты находят широкое применение. Магнитные величины можно определять с помощью различных методов, используя приборы веберметр, коэрцетиметр, феррометр,магнитометр, милиивеберметр, гистерезиметр, феррозонд, и др. Теоретической основой подобных методов является второе уравнение Максвелла , связывающее магнитное поле с полем электрическим, которые являются двумя проявлениями особого вида материи, именуемого электромагнитным полем. Рассмотрим работу флюксметра.