|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Измерительная техника | Измерительная техника (далее И) отрасль науки и техники, изучающая методы и средства получения опытным путем информации о величинах, характеризующих свойства и состояния объектов исследования и производственных процессов. Для 2-й половины 20 в. характерно постепенное осознание того факта, что И является не столько "искусством" измерения, сколько особой научной дисциплиной со своей собственной системой понятий и своими методами анализа. Однако процесс формирования И как единой научной дисциплины еще не закончен. Во многих промышленно развитых странах, несмотря на высокий технический уровень приборостроения, И рассматривается скорее как отрасль промышленности, чем как отрасль науки. В английском языке, например, нет даже точного эквивалента термина "И"; одним из наиболее употребительных терминов является "instrumentation", что можно перевести как "прибористика".
И существует с глубокой древности. За несколько тысячелетий до н. э. развитие товарообмена привело к измерениям веса и появлению весов; примитивная И требовалась также при разделе земельных участков (измерение площадей); при установлении распорядка дня и суток, выработке календаря (измерение времени); в астрономических наблюдениях и кораблевождении (измерение углов и расстояний); в строительстве (измерение размеров). В античную эпоху в процессе научных исследований были выполнены некоторые тонкие измерения, например были измерены углы преломления света, определена дуга земного меридиана. Примерно до 15 в. И не отделялась от математики, о чем говорят такие названия, как "геометрия" (измерение Земли), "тригонометрия" (измерение треугольников), "пространство трех измерений" и т. д. Средневековые математические трактаты часто содержали простое перечисление правил измерения площадей и объемов. Математическая идеализация реального процесса измерения сохранилась в ряде важных математических понятий (от иррационального числа до интеграла).
В 16-18 вв. совершенствование И шло вместе с бурным развитием физики, которая, основываясь в то время только на эксперименте, полностью опиралась на И К этому периоду относятся усовершенствование часов, изобретение микроскопа, барометра, термометра, первых электроизмерительных приборов и др. измерительных устройств, использовавшихся главным образом в научных исследованиях. Уже в конце 16 - начале 17 вв. повышение точности измерений способствовало революционным научным открытиям. Так например, точные астрономические измерения Т. Браге позволили И. Кеплеру установить, что планеты обращаются по эллиптическим орбитам. В создании измерительных приборов и разработке их теории принимали участие крупнейшие ученые - Г. Галилей, И. Ньютон, Х. Гюйгенс, - Г. Рихман и др. Каждое открываемое физическое явление воплощалось в соответствующем приборе, который, в свою очередь, помогал точно определить значение исследуемой величины и установить законы взаимодействия между различными величинами. Так, например, постепенно было выработано понятие температуры и создана температурная шкала.
В конце 18 и первой половине 19 вв. в связи с распространением паровых двигателей и развитием машиностроения резко повысились требования к точности обработки деталей машин, что обусловило быстрое развитие промышленной И В это время совершенствуются приборы для определения размеров, появляются измерительные машины, вводятся калибры и т. д. В 19 в. были созданы основы теории И и метрологии; получила распространение метрическая система мер, обеспечившая единство измерений в науке и производстве. Огромное значение для И имели труды К. Гаусса, разработавшего метод наименьших квадратов, теорию случайных погрешностей, абсолютную систему единиц (CGSE) и заложившего вместе с В. Вебером основы измерений. Благодаря развитию теплоэнергетики, внедрению электрических средств связи, а затем и первых электроэнергетических установок в промышленности начали использоваться методы и средства измерения, которые до этого применялись лишь при научных исследованиях, - появились теплотехнические и электроизмерительные приборы. На рубеже 19 и 20 вв. в промышленно развитых странах стали создаваться метрологические учреждения. В России в 1893 была образована Главная палата мер и весов, которую возглавил Д. И. Менделеев.
Начало 20 в. знаменует новый этап в развитии И - электрические, а позднее и электронные средства начинают применяться для измерения механических, тепловых, оптических величин, для анализа, геологической разведки и т. д., т. е. для измерений любых величин. Появляются такие новые отрасли, как радиоизмерения, спектрометрия и др. Возникает приборостроительная промышленность. Качественный скачок в развитии И произошел после 2-й мировой войны 1939-1945, когда И выступила как отрасль кибернетики, занимающаяся получением и преобразованием информации (измерительной), наряду с такими отраслями, как автоматика и вычислительная техника.
Измерения - важнейший этап деятельности исследователей и экспериментаторов во всех отраслях науки и техники. Измерительная аппаратура - основное оборудование научно-исследовательских институтов и лабораторий, неотъемлемая часть оснастки любого технологического процесса, главный полезный груз метеорологических ракет, искусственных спутников Земли и космических станций.
Современная измерительная аппаратура предназначается не только для воздействия на органы чувств человека, как, например, в случае сигнализации или отсчета результатов измерения наблюдателем, но все чаще для автоматической регистрации и математической обработки результатов измерения и передачи их на расстояние или для автоматического управления какими-либо процессами. В приборах и системах на разных участках измерительных каналов используются механические, электрические, пневматические, гидравлические, оптические, акустические сигналы, амплитудная, частотная и фазовая модуляции; чрезвычайно широко применяются импульсные и цифровые устройства, следящие системы. Процесс измерения современными измерительными устройствами состоит в целенаправленном преобразовании измеряемой величины в форму, наиболее удобную для конкретного использования (восприятия) человеком или машиной. Например, смысл действия всех электроизмерительных приборов (амперметров, вольтметров, гальванометров и др.) заключается в том, что с их помощью измеряемая электрическая величина, изменения которой непосредственно органами чувств человека не могут быть оценены количественно, преобразуется в определенное механическое перемещение указателя (стрелки или светового луча). Таково же назначение и многих механических измерительных приборов и измерительных преобразователей, с помощью которых разнообразные физические величины преобразуются в механическое перемещение (штангенциркуль, микрометр, пружинные весы, термометр, пружинный манометр или барометр, волосяной гигрометр и т. п.). Развитие И в конце первой половины 20 в. показало, что наиболее удобно такое преобразование измеряемых величин, результат которого представляется не как механические перемещения, а в виде электрической величины (тока, напряжения, частоты, длительности импульсов и др.). Тогда для всех последующих операций (передача результатов измерения на расстояние, их регистрация, математическая обработка, использование в системах автоматического управления) может быть применена стандартная электрическая аппаратура. Основные преимущества использования электрических методов И - простота регулирования чувствительности и малая инерционность электрических устройств, возможность одновременного измерения множества различных по своей природе величин, удобство комплектации из типовых блоков электрической аппаратуры управляющих машин и измерительно-информационных систем. С помощью электрических измерительных устройств можно измерить как медленно, так и очень быстро изменяющиеся во времени процессы, передавать результаты измерений на большие расстояния или преобразовывать их в сигналы для управления контролируемыми процессами, что имеет важнейшее практическое значение как для промышленности, так и для научных исследований.
Современная И имеет ряд направлений в соответствии с областями применения приборов и типами измеряемых величин: линейные и угловые измерения; механические, оптические, акустические, теплофизические, физико- измерения; электрические и измерения; радиоизмерения: измерения частоты и времени; измерения излучений и т. д. В пределах каждой ветви И существует множество частных методов измерения физических величин (которые к тому же оказываются неодинаковыми при измерении величин различных порядков; так, расстояния 10-9 м, 10-3 м, 103 м, 109 м измеряются совершенно разными методами). Поэтому отдельные ветви И оказываются довольно слабо связанными между собой. И, кроме того, в пределах каждой ветви непрерывно возникают более мелкие подразделения по отдельным измеряемым величинам, например тензометрия (измерения механических напряжений на поверхности деталей), виброметрия (измерения вибросмещения, виброскорости, виброускорения, частоты и спектрального состава вибрации), кондуктометрия (измерение состава растворов по их электрической проводимости) и многие другие. Отдельно существуют отрасли И, отличающиеся особым подходом к процессу измерения или его целью; например, телеметрия (измерение на расстоянии) - в рамках этой отрасли имеется еще радиотелеметрия, включающая в себя космическую радиотелеметрию; измерения характеристик случайных процессов - амплитудных распределений, корреляционных функций и спектров мощности; электрические измерения неэлектрических величин; цифровая И, включающая аналого-цифровое преобразование для ввода измерительной информации в вычислительную машину, и др. Наряду с тенденцией дробления И на все более частные направления существует и противоположная тенденция - объединение различных отраслей И на базе общности исходных позиций, принципов построения и структурных схем аппаратуры, а в последнее время также и общности используемых средств измерения. В Советском Союзе воплощением этого единства стала Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации - ГСП, агрегатированная система средств электроизмерительной техники - АСЭТ.
Потребность в средствах И настолько велика и разнообразна, что наряду с общим приборостроением существует авиационное, аналитическое, геофизическое, медицинское приборостроение и т. д. Изучение основ И входит в учебные программы практически всех технических вузов СССР; ряд политехнических и энергетических вузов готовит специалистов по информационно-измерительной технике.
Тенденции развития И к началу 70-х гг. определились довольно четко. Основными из них во всех областях И являются: 1) резкое повышение качества приборов - снижение погрешностей до 0,01% и ниже, увеличение быстродействия до тысяч и даже миллионов измерений в 1 сек, повышение надежности приборов и уменьшение их размеров; 2) расширение области применения измерительной аппаратуры в направлении измерения величин, прежде не поддававшихся измерению, а также в направлении ужесточения условий эксплуатации приборов; 3) повсеместный переход к цифровым методам не только в области измерений электрических величин, но и во всех других областях (уже имеются цифровые термометры, манометры, газоанализаторы, виброметры и т. д.), при этом аналоговые приборы по-прежнему применяются и продолжают совершенствоваться; 4) дальнейшее развитие системного подхода к унификации измерительной аппаратуры; 5) широкое внедрение во все средства И методов логической и математической обработки измерительной информации.
В области метрологии следует особо выделить тенденцию перехода от эталонов, изготовленных человеком, к естественным эталонам, основанным на волновых и дискретных свойствах материи. Так, единица длины воспроизводится с помощью длины световой волны, а единица времени - с помощью периода колебаний естественного излучателя. Подобно этому, единица электрического заряда может быть установлена через заряд электрона, единица массы - через массу какой-либо из элементарных частиц и т. д. В приборостроении широкое промышленное применение находят методы измерений, которые прежде считались сугубо лабораторными и даже метрологическими, например автоматические интерферометры с цифровым отсчетом для измерений малых перемещений. Важнейшей тенденцией в приборостроении является миниатюризация и микроминиатюризация средств измерений с использованием новейших достижений науки, в частности физики твердого тела. Насущной задачей является формирование общих теоретических основ И Трудность разработки заключается в том, что теория И граничит со сложными вопросами гносеологии (см. Теория познания) и математики.
В СССР регулярно издаются общесоюзные журналы: "И" (с 1939), "Приборы и системы управления" (с 1956), "Автометрия" (с 1965), "Приборы и техника эксперимента" (с 1956), реферативный журнал "Метрология и измерительная техника" (с 1963), "Контрольно-измерительная техника" (с 1958), "Энциклопедия измерений, контроля и автоматизации" (с 1962) и др., а также монографии, справочники, брошюры как по отдельным направлениям, так и по общим проблемам И и приборостроения. За рубежом вопросам И посвящены периодические издания: в ФРГ - "Archiv für technisches Messen" (Münch., с 1931), в ГДР - "Messen. Steuern. Regeln" (В., с 1958), "Feingerätetechnik" (В., с 1952), в США - "Instruments and Control Systems" (Pittsburgh, с 1928), "Journal of the Instrument Society of America" (Pittsburgh, с 1946), "Review of Scientific Instruments" (. ., с 1930), "IEEE Transactions. Instrumentation and Measurement" (. ., с 1952), в ВНР - "Mérés és automatika" (Bdpst, с 1953) и др.
Лит.: Маликов М. Ф., Основы метрологии, ч. 1, М., 1949; Арутюнов В. О., Электрические измерительные приборы и измерения, М. - Л., 1958, Курс электрических измерений, под ред. В. Т. Прыткова и А. В. Талицкого, ч. 1-2, М. - Л., 1960; Островский Л. А., Основы общей теории электроизмерительных устройств, М. - Л., 1965; Туричин А. М., Электрические измерения электрических величин, основы информационной теории измерительных устройств, Л., 1968.
П. В. Новицкий, В. Г. Кнорринг. |
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
|
|
Новости 21.11.2024 12:13:48
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
