 |
IX. Системы сбора и обработки измерительной информации.
|
|
|
|
Общее понятие, назначение и классификация. Понятие интерфейса. Принципы построения и примеры реализации. Обобщенная структурная схема. [ 1: с.331…361; 3: с.346…350; 4: с. 336…354].
IX.1. Основные сведения и методические указания.
В настоящее время в различных областях применения для исследования и контроля сложных объектов необходимо одновременно измерять десятки, сотни и даже тысячи величин, оценивать состояние этих сложных объектов за весьма короткие промежутки времени. Для этих целей и используются системы сбора и обработки измерительной информации (Информационно-измерительные системы), которые, как правило, включают в себя различного рода вычислительные устройства как для первоначальной обработки измерительной информации, так и для управления процесса функционирования системы в целом.
IX.2. Вопросы для самопроверки.
1. Какие разновидности систем сбора и обработки измерительной информации вы можете назвать?
2. Какую функцию в системах сбора и обработки измерительной информации выполняют компьютеры?
3. Какой интерфейс используется в системах сбора и обработки измерительной информации для объединения их отдельных функциональных блоков?
4. Какие принципы разделения входных измеряемых величин используются в системах сбора и обработки измерительной информации?
X. Основы стандартизации и сертификации.
Объекты стандартизации, понятие стандарта. Государственная система обеспечения единства измерений. (ГСИ). Основополагающие стандарты в области метрологии. Структура и функции метрологической службы. Эталоны: первичные, вторичные и рабочие. Образцовые средства измерений. Нормирование погрешностей средств измерения. Поверка средств измерений. Организация и порядок проведения поверки. Контроль качества продукции. Инструментальные и экспертные методы оценки качества.
|
|
|
Основные цели, объекты и системы сертификации. Аккредитация испытательных лабораторий. Правило и порядок проведения сертификации. [ 1:с.23…27, 35…43; 2: с.163…168, 174…182, 186…189, 193…199; 3: с.306…316, 327…329, 335…338, 340...345].
X.1. Основные сведения и методические указания.
Квалиметрия - дисциплина, изучающая вопросы оценки качества продукции.
Объектами стандартизации – являются изделия, нормы, правила, требования, методы, термины, обозначения и т.п., имеющие перспективу многократного использования в любых сферах человеческой деятельности.
Стандарт – нормативно-технический документ по стандартизации, устанавливающий комплекс норм, правил, требований к объекту стандартизации и утвержденный компетентными органами.
Под метрологическим обеспечением понимается установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений.
Поверка – операция, устанавливающая соответствие погрешности средств измерений своему классу точности.
Сертификация представляет собой свидетельство, подтверждающее соответствие изделия (услуги) определенным стандартам или другим нормативно-техническим документам.
Обратите внимание на то, что все системы сертификации базируются на проведенных экспериментальных данных, т.е. практически на результатах измерений.
Следует также отметить, что в проблеме обеспечения единства измерений очень важная роль принадлежит эталонам и специальной системе передачи размеров единиц от первичных эталонов к рабочим, от них – к образцовым средствам измерений и далее к рабочим.
X.2. Вопросы для самопроверки.
1. Что понимается под понятием «стандарт»?
|
|
|
2. Какова цель введения стандартизации?
3. Что характеризует понятие сертификации?
4. Какие основные методы, нормы и средства обеспечивают
Государственную систему единства измерений?
5. Что понимается под нормированием средств измерений?
6. Что такое поверка средств измерений?
7. Каково должно быть соотношение погрешности образцового и
поверяемого средств измерений?
8. В чем заключается разница между инструментальными и экспертными
оценками качества продукции?
9. Приведите поверочную схему средств измерений в общем виде,
согласно государственному стандарту.
XI. Контрольные работы.
Контрольная работа №1
(Погрешности измерений)
Задача №1
При измерении активного сопротивления резистора было произведено десять равноточных измерений, результаты которых приведены в табл.1.1. Оцените максимальную и относительную погрешности измерений и запишите результат эксперимента в виде доверительного интервала для двух значений доверительной вероятности 
= 0,95 и 
= 0,99.
Табл.1.1
| Номер Варианта | Результаты измерений, Ом | |||||||||
| 8,295 | 8,297 | 8,294 | 8,298 | 8,291 | 8,294 | 8,297 | 8,294 | 8,298 | 8,299 | |
| 6,365 | 6,369 | 6,360 | 6,365 | 6,367 | 6,365 | 6,368 | 6,364 | 6,365 | 6,368 | |
| 7,217 | 7,219 | 7,214 | 7,217 | 7,214 | 7,216 | 7,214 | 7,219 | 7,211 | 7,213 | |
| 6,284 | 6,287 | 6,284 | 6,281 | 6,288 | 6,284 | 6,281 | 6,287 | 6,285 | 6,288 | |
| 18,31 | 18,30 | 18,29 | 18,30 | 18,31 | 18,30 | 18,29 | 19,28 | 18,30 | 18,31 |
Задача №2
Определить величину электрического тока Ix в общей цепи (рис.1.2), а также значения абсолютной и относительной погрешности его определения, если токи, измеренные в ветвях цепи, равны I1, I2, I3, классы точности амперметров, включенных в эти ветви, соответствуют К1, К2, К3, а их предельные значения шкал – Imax1, Imax2, Imax3 (см. таблицу 1.2).
Таблица 1.2
| Номер варианта | I, Ампер | K | Imax, Ампер | ||||||
| I1 | I2 | I3 | K1 | K2 | K3 | Imax1 
| Imax2 | Imax3 | |
| 0,6 | 1,5 | 2,5 | 0,5 | 1,0 | 1,5 | 1,0 | 2,0 | 3,0 | |
| 0,4 | 1,0 | 2,1 | 1,0 | 1,5 | 2,5 | 0,5 | 1,5 | 2,5 | |
| 0,1 | 0,4 | 1,6 | 1,5 | 1,5 | 1,0 | 0,1 | 1,5 | 2,0 | |
| 1,3 | 4,5 | 4,7 | 2,5 | 0,5 | 1,5 | 1,5 | 5,0 | 5,0 | |
| 0,15 | 0,45 | 0,48 | 1,0 | 1,5 | 0,5 | 0,2 | 0,5 | 0,5 | |
| 8,0 | 4,5 | 2,7 | 4,0 | 2,5 | 1,5 | 10,0 | 5,0 | 3,0 | |
| 0,08 | 0,17 | 0,12 | 0,02/0,01 | 0,1 | 0,2 | 0,1 | 0,2 | 0,15 | |
| 0,18 | 0,09 | 0,47 | 0,05/0,02 | 0,05 | 0,1 | 0,2 | 0,1 | 0,5 | |
| 25,0 | 8,0 | 4,5 | 1,5 | 1,5 | 1,0 | 30,0 | 10,0 | 5,0 | |
| 0,48 | 0,19 | 0,09 | 0,1/0,05 | 0,1 | 0,05 | 0,5 | 0,2 | 0,1 |
|
|
|
Рис.1.2
Задача №3
Производится эксперимент по определению параметров транзисторов 
и 
. Для этого измеряются микроамперметрами ток коллектора – Iк и ток эмиттера - Iэ, а затем определяются параметры и согласно выражений 
, 
. Представьте результаты определения указанных параметров вместе с погрешностями их определения. Предел измерения используемых микроамперметра, их классы точности (KIэ, KIк) и полученные показания приведены в таблице 1.3.
Таблица 1.3
| Номера вариантов | Предел измерения микроамперметров, измеряющих значения | Класс точности микроамперметров, измеряющих значения | Показания приборов, мкА | |||
| Iэ, мкА | Iк, мкА | KIэ | KIк | Iэ | Iк | |
| 0,1/0,05 | 0,02/0,01 | |||||
| 0,5 | 0,5 | |||||
| 0,2/0,1 | 0,5 | |||||
| 0,1/0,05 | 0,02/0,01 | |||||
| 0,5 | 0,2 | |||||
| 1,0 | 0,5 | |||||
| 0,05/0,02 | 0,02/0,01 | |||||
| 0,5 | 0,1/0,05 | |||||
| 0,1/0,05 | 0,2 | |||||
| 0,2 | 0,05/0,02 |
Задача №4
Определить значение и предельную абсолютную погрешность сопротивления резистора, намотанного из медного провода диаметром D и длиной L, если предельная абсолютная погрешность диаметра провода и его длины соответственно равны: 
и 
Определение значения сопротивления осуществляется по формуле: 
, где 
= 3,14+0,0016, а 
.
Таблица 1.4
| Номера вариантов | D |
| L | 
|
| мм | мм | м | мм | |
| 0,5 | 0,01 | |||
| 0,2 | 0,01 | |||
| 0,25 | 0,015 | |||
| 0,3 | 0,02 | |||
| 0,4 | 0,015 | |||
| 0,1 | 0,01 | |||
| 0,5 | 0,02 | |||
| 0,2 | 0,015 | |||
| 0,05 | 0,02 | |||
| 0,5 | 0,05 |
|
|
|
Контрольная работа № 2
(Поверка и функционирование средств измерений)
Задача №1
При поверке после ремонта вольтметра класса точности 1,5 с конечным значением шкалы 5В, в точках шкалы 1,2,3,4,5 В, получены показания образцового прибора, представленные в табл.2.1. Определить, соответствует ли поверяемый вольтметр своему классу точности?
Таблица 2.1
| Номер варианта | Показания образцового прибора, В | ||||
U 
| U 
| U 
| U 
| U 
| |
| 1,05 | 1,98 | 3,02 | 4,04 | 5,03 | |
| 0,97 | 2,04 | 2,95 | 3,98 | 5,01 | |
| 1,08 | 1,95 | 3,01 | 3,96 | 4,93 | |
| 0,95 | 2,07 | 3,04 | 4,07 | 4,95 | |
| 0,98 | 2,07 | 2,96 | 4,05 | 5,05 | |
| 0,96 | 1,93 | 3,05 | 4,08 | 4,97 | |
| 1,04 | 2,03 | 3,08 | 4,02 | 4,98 | |
| 1,02 | 2,01 | 2,94 | 3,97 | 5,07 | |
| 1,92 | 2,99 | 3,98 | 5,08 | ||
| 1,04 | 1,99 | 3,08 | 4,06 | 4,94 |
Задача №2
Изобразите осциллограмму, которая будет на экране осциллографа, если на пластины Y подать синусоидальное напряжение с частотой F и амплитудой Um (см. табл. 2.2). Время нарастания пилообразного напряжения развертки, поступающего на пластины X равно t1, время его спада – t2. Во время обратного хода луча электронно-лучевая трубка осциллографа не запирается. Определите также величину максимального отклонения луча по оси Y для заданного Um, если при подаче на вход осциллографа сигнала синусоидальной формы со среднеквадратическим значением 5 В было получено отклонение h.
Таблица 2.2.
| Номер варианта | ||||||||||
| F, Гц | ||||||||||
| Um, В | 1,5 | |||||||||
| t1,мс | ||||||||||
| t2, мс | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | ||||||
| h,мм |
Задача № 3
Изобразите функциональную схему цифрового вольтметра поразрядного уравновешивания и временную диаграмму уравновешивания измеряемого напряжения Ux компенсирующим напряжением, полагая, что шаг квантования компенсирующего напряжения равен 1 В, предел измерения – 1000 В, а весовые коэффициенты соответствуют двоичному коду. Запишите результат измерения в двоичном коде. Принимая класс точности вольтметра равным 0,2/0,1, оцените абсолютную и относительную погрешность измерения Ux. Значения Ux даны в таблице 2.3.
Таблица 2.3
| Номер Варианта | ||||||||||
| Ux, В |
Задача №4
Изобразите функциональную схему и поясните временными диаграммами принцип действия цифрового частотомера-периодомера. Исходя из предполагаемого значения частоты fx и допустимой относительной погрешности измерения δ, указанных в таблице 2.4, выберите режим измерения (частота или период) и определите требуемое время измерения T0 или частоту квантования f0.
|
|
|
Таблица 2.4
| Номер варианта | ||||||||||
| fx, Гц | 104 | 105 | 106 | 102 | 103 | 0,5 | ||||
| δ,% | 0,1 | 0,01 | 0,001 | 0,1 | 0,2 | 0,01 | 0,02 | 0,1 | 0,01 | 0,2 |
|
|
|
