Метрология, стандартизация и технические измерения

Стр.2

Стр.3

Стр.4

Стр.5

Стр.6

УДК 006.91(075)+621.3(075) ББК Ж10я7+З842я7 Г813 Рецензенты: д-р техн. наук, проф. С . А . М а т ю н и н , д-р техн. наук, проф. В . И . Б а т и щ е в Гречишников, Владимир Михайлович Г813 Метрология, стандартизация и технические измерения: учебное пособие / В.М. Гречишников. – Самара: Издательство Самарского университета, 2023. – 220 с. : ил. ISBN 978-5-7883-1962-9 Представлено краткое изложение базовых вопросов метрологии, принципов построения и технических возможностей радиоэлектронных средств измерения параметров радиотехнических сигналов и цепей, а также основные положения в области стандартизации и сертификации. Предназначено для студентов, обучающихся по основной образовательной программе высшего образования по направлениям подготовки 12.03.04 Биотехнические системы и технологии, 12.03.05 Лазерная техника и лазерные технологии, 11.03.04 Электроника и наноэлектроника. Пособие может быть полезно при получении метрологической подготовки студентами, магистрами и аспирантами приборостроительных специальностей университета. Подготовлено на кафедре электротехники. УДК 006.91(075)+621.3(075) ББК Ж10я7+З842я7 ISBN 978-5-7883-1962-9 © Самарский университет, 2023 2

Стр.2

ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ............................................................................................. 7 Раздел 1. Основы метрологии ........................................................ 9 1.1 Основные метрологические понятия, термины и определения ................................................................................ 9 1.2 Виды измерений .................................................................... 16 1.3 Методы измерений ................................................................ 19 1.4 Общая классификация средств измерений ......................... 23 1.5 Погрешности измерений ....................................................... 30 1.6 Метрологические характеристики измерительных устройств ...................................................................................... 42 1.7 Методы оценки случайных погрешностей измерений ...... 55 1.8 Общие правила суммирования погрешностей измерений ..................................................................................... 62 1.9 Погрешности косвенных измерений ................................... 64 1.10 Методы обработки результатов измерений ...................... 67 1.10.1 Обработка результатов прямых однократных измерений ................................................................................ 67 1.10.2 Выявление и исключение грубых погрешностей (промахов) ............................................................................... 68 1.10.3. Внесение поправок и оценка неисключенной систематической погрешности ............................................. 69 1.10.4 Обработка прямых многократных измерений .......... 71 1.11 Погрешности приборов с различными схемами включения измерительных преобразователей .......................... 73 1.11.1 Последовательное включение измерительных преобразователей ................................................................... 73 1.11.2 Дифференциальное включение измерительных преобразователей ................................................................... 76 1.11.3 Логометрическая схема включения измерительных преобразователей ........................................ 81 3

Стр.3

1.11.4 Компенсационная схема включения измерительных преобразователей ................................................................... 83 1.12 Расчет погрешности измерительных устройств по уравнению преобразования ................................................... 85 1.13 Расчет допусков на технологические погрешности измерительных устройств ........................................................... 88 1.14 Поверка измерительных устройств ................................... 92 1.15 Методы повышения точности измерений ......................... 97 Раздел 2. Методы и аппаратура для измерения параметров электрических сигналов цепей .................................................. 104 2.1 Осциллографические измерения ........................................ 104 2.1.1 Назначение, виды и принцип действия электроннолучевых осциллографов ....................................................... 104 2.1.2 Общее устройство и принцип действия электроннолучевого осциллографа ........................................................ 106 2.1.3 Общее устройство и принцип действия цифрового осциллографа ........................................................................ 111 2.1.4 Техника осциллографических измерений ................. 113 2.2 Аналоговые электромеханические (стрелочные) приборы ...................................................................................... 125 2.2.1.Общая теория аналоговых электромеханических приборов ................................................................................ 125 2.2.2 Магнитоэлектрические измерительные приборы .... 128 2.2.3 Выпрямительные приборы ......................................... 131 2.2.4 Расширение пределов измерения амперметров и вольтметров ....................................................................... 134 2.3 Измерение частоты методом дискретного счета .............. 136 2.4 Измерение временных интервалов методом дискретного счета ...................................................................... 138 2.5 Цифровой нониусный измеритель временных интервалов .................................................................................. 140 4

Стр.4

2.6 Приборы для измерения фазового сдвига ......................... 142 2.6.1 Аналоговый фазометр с промежуточным преобразованием фазового сдвига в импульсы тока ........ 143 2.6.2 Цифровой фазометр с преобразованием фазового сдвига в сигнал постоянного тока ...................................... 145 2.6.3 Цифровой интегрирующий фазометр ....................... 147 2.6.4 Фазометр с гетеродинным преобразованием частоты .................................................................................. 151 2.7. Цифровые вольтметры. общие сведения .......................... 153 2.7.1 Метрологические характеристики аналогоцифровых преобразователей ............................................... 155 2.7.2 Цифровой вольтметр с промежуточным преобразованием измеряемого напряжения в частоту ..... 161 2.7.3 Цифровой вольтметр поразрядного кодирования .... 165 2.7.4 Цифровой вольтметр параллельного преобразования ..................................................................... 169 2.8 Методы измерения параметров электрических цепей ..... 172 2.8.1 Общие сведения из теории мостовых схем............... 172 2.8.2 Мосты для измерения активных сопротивлений ..... 174 2.8.3 Цифровой автоматический мост для измерения активного сопротивления .................................................... 177 2.8.4 Мосты для измерения индуктивности ....................... 180 2.8.5 Мосты для измерения емкости................................... 182 2.8.6 Цифровой измеритель активного сопротивления и емкости ............................................................................... 184 2.8.7 Мостовой измеритель параметров электрических цепей со встроенной микропроцессорной системой ........ 186 2.8.8 Цифровой измеритель добротности (Q–метр) .......... 187 2.9 Измерение амплитудно-частотных характеристик четырехполюсников .................................................................. 190 2.9.1 Ручное измерение АЧХ четырехполюсников ........... 190 5

Стр.5

2.9.2 Цифровой микропроцессорный измеритель АЧХ ... 191 2.10 Измерение характеристик случайных процессов ........... 193 2.10.1 Аналоговые методы и приборы для измерения математического ожидания и дисперсии ........................... 193 2.10.2 Цифровой прибор для измерения математического ожидания случайных процессов ......................................... 195 2.10.3 Цифровой метод измерения дисперсии .................. 196 Раздел 3. Основные понятия в области технического регулирования ............................................................................... 200 3.1 Цели и объекты и формы технического регулирования .. 200 3.2 Основные документы в области технического регулирования ............................................................................ 202 3.3 Методы стандартизации ..................................................... 203 3.3.1 Типизация объектов стандартизации ........................ 204 3.3.2 Параметрическая стандартизация .............................. 204 3.3.3 Унификация объектов стандартизации ..................... 206 3.3.4 Опережающая стандартизация ................................... 207 3.4 Международное сотрудничество в области стандартизации .......................................................................... 207 Библиографический список ....................................................... 210 Приложение ................................................................................... 212 6

Стр.6