4. Электрические измерения неэлектрических величин

Структурная схема измерительного устройства для измерения неэлектрических величин. Функция измерительного преобразователя. Унификация выходных сигналов преобразователя. Вторичная аппара­тура измерительных устройств (измерительные цепи). Методы пере­дачи информации (телеизмерения).

Преобразователи: резисторные, потенциометрические, терморезисторные, тензорезисторные. емкостные, электронные, пьезоэлек­трические, индуктивные, трансформаторные, фотоэлектрические, электретные.

Прогнозирование работоспособности и надежности радиоэлек­тронных схем по тепловым полям. Бесконтактные методы измерения температур элементов схем. Приборы для получения информации о тепловых полях (тепловизоры). [6, с.71-78] .

Методические указания к разд. 4.

Измерительное преобразование представляет собой отражение размера одной физической величины размером другой физической вели­чины, функционально с ней связанной.

Измерительные преобразователи являются основой всех измерений физических величин. Многие из них позволяют физические величины преобразовывать в электрические сигналы. Чаще всего в устройстве, именуемом измерительным преобразователем, подаваемая на вход физи­ческая величина X преобразуется в величину У так, что в не­котором диапазоне X и с заданной точностью У = f(Х) Иногда У = f(Х1, X2, … Xn).

Измерительный преобразователь, как правило, выполняет одно частное измерительное преобразование. Измерительные преобразова­тели работают в условии действия многих факторов. Обычно рассматри­вают лишь один параметр, который называем измеряемой величиной X, а все остальные параметры процесса считаем помехами. Поэтому у каждого преобразователя устанавливают естествен­ную входную величину, которая лучше всего воспринимается на фоне помех. Подобным образом выделяют естественную выходную величину преобразователя У.

Из различных видов классификации измерительных преобразователей студенту следует особое внимание обратить на классификацию по виду выходной электрической величины преобразователя. А именно, разделение на две большие группы: генераторные и параметрические. При этом необходимо осознать принципиальное отличие указанных групп - передачу энергии, последующему преобразователю (нагрузке) следствие условия согласования с нагрузкой.

При конкретном изучении преобразователей различных типов (резисторные, терморезисторные, электростатические и т.п.). Следует разобраться в следующих вопросах: физический принцип и режим работы, конструктивное исполнение, области применения, ос­новные параметры.

Одной из областей практического приложения преобразователей неэлектрических величин в электрические является контроль ка­чества микросхем.

В ряде случаев необходимо выявить наиболее горячие места кристалла или иметь картину температурного поля кристалла или корпуса.

Наиболее известны следующие способы: инфракрасной (ИК) радиометрии, рекомбинационного излучения р-n переходов, пузырьковый, с использованием термоиндикаторов плавле­ния жидких кристаллов. Всем им присущ общий недостаток (кроме индикаторов) - необходимость наблюдения за кристаллом во время измерения.

Во многих случаях процесс измерения искажает первоначальное температурное поле или же дает наиболее точную информацию о поле теплового излучения, а не об истинном температурном поле микро­схемы.

Основная область применения указанных методов - контроль ка­чества и анализ брака в лабораторных условиях. Распределения теп­лового поля можно наблюдать в координатах XУ с помощью специаль­ных приборов тепловизоров. Отечественной промышленностью выпускаются ИК-радиометры "ИКАР-1","Аеот-6".

Более подробно разд. 4 программы можно изучить, проработав [6, с.51-65 , 80-213, 252-458].

5. ИЗМЕРЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ

5.1. Единая система допусков и посадок.

Проблема взаимозаменяемости и ее роль в повышении качества изделий. Допуск на неточность изготовления. Единица допуска. Посадки с зазором, натягом и переходные. Посадки в системе от­верстия и системе вала. Единая система допусков и посадок СТ СЭВ.

5.2. Отклонения геометрических размеров и инструмент для их измерения

Точность и допуски на отклонения формы и взаимного расположения поверхностей. Шероховатость поверхности и ее параметры.

Штриховые и концевые меры. Штанген и микрометрический инструмент. Зубчатые, рычажно-зубчатые и пружинные приборы. Оптико-механические приборы. Интерферометры. Измерительные микроскопы. Про­екторы. Особенности измерения геометрических размеров в микроэлектронике.

Угловые меры. Угломеры. Гониометры. Образцы шероховатости поверхности. Микроскопы сравнения. Приборы светового сечения. Профилометры и профилографы.

Электромагнитные приборы для измерения толщины покрытий. Ра­диоизотопные толщиномеры. Измерение толщин осажденных слоев в микросхемах.

Методические указания к разд. 5.1

При изучении разд. 5.1 студент должен иметь в виду, что основное понятие взаимозаменяемости по геометрическим параметрам целесообразно рассматривать на примере валов и отверстий и их соединений.

Термин "вал" принимают для обозначения наружных (охватывае­мых) элементов детали.

Термин "отверстие" - для обозначения внутренних (охватываю­щих) элементов детали. Эти понятия относятся не только к цилинд­рическим деталям круглого сечения.

Количественно геометрические параметры деталей оценивают с помощью размеров. Размер - это численное значение линейной вели­чины. Размеры подразделяются на номинальные, действительные и предельные.

Номинальный размер - это окончательно принятый в процессе проектирования и представленный на чертеже размер детали или соединения. Номинальный размер соединения является общим для отверстия и вала составляющих соединения. Номинальный размер получают из кинематических, физических и прочностных расчетов или выбирают из конструктивных, технологических, эстетических и других соображений.

Для целей унификации стандартизации установлены ряды номи­нальных значений. Полученный из расчетов или других соображений размер должен быть обязательно округлен и заменен ближайшим по величине из стандартного ряда.

Для обеспечения взаимозаменяемости недостаточна простановка одного номинального размера. Для изготовления деталей необходимо указывать допустимую неточность получения размера.

Допустимый размер - размер, установленный измерением с допусти­мой погрешностью. Допустимую неточность изготовления деталей и требуемый характер их соединения устанавливают посредством пре­дельных размеров.

Для соединения деталей помимо указания допустимой неточности их изготовления необходимо еще указание о характере соединения - степени подвижности и неподвижности при данном номинальном размере. Устанавливают два предельно допустимых размера, между которыми. Предельные размеры определяют характер соединения деталей и их допустимую неточность изготовления. Изготовление деталей в интервалах предельных размеров обеспечивает повторяемость усло­вий соединения (взаимозаменяемость), что определяет качество выпус­каемой продукции (один из основных факторов).

Для обеспечения взаимозаменяемости на чертежах необходимо указывать по два предельных размера. Это сильно усложняет чер­тежи и размерные таблицы. По этой причине предельные размеры приня­то выражать в виде отклонений.

Предельное отклонение это алгебраическая разность между предельным и номинальным размерами.

В соответствии со стандартом они обозначены:

Верхнее отверстие ES

вала es

Нижнее отверстие EI

вала ei

Действительное отклонение - алгебраическая разность между действительными и номинальными размерами. Деталь считают годной, если действительное отклонение находится между верхним и нижним отклонениями.

Допуск - абсолютная величина алгебраической разности между верхним и нижним отклонениями.

По стандарту введено понятие "допуск системы" - любой из допусков, установленных системой допусков и посадок (стандартный допуск). К нему относится понятие "единица допуска". Это множи­тель в формулах допусков системы, являющийся функцией номиналь­ного размера. Допуск системы равен произведению единицы допуска на безразмерный коэффициент, установленный для данного квалитета и не зависящий от номинального размера. Единица допуска - мера точ­ности.

Квалитет - это совокупность допусков соответствующих одина­ковой степени Точности для всех номинальных размеров.

Взаимное расположение долей допуска вала и отверстия харак­теризует посадку. Посадка - это характер соединения деталей опре­деляемый разностью их размеров до сборки, то есть величиной полу­чающихся зазоров или натягов в соединении. Она характеризует сво­боду относительного перемещения соединенных деталей или степень сопротивления их взаимному перемещению.

В зависимости от взаимного расположения полей допусков отвер­стия и вала различают посадки с зазором, с натягом и переходные посадки.

В системе отверстия для получения необходимой посадки соот­ветствующее ей поле допуска вала берут в сочетании с одним и тем же полем допуска основного отверстия.

Более подробно разд. 5.1 программы можно изучить прорабо­тав [6, с.27-40, 107-132]. Раздел 5.2 программы можно изучить, проработав [6, с.49-54, 133-196].

Контрольные вопросы по курсу

1. Цель и задачи курса.

2. Основные понятия и определения. Физическая величина.

3. Измерение.

4. Методы измерений.

5. Средства измерений. Эталон.

6. Поверка средств измерений.

7. Погрешности.

8. Классификация погрешностей.

9. Принципы описания и оценивания погрешностей.

10. Систематические погрешности. Обнаружение и исключение.

11. Компенсация систематических погрешностей.

12. Случайные погрешности.

13. Оценка результата измерения.

14. Нормальное распределение.

15. Варианты оценки случайных погрешностей.

16. Прямые измерения с многократными наблюдениями.

17. Прямые однократные измерения с точным оцениванием погрешности.

18. Однократные измерения с приближенным оцениванием погрешности.

19. Измерение электрического тока и напряжения.

20. Классы точности средств измерения.

21. Общие сведения об электромагнитных приборах.

22. Приборы магнитоэлектрической системы.

23. Шунты и добавочные сопротивления.

24. Гальванометры.

25. Приборы электромагнитной системы.

26. Выпрямительные приборы.

27. Компенсаторы постоянного тока.

28. Электронные аналоговые вольтметры.

29. Детекторы электронных вольтметров.

30. Цифровые электронные вольтметры.

31. Время-импульсный цифровой вольтметр.

32. Цифровой вольтметр с двойным интегрированием.

33. Электронно-лучевой осциллограф.

34. Синусоидальная развертка в осциллографе.

35. Цифровые осциллографы.

36. Измерение параметров элементов электрических цепей.

37. Метод непосредственной оценки.

38. Электронные омметры.

39. Методы измерение частоты. Измерительные генераторы.

40. Измерение частоты методом сравнения.

41. Резонансный частотомер.

42. Электронно-счетный частотомер.

43. Измерение фазового сдвига.

44. Осциллографические измерения фазового сдвига.

45. Способ суммирования напряжений.

46. Преобразование фазового сдвига во временной интервал.

47. Измерение параметров электромагнитной совместимости.

48. Измерение напряженности электромагнитного поля.

49. Измерение мощности радиопомех.

50. Ваттметры проходящей мощности.

51. Электрические измерения неэлектрических величин.

52. Генераторные измерительные преобразователи.

53. Параметрические измерительные преобразователи.

54. Общие сведения об измерении геометрических размеров.

55. Механические средства измерения длины.

56. Оптико-механические средства измерения длины.

57. Средства и методы измерения углов.

58. Измерение шероховатости поверхности.

59. Измерительные мосты.

60. Метод вольтметра-амперметра.

Контрольная работа выполняется в тетради от руки, номер варианта выбирается в соответствии с последней цифрой зачетки по табл. 7.

Таблица 7

Номера вариантов	Номера контрольных вопросов
1	1	30	11	40	16	45
2	2	31	12	41	17	46
3	3	32	13	42	18	47
4	4	33	14	43	19	48
5	5	34	15	44	20	49
6	6	35	26	55	21	50
7	7	36	27	56	22	51
8	8	37	28	57	23	52
9	9	38	29	58	24	53
0	10	39	59	60	25	54

Библиографический список

1. ГОСТ 8.011-72. ГСИ. Показатели точности измерений и формы представления результатов измерений [Текст]. - Введ. 1973-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 1972. - 27 с.

2. ГОСТ 8.207-76. ГСИ. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения [Текст]. - Введ. 1977-02-01. - М. : Изд-во стандартов, 1976. - 20 с.

3. ГОСТ 8.401-80. ГСИ. Классы точности средств измерений. Общие требования [Текст]. - Введ. 1981-02-03. - М. : Изд-во стандартов, 1980. - 21 с.

4. ГОСТ 7.32-81. Отчёт о научно-исследовательской работе. Общие требования и правила оформления [Текст]. - Введ. 1982-03-04. - М. : Изд-во стандартов, 1981. - 23 с.

5. ГОСТ 1494-77. Электротехника. Буквенные обозначения основных величин [Текст]. - Введ. 1978-05-01. - М. : Изд-во стандартов, 1977. - 25 с.

6. Тартаковский, Д.Ф. Метрология стандартизация и технические средства измерений [Текст] : учебник для ВУЗов / Д.Ф. Тартаковский, А.С. Ястребов. – М.: Высш. шк., 2002. – 205 с.

7. Муратов, А.В. Метрология, стандартизация и технические измерения [Текст] : учеб. пособие / А.В. Муратов, М.А. Ромащенко. Воронеж: ВГТУ, 2007. – 255 с.

8. Крохин, В.В. Метрология. Карманная энциклопедия студента [Текст] / В.В. Крохин, В.Г. Сергеев. – М.: Высш. шк., 2001. – 376 с.

9. Болтон, У. Карманный справочник инженера-метролога [Текст] / У. Болтон. – М.: Додека -XXI , 2002. – 384 с.

Содержание

Цель и задачи изучения дисциплины……..……....1

Темы для самостоятельной работы……………….5

Тематика лабораторных работ………………………9

Тематика практических работ………………………9

Методические указания по освоению рабочей программы……………………………………………………8

Контрольные вопросы по курсу……………………29

Библиографический список…………………………32

Программа и методические указания

к практическим занятиям и СРС по дисциплинам «Метрология, стандартизация и технические измерения» и «Метрология, стандартизация и сертификация» для студентов направлений 211000.62 «Конструирование и технология радиоэлектронных средств» (профиль «Проектирование и технология радиоэлектронных средств») и 200100.62 «Приборостроение» (профиль «Приборостроение») очной и заочной форм обучения

Составитель

Самодуров Александр Сергеевич

В авторской редакции

Подписано к изданию 18.05.2015.

Уч.-изд. л. 2,1. «С»

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»