ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА
отрасль науки и техники, изучающая методы и средства получения
опытным путём информации о величинах, характеризующих свойства и состояния
объектов
исследования и производств, процессов. Для 2-й пол. 20 в. характерно
постепенное осознание того факта, что И. т. является не столько "искусством"
измерения, сколько особой научной дисциплиной со своей собств. системой
понятий и своими методами анализа. Однако процесс формирования И. т. как
единой научной дисциплины ещё не закончен. Во мн. промышленно развитых
странах, несмотря на высокий технич. уровень приборостроения, И. т. рассматривается
скорее как отрасль пром-сти, чем как отрасль науки. В английском языке,
напр., нет даже точного эквивалента термина "И. т."; одним из наиболее
употребительных терминов является "instrumentation", что можно перевести
как "при-бористика".
И. т. существует
с глубокой древности. За неск. тысячелетий до н. э. развитие товарообмена
привело к измерениям веса и появлению весов; примитивная И. т. требовалась
также при разделе земельных участков (измерение площадей); при установлении
распорядка дня и суток, выработке календаря (измерение времени); в астрономия,
наблюдениях и кораблевождении (измерение углов и расстояний); в строительстве
(измерение размеров). В античную эпоху в процессе научных исследований
были выполнены нек-рые тонкие измерения, напр, были измерены углы преломления
света, определена дуга земного меридиана. Примерло до 15 в. И. т. не отделялась
от математики, о чём говорят такие названия, как "геометрия" (измерение
Земли), "тригонометрия" (измерение треугольников), "пространство трёх измерений"
и т. д. Средневековые магематич. трактаты часто содержали простое перечисление
правил измерения площадей и объёмов. Математич. идеализация реального процесса
измерения сохранилась в ряде важных математич. понятий (от иррационального
числа до интеграла).
В 16-18 вв.
совершенствование И. т. шло вместе с бурным развитием физики, к-рая, основываясь
в то время только на эксперименте, полностью опиралась на И. т. К этому
периоду относятся усовершенствование часов, изобретение микроскопа, барометра,
термометра, первых электроязмерит. приборов и др. измерит, устройств, использовавшихся
главным образом в научных исследованиях. Уже в конце 16 - начале 17 вв.
повышение точности измерений способствовало революционный научным открытиям.
Так, напр., точные астрономия, измерения Т, Браге позволили И, Кеплеру
установить, что планеты обращаются по эллиптич. орбитам. В создании измерит,
приборов и разработке их теории принимали участие крупнейшие учёные - Г.
Галилей, И. Ньютон, X. Гюйгенс, Г. Рихман и др. Каждое открываемое фиэич.
явление воплощалось в соответствующем приборе, к-рый, в свою очередь, помогал
точно определить значение исследуемой величины и установить законы взаимодействия
между различными величинами. Так, напр., постепенно было выработано понятие
темп-ры и создана температурная шкала.
В конце 18
и первой половине 19 вв. в связи с распространением паровыхдвигателей и
развитием машиностроения резко повысились требования к точности обработки
деталей машин, что обусловило быстрое развитие промышленной И. т. В это
время совершенствуются приборы для определения размеров, появляются измерительные
машины, вводятся калибры и т. д. В 19 в. были созданы основы теории И.
т. и метрологии; получила распространение метрич. система мер, обеспечившая
единства измерений в науке и произ-ве. Огромное значение для Й- т. имели
труды К. Гаусса, разработавшего метод наименьших квадратов, теорию случайных
погрешностей, абсолютную систему единиц (CGSE) и заложившего вместе с В.
Вебе-ром основы магнитных измерений. Благодаря развитию теплоэнергетики,
внедрению электрич. средств связи, а затем и первых электроэнергетич. установок
в пром-сти начали использоваться методы и средства измерения, к-рые до
этого применялись лишь при научных исследованиях,- появились теплотехнич.
и электроизмерит. приборы. На рубеже 19 и 20 вв. в промышленно развитых
странах стали создаваться метрология, учреждения. В России в 1893 была
образована Главная палата мер и весов, к-рую возглавил Д. И. Менделеев.
Начало 20 в.
знаменует новый этап в развитии И. т. - электрич., а позднее и электронные
средства начинают применяться для измерения механич., тепловых, оптич.
величин, для химич. анализа, геологич. разведки и т. д., г. е. для измерений
любых величин. Появляются такие новые отрасли, как радиоизмерения, спектрометрия
и др. Возникает приборостроительная пром-сть. Качеств, скачок в развития
И. т. произошёл после 2-й мировой войны 1939- 1945,< когда И. т.
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. Измерит, аппаратура - осн. оборудование научно-исследоват.
институтов и лабораторий, неотъемлемая часть оснастки любого технологач.
процесса, гл. полезный груз метеорологнч. ракет, искусств, спутников Земли
и космич. станций.
Совр. измерит,
аппаратура предназначается не только для воздействия на органы чувств человека,
как, напр., в случае сигнализации или отсчёта результатов измерения наблюдателем,
но всё чаще для автоматич. регистрации и математич. обработки результатов
измерения и передачи их на расстояние или для автоматич. управления к.-л.
процессами. В приборах и системах на разных участках измерит, каналов используются
механич., электрич., пнев-матич., гидравлич., оптич., акустич. сигналы,
амплитудная, частотная и фазовая модуляции; чрезвычайно широко применяются
импульсные и цифровые устройства, следящие системы.
Процесс измерения
совр. измерит, устройствами состоит в целенаправленном преобразовании измеряемой
величины в форму, наиболее удобную для конкретного использования (восприятия)
человеком или машиной. Напр., смысл действия всех электроизмерит. приборов(амперметров,
вольтметров, гальванометров и др.) заключается в том, что с их помощью
измеряемая электрич. величина, изменения к-рой непосредственно органами
чувств человека не могут быть оценены количественно, преобразуется в определённое
механич. перемещение указателя (стрелки или светового луча). Таково же
назначение и мн. механич. измерит, приборов и измерительных преобразователей,
с помощью к-рых разнообразные физич. величины преобразуются в механич.
перемещение (штангенциркуль, микрометр, пружинные весы, ртутный термометр,
пружинный манометр или барометр, волосяной гигрометр и т. п.). Развитие
И. т. в конце первой половины 20 в. показало, что наиболее удобно такое
преобразование измеряемых величин, результат к-рого представляется не как
механич. перемещения, а в виде электрич. 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 автоматич. управления) может быть применена стандартная
электрич. аппаратура. Осн. преимущества использования электрич. методов
И. т.- простота регулирования чувствительности и малая инерционность электрич.
устройств, возможность одновременного измерения мн. различных по своей
природе величин, удобство комплектации из типовых блоков электрич. аппаратуры
управляющих машин и измерительно-информационных систем. С помощью электрич.
измерит, 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 практич. значение как для пром-сти, так и для научных
исследований.
Современная
И. т. имеет ряд направлений в соответствии с областями применения приборов
и типами измеряемых величин: линейные и угловые измерения; механич., оптич.,
акустич., теплофизич., физико-химич. измерения; электрич. и магнитные измерения;
радиоизмерения; измерения частоты и времени; измерения излучений и т. д.
В пределах каждой ветви И. т. существует множество частных методов измерения
физич. величин (к-рые 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 отд. ветви И. т. оказываются довольно слабо связанными между собой.
И, кроме того, в пределах каждой ветви непрерывно возникают более мелкие
подразделения по отд. измеряемым величинам, напр, тензометрия (измерения
механических напряжений на поверхности деталей), виброметуия (измерения
вибросмещения, виброскорости, виброускорения, частоты и спектрального состава
вибрации), кондуктометрия (измерение состава растворов по их электрич.
проводимости) и мн. др. Отдельно существуют отрасли И. т., отличающиеся
особым подходом к процессу измерения или его целью; напр., телеметрия (измерение
на расстоянии) - в рамках этой отрасли имеется ещё радиотелеметрия, включающая
в себя космич. радиотелеметрию; измерения характеристик случайных процессов
- амплитудных распределений, корреляционных функций и спектров мощности;
электрич. измерения неэлект-рич. величин; цифровая И. т., включающая аналого-цифровое
преобразование для ввода измерительной информации в вычислительную машину,
и др. Наряду с тенденцией дробления И. т. на всё более частные направления
существует и противоположная тенденция - объединение различных отраслей
И. т. 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 пром. приборов и средств автоматизации - ГСП, агрегатированная
система средств электроизмерительной техники - АСЭТ.
Потребность
в средствах И. т. настолько велика и разнообразна, что наряду с общим приборостроением
существует авиационное, аналитическое, геофизическое, медицинское приборостроение
и т. д. Изучение основ И. т. входит в учебные программы практически всех
технических вузов СССР; ряд политехнических и энергетических вузов готовит
специалистов по информационно-измерительной технике.
Тенденции развития
И. т. к нач. 70-х гг. определились довольно чётко. Осн. из них во всех
областях И. т. 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 надёжности приборов и уменьшение
их размеров; 2) расширение области применения измерит, 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 электрич. 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 измерит, аппаратуры; 5) широкое внедрение во все средства
И. т. методов логич. и ма-тематич. обработки измерительной информации .
В области метрологии
следует особо выделить тенденцию перехода от эталонов, изготовленных человеком,
к естеств. 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 электрич. заряда может быть установлена через заряд электрона,
единица массы - через массу к.-л. из элементарных частиц и т. д. В приборостроении
широкое пром. применение находят методы измерений, к-рые прежде считались
сугубо лабораторными и даже метрологическими, напр, автоматич. интерферометры
с цифровым отсчётом для измерений малых перемещений. Важнейшей тенденцией
в приборостроении является миниатюризация и микроминиатюризация средств
измерений с исполь зованием
новейших достижений науки, в частности физики твёрдого тела.
Насущной задачей
является формирование общих теоретич. основ И. т. Трудность разработки
заключается в том, что теория И. т. граничит со сложными вопросами гносеологии
(см. Теория познания) и математики.
В СССР регулярно
издаются общесоюзные журналы: "Измерительная техника" (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 от д.направлениям, так и по общим проблемам И. т. и приборостроения.
За рубежом вопросам И. т. посвящены периодические издания: в ФРГ - "Archiv
fur technisches Messen" (Munch., с 1931), в ГДР -"Messen. Ste-uern. Regeln"
(В., с 1958), "Feingeratete-chnik" (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" (N.
Y., с 1930), "IEEE Transactions. Instrumentation and Measurement" (N. Y.,
с 1952), в ВНР - "Meres es 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., I960; Островский
Л. А., Основы общей теории электроизмерительных устройств,М.- Л., 1965;
Туричин А. М., Электрические измерения неэлектрических величин, 4 изд.,
М.- Л., 1966; Новицкий П. В., Основы информационной теории измерительных
устройств, Л., 1968.
П. В. Новицкий,
В. Г. Кнорринг.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я