Карманный справочник инженера-метролога (3000,00 руб.)

Стр.5

Стр.6

Стр.7

Стр.8

Стр.9

Стр.10

Стр.11

УДК 006.91(035) ББК 30.10я2 Б79 Б79 Болтон У. Kарманный справочник инженераметролога / Пер. с англ. — 3е изд., стер. — М.: ДМК Пресс, 2018. — 384 с.: ил. — (Серия «Карманный справочник»). ISBN 9785970606162 Предлагаемый вниманию читателей справочник очень популярен в Великобритании. Его автору удалось собрать и компактно объединить под одной обложкой огромное коли чество информации. Здесь кратко рассмотрены практически все аспекты теории и практики современной радиосвязи — от распространения электромагнитных волн до спецификаций радиотехнического оборудования. Описаны даже способы шифрования и передачи конфиденциальной информации. Не остались без внимания и вопросы формирования, обра ботки и передачи сигналов в таких современных видах связи, как мобильная радиосвязь, спутниковая и транкинговая связь, беспроводная телефония. Kроме последовательного систематического изложения вопросов радиосвязи книга содержит много разнообразной ин формации справочного характера. Kажется, что здесь есть все — от международного кода «Q» и азбуки Морзе до формул и таблиц для расчетов радиотехнических цепей и сведений о ко дировке электронных компонентов. Поистине, это находка для радиоинженеров и студентов радиотехнических и смежных специальностей. Более того, лю бой любознательный человек найдет здесь много интересного. УДК 621.391(035) ББК 32.84я2 Все права защищены. Никакая часть этого издания не может быть вос произведена в любой форме или любыми средствами, электронными или ме ханическими, включая фотографирование, ксерокопирование или иные сред ства копирования или сохранения информации, без письменного разрешения издательства. Книга «Карманный справочник инженераметролога» Уильяма Болтона подготовлена и издана по договору с Elsevier Ltd, The Boulevard, Langford Lane, Kidlington, OX5 1GB, England. ISBN 9780750652278 (англ.) © Reed Educational & Professional Publishing Ltd ISBN 9785970606162 (рус.) © Макет, ДодэкаXXI Издание, ДМК Пресс, 2018 ©

Стр.5

Содержание Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 Часть первая. СИСТЕМЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13 1. Измерительные системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14 Основные части измерительной системы . . . . . . . . . . . . . . .14 Передаточная функция системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 Программируемые приборы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16 Kалибровка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16 2. Терминология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19 3. Погрешности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25 Источники погрешностей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25 Разброс результатов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26 Вероятная погрешность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27 Допустимая погрешность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28 Суммирование погрешностей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28 Точность системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29 4. Динамические характеристики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31 Статические и динамические характеристики . . . . . . . . . . .31 Приборы нулевого порядка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31 Приборы первого порядка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31 Теплопередача . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32 Приборы второго порядка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33 Пружинные системы с демпфированием . . . . . . . . . . . . . . .34 Оператор дифференцирования (Dоператор) . . . . . . . . . . .35 Dоператор и система первого порядка . . . . . . . . . . . . . . . . .37 Dоператор и система второго порядка . . . . . . . . . . . . . . . . .37 Преобразование Лапласа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38 Преобразование Лапласа для системы первого порядка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41 Преобразование Лапласа для системы второго порядка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42 Передаточная функция системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43 5. Погрешность, вносимая измерительной системой . . . . . . . . . .44 Происхождение вносимой погрешности . . . . . . . . . . . . . . . .44 Электрические измерения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44 Погрешность, вносимая вольтметром . . . . . . . . . . . . . . . . . .45 Погрешность, вносимая потенциометром . . . . . . . . . . . . . .45 Погрешность, вносимая мостом Уитстона . . . . . . . . . . . . .47

Стр.6

6 Погрешность, вносимая элементами измерительной системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48 6. Помехи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50 Виды помех . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50 Виды интерференции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50 Уменьшение интерференции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51 Взаимные помехи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52 Случайные шумовые помехи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52 Подавление случайных шумовых помех . . . . . . . . . . . . . . . .53 Отношение сигнал/шум . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53 Kоэффициент усиления шума . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54 Осреднение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54 7. Надежность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55 Надежность и ненадежность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55 Отказ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55 Работоспособность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57 Интенсивность отказов и долговечность . . . . . . . . . . . . . . . .57 Экспоненциальный закон надежности . . . . . . . . . . . . . . . . .58 Надежность системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59 Резервирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60 Часть вторая. KОМПОНЕНТЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61 8. Датчики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62 Датчики сопротивления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63 Емкостные датчики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69 Индуктивные датчики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71 Термоэлектрические датчики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .79 Пьезоэлектрические датчики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83 Фотоэлектрические датчики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85 Электрохимические датчики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87 Датчики упругости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88 Пневматические датчики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91 Дифференциальные датчики давления . . . . . . . . . . . . . . . . .92 Механические датчики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93 Вибрационные датчики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97 9. Преобразователи сигналов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98 Мосты Уитстона постоянного тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99 Мосты переменного тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103 Потенциометрические мосты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109

Стр.7

7 Усилители . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111 Линеаризация сигналов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118 Масштабирование тока и напряжения . . . . . . . . . . . . . . . .119 Ослабление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123 Фильтрация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .125 Модуляция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .128 Аналогоцифровое преобразование . . . . . . . . . . . . . . . . . . .129 10. Устройства отображения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136 Измерители . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .137 Регистраторы с прямой записью . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .139 Гальванометрические регистраторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . .140 Регистраторы со следящей системой . . . . . . . . . . . . . . . . . .147 Электроннолучевые трубки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .149 Алфавитноцифровые дисплеи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .157 Печатающие устройства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .159 Записывающие устройства на магнитной ленте . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .160 Часть третья. ИЗМЕРЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .165 11. Химический состав . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .166 Хроматография . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .166 Электрохимический анализ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .172 Спектроскопия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .176 Массспектрометрия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .182 Методы термического анализа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .183 12. Плотность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .185 Весовые методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .185 Методы плавучести . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .186 Методы по измерению давления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .187 Вибрационные методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .189 Радиационные методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .191 13. Перемещения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .192 Механические измерения линейных перемещений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .192 Пневматические измерители линейных перемещений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .196 Электрические измерения линейных перемещений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .197 Оптические измерения линейных перемещений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .199

Стр.8

8 Электрические измерения угловых перемещений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .202 Датчики положения оси . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .203 Оптические измерения угловых перемещений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .204 14. Электрические величины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .206 Магнитоэлектрические измерители . . . . . . . . . . . . . . . . . . .209 Электронные измерители . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .214 Ферродинамический измеритель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .217 Термопарные измерители . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .219 Электродинамический измеритель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220 Электронный ваттметр . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .224 Электросчетчики ваттчасов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .225 Электростатические измерители . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .226 Цифровые вольтметры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .227 Мосты постоянного тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .230 Мосты переменного тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .232 Потенциометрические мосты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .233 Трансформаторные мосты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .234 Qметр . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .236 Измерение частоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .240 15. Поток . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .242 Расходомеры по перепаду давления . . . . . . . . . . . . . . . . . . .245 Механические расходомеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .251 Расходомеры вытеснительного типа . . . . . . . . . . . . . . . . . .253 Магнитогидродинамические расходомеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .259 Ультразвуковые расходомеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .260 Kолебательные расходомеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .263 Прямые измерения массовых расходов . . . . . . . . . . . . . . . .266 Kосвенные методы определения массового расхода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .268 Измерение мгновенной скорости потока по перепаду давления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .268 Термические методы измерения мгновенной скорости потока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .270 Тарировка расходомеров любых типов . . . . . . . . . . . . . . . .271 16. Сила . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .272 Рычажные методы взвешивания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .272 Kомпенсационные методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .274

Стр.9

9 Методы измерения сил, использующие элементы упругости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .274 Методы измерения сил по давлению . . . . . . . . . . . . . . . . . .277 17. Уровень . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .278 Визуальные методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .279 Поплавковые методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .280 Датчики по перемещению . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .283 Методы по давлению . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .284 Весовые методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .286 Электрические методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .287 Ультразвуковые методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .289 Радиационные методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .290 Термические методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .291 18. Давление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .292 Измерители давления по высоте столба жидкости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .293 Диафрагмы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .299 Kапсулы и сильфоны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .302 Трубки Бурдона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .303 Струнновибрационные датчики давления . . . . . . . . . . . .305 Пьезоэлектрические датчики давления . . . . . . . . . . . . . . . .306 Тарировка датчиков давления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .306 19. Излучение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .307 Газовые детекторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .307 Сцинтилляционные счетчики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .310 Фоторегистрация излучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .311 Термолюминесцентные датчики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .312 20. Напряжение и деформация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .313 Экстензометры (измерители расширения) . . . . . . . . . . . . .313 Тензометры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .315 Измерение деформаций на полной поверхности . . . . . . . .318 Измерение напряженных состояний методом фотоупругости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .318 21. Температура . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .320 Термометры, использующие эффект расширения метериалов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .321 Резистивные термометры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .325 Термометры, использующие термоэлектрический эффект . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .326 Пирометры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .327

Стр.10

10 22. Вакуум . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .332 Измерители, основанные на законе Бойля—Мариотта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .332 Измерители давления по теплопроводности . . . . . . . . . . .334 Ионизационные измерители . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .335 Часть четвертая. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .339 23. Микропроцессоры в приборах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .340 Программируемые приборы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .340 Основные элементы микропроцессорных систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .342 Микропроцессор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .344 Микроконтроллеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .346 Основные элементы приборов на основе микропроцессоров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .346 Системы сбора данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .348 Плата УСД . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .349 Программирование микропроцессора . . . . . . . . . . . . . . . . .350 Устройство регистрации данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .351 24. Интерфейсы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .352 Стандартный интерфейс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .352 Интерфейсы для приборов общего назначения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .352 Параллельный интерфейс Centronics . . . . . . . . . . . . . . . . . .357 Последовательная передача данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . .359 Интерфейс I2C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .361 Интерфейсы периферийных устройств . . . . . . . . . . . . . . . .363 Электрическая развязка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .363 Согласование по питанию . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .365 Буферные устройства для согласования сигналов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .366 Подключение дисплеев на светоизлучающих диодах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .367 Программируемые интерфейсы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .369 Универсальные асинхронные приемники/передатчики (приемопередатчики) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .370 Входные и выходные интерфейсы микроконтроллеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .370 Предметный указатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .371

Стр.11