ИЗМЕРИ́ТЕЛЬНАЯ ТЕ́ХНИКА

ИЗМЕРИ́ТЕЛЬНАЯ ТЕ́ХНИКА, со­во­куп­ность тех­нич. средств, ис­поль­зуе­мых для оп­ре­де­ле­ния опыт­ным пу­тём па­ра­мет­ров из­де­лий и пред­ме­тов (напр., их раз­ме­ров, ка­чест­ва по­верх­но­сти); тех­но­ло­гич. про­цес­сов; ха­рак­те­ри­стик яв­ле­ний при­ро­ды и со­стоя­ния ок­ру­жаю­щей сре­ды; свой­ств тех­нич., био­ло­гич. и др. объ­ек­тов.

Историческая справка

Из­ме­рит. сред­ст­ва ис­поль­зо­ва­лись с глу­бо­кой древ­но­сти в свя­зи с не­об­хо­ди­мо­стью не­по­сред­ст­вен­но по­лу­чать све­де­ния о ко­ли­че­ст­ве про­да­вае­мо­го ли­бо по­лу­чае­мо­го в ре­зуль­та­те об­ме­на то­ва­ра, оцен­ки ре­зуль­та­тов про­из-ва и др. За неск. тыс. лет до н. э. для оп­ре­де­ле­ния мас­сы (ве­са) поль­зо­ва­лись про­стей­ши­ми ве­са­ми, при­спо­соб­ле­ния­ми для из­ме­ре­ния пло­ща­дей, длин, объ­ё­ма. На сме­ну сол­неч­ным и во­дя­ным ча­сам позд­нее при­шли ме­ханич. ча­сы и др. при­бо­ры для бо­лее точ­но­го оп­ре­де­ле­ния вре­ме­ни. Раз­ви­тие ре­мё­сел и не­об­хо­ди­мость учё­та боль­ших пе­рио­дов вре­ме­ни при­ве­ли к раз­ра­бот­ке ка­лен­да­ря. За­да­чи, ре­шае­мые ас­тро­но­ми­ей, гео­де­зи­ей, раз­ви­тие ко­раб­ле­во­ж­де­ния и строи­тель­ст­ва спо­соб­ст­во­ва­ли со­зда­нию разл. из­ме­рит. уст­ройств (напр., средств для оп­ре­де­ле­ния уг­лов, рас­стоя­ний, вы­сот). По­ня­тия­ми И. т. поль­зо­вались ср.-век. ма­те­ма­ти­ки, зак­ла­ды­вая ос­но­вы гео­мет­рии, три­го­но­мет­рии и др. В 16–18 вв. со­вер­шен­ст­во­ва­ние из­ме­рений шло па­рал­лель­но с раз­ви­ти­ем ма­те­ма­ти­ки, фи­зи­ки и др. ес­теств. на­ук, экс­пе­рим. часть ко­то­рых, в свою оче­редь, опи­ра­лась на раз­ра­ба­ты­вае­мые но­вые из­ме­рит. сред­ст­ва. К это­му пе­рио­ду от­но­сит­ся изо­бре­те­ние ба­ро­мет­ра, мик­ро­ско­па, тер­мо­мет­ра. В кон. 18 – нач. 19 вв. в свя­зи с раз­ви­ти­ем ма­ши­нострое­ния, соз­да­ни­ем об­ра­ба­ты­ваю­щих ин­ст­ру­мен­тов, ма­шин и стан­ков поя­ви­лась не­об­хо­ди­мость в раз­ра­бот­ке кон­троль­но-из­ме­ри­тель­ных ин­ст­ру­мен­тов. Уве­ли­че­ние объ­ё­мов про­из-ва тре­бо­ва­ло соз­да­ния из­ме­рит. средств, пред­на­зна­чен­ных для вос­про­из­ве­де­ния не­сколь­ких зна­че­ний фи­зич. ве­ли­чи­ны (ве­ли­чин). На оп­ре­де­лён­ном эта­пе для ре­ше­ния из­ме­рит. за­дач на­ча­лось тео­ре­тич. и ме­то­дич. об­об­ще­ние на­ко­п­лен­ных ре­зуль­та­тов и оп­ре­де­ле­ние пер­спек­тив даль­ней­ше­го раз­ви­тия, что при­ве­ло к по­яв­ле­нию нау­ки об из­ме­ре­ни­ях – мет­ро­ло­гии.

Технические средства измерения

Для из­ме­ре­ний слу­жат спец. тех­нич. сред­ст­ва, имею­щие нор­ми­ро­ван­ные мет­ро­ло­гич. ха­рак­те­ри­сти­ки, вос­про­из­во­дя­щие и/или хра­ня­щие еди­ни­цу фи­зич. ве­ли­чи­ны, раз­мер ко­то­рой при­ни­ма­ет­ся не­из­мен­ным (в пре­де­лах ус­та­нов­лен­ной по­греш­но­сти из­ме­ре­ний) в те­че­ние из­вест­но­го ин­тер­ва­ла вре­ме­ни. К осн. ви­дам средств из­ме­ре­ний от­но­сят­ся: из­ме­ри­тель­ные при­бо­ры, ме­ры, из­ме­ри­тель­ные пре­об­ра­зо­ва­те­ли. В при­бор на вход­ное уст­рой­ст­во по­сту­па­ет из­ме­ряе­мая ве­ли­чи­на, а вы­во­дит­ся ре­зуль­тат из­ме­ре­ния на уст­рой­ст­ва ото­бра­же­ния (стре­лоч­ные или циф­ро­вые, напр. в ве­сах, мик­ро­мет­рах, тер­мо­мет­рах, вольт­мет­рах). Ме­ры слу­жат для вос­про­из­ве­де­ния од­но­го и/или не­сколь­ких зна­че­ний не­ко­то­рой фи­зич. ве­ли­чи­ны, напр. на­бор гирь, ру­лет­ка, кон­це­вые ме­ры дли­ны, ма­га­зин со­про­тив­ле­ний, ге­не­ра­тор сиг­на­лов и др. В из­ме­рит. пре­об­ра­зо­ва­те­лях по­лу­чен­ные фи­зич. ве­ли­чи­ны пре­об­ра­зу­ют­ся в ве­ли­чи­ну, удоб­ную для сня­тия по­ка­за­ний, напр. в ме­ха­нич. пе­ре­ме­ще­ние (в уп­ру­гих эле­мен­тах ма­шин, ди­на­мо­мет­рах, тер­мо­па­рах, тен­зо­ре­зи­сто­рах и др.). Объ­еди­не­ние средств из­ме­ре­ния и др. тех­нич. средств по­зво­ля­ет соз­да­вать из­ме­рит. сис­те­мы для ре­ше­ния кон­крет­ных из­ме­рит. за­дач. Та­кие сис­те­мы так­же рас­ши­ря­ют воз­мож­но­сти ис­поль­зо­ва­ния по­лу­чен­ных дан­ных, мо­гут вы­да­вать окон­чат. ре­зуль­тат при из­ме­ре­нии не­сколь­ких па­ра­мет­ров (напр., при объ­еди­не­нии ве­сов и сред­ст­ва из­ме­ре­ния ли­ней­ных раз­ме­ров мож­но по­лу­чать за од­но из­ме­ре­ние зна­че­ние плот­но­сти ве­ще­ст­ва). Как са­мо­сто­ят. под­вид из­ме­рит. сис­тем мож­но вы­де­лить из­ме­ри­тель­ные ин­фор­мац. сис­те­мы. Ха­рак­тер­ная осо­бен­ность та­ких сис­тем – обя­за­тель­ное на­ли­чие вы­чис­лит. уст­ройств, ис­поль­зуе­мых для сбо­ра, об­ра­бот­ки, ото­бра­же­ния и хра­не­ния боль­ших мас­си­вов ин­фор­ма­ции, что не­воз­мож­но при ис­поль­зо­ва­нии др. из­ме­рит. средств. К тех­нич. сред­ст­вам И. т. от­но­сят­ся так­же не­ко­то­рые вспо­мо­гат. сред­ст­ва: уст­рой­ст­ва срав­не­ния – ком­па­ра­то­ры (в т. ч. ры­чаж­ные ве­сы); ис­точ­ни­ки пи­та­ния энер­ги­ей; уст­рой­ст­ва ба­зи­ро­ва­ния (напр., из­ме­рит. стой­ки, пли­ты) и др.

До сер. 20 в. из­ме­рит. сред­ст­ва, как пра­ви­ло, по­ка­зы­ва­ли ре­зуль­та­ты из­ме­ре­ния, вос­при­ни­мае­мые толь­ко не­по­сред­ст­вен­но че­ло­ве­ком. Во мно­гих совр. сред­ст­вах из­ме­ре­ния ис­поль­зу­ют­ся уст­рой­ст­ва для ав­то­ма­тич. ре­ги­ст­ра­ции и ма­те­ма­тич. об­ра­бот­ки ре­зуль­та­тов из­ме­ре­ния и пе­ре­да­чи их на рас­стоя­ние или для ав­то­ма­тич. управ­ле­ния к.-л. про­цес­са­ми, что ока­зы­ва­ет су­ще­ст­вен­ное влия­ние на ор­га­ни­за­цию тех­но­ло­гич. про­цес­са про­из-ва. Из­ме­ре­ние со­сто­ит в целе­на­прав­лен­ном пре­об­ра­зо­ва­нии из­ме­ряе­мой ве­ли­чи­ны, наи­бо­лее удоб­ной для кон­крет­но­го ис­поль­зо­ва­ния (вос­при­ятия) че­ло­ве­ком или ма­ши­ной. Напр., для мно­гих ав­то­ма­ти­зир. сис­тем удоб­но пре­об­ра­зо­ва­ние из­ме­ряе­мых ве­ли­чин в элек­три­че­ские – на­пря­же­ние, час­то­ту, ин­дук­тив­ность и др. В этом слу­чае для всех по­сле­дую­щих опе­ра­ций (пе­ре­да­ча ре­зуль­та­тов из­ме­ре­ния на рас­стоя­ние, их ре­ги­ст­ра­ция, ма­те­ма­тич. об­ра­бот­ка, ис­поль­зо­ва­ние в сис­те­мах ав­то­ма­тич. управ­ле­ния) мо­жет быть при­ме­не­на уни­фи­цир. элек­три­че­ская (элек­трон­ная) ап­па­ра­ту­ра. Осн. пре­иму­ще­ст­ва сис­тем­ных ме­то­дов – про­сто­та ре­гу­ли­ро­ва­ния чув­ст­ви­тель­но­сти и ма­лая инер­ци­он­ность элек­трич. уст­ройств; воз­мож­ность од­но­вре­мен­но­го из­ме­ре­ния не­сколь­ких раз­лич­ных по сво­ей при­ро­де ве­ли­чин; удоб­ст­во ком­плек­та­ции кон­крет­ной сис­те­мы из ти­по­вых бло­ков, управ­ляю­щих ма­шин и из­ме­рит. ин­фор­мац. уст­ройств. С по­мо­щью элек­трич. из­ме­рит. уст­ройств мож­но из­ме­рить как мед­лен­но, так и очень бы­ст­ро из­ме­няю­щие­ся во вре­ме­ни ве­ли­чи­ны, 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 на­уч. ис­сле­до­ва­ний.

Основные направления и тенденции развития

Совр. И. т. име­ет ряд на­прав­ле­ний в со­от­вет­ст­вии с об­лас­тя­ми при­ме­не­ния и ви­да­ми из­ме­ряе­мых ве­ли­чин: ли­ней­ные и уг­ло­вые из­ме­ре­ния; ме­ха­нич., оп­тич., аку­стич., те­п­ло­фи­зи­че­ские, фи­зи­ко-хи­мич. из­ме­ре­ния; элек­трич. и маг­нит­ные из­ме­ре­ния; ра­дио­из­ме­ре­ния; из­ме­ре­ния час­то­ты и вре­ме­ни; из­ме­ре­ния из­лу­че­ний и т. д. В пре­де­лах ка­ж­до­го из на­прав­ле­ний су­ще­ст­ву­ют ча­ст­ные ме­то­ды из­ме­ре­ния фи­зич. ве­ли­чин, ко­то­рые ока­зы­ва­ют­ся не­оди­на­ко­вы­ми при из­ме­ре­нии ве­ли­чин разл. по­ряд­ков (напр., для оп­ре­де­ле­ния рас­стоя­ния от 10^–9 до 10⁹ м при­ме­ня­ют со­вер­шен­но раз­ные ме­то­ды). По ха­рак­те­ру и це­лям ре­шае­мых из­ме­рит. за­дач эти на­прав­ле­ния ока­зы­ва­ют­ся прак­ти­че­ски не­свя­зан­ны­ми ме­ж­ду со­бой. Не­ав­то­ма­ти­зир. сред­ст­ва из­ме­ре­ний и пер­вич­ные из­ме­рит. пре­об­разо­ва­те­ли ока­зы­ва­ют­ся спе­ци­фич­ны­ми для ка­ж­до­го на­прав­ле­ния.

Ав­то­ма­ти­зир. из­ме­рит. при­бо­ры для разл. об­лас­тей И. т. име­ют мно­го об­щего в час­ти эле­мент­ной ба­зы, ме­то­дов по­строе­ния, ана­ли­за мет­ро­ло­гич. ха­рак­те­ри­стик и др. В этой свя­зи на­ря­ду с тен­ден­ци­ей раз­де­ле­ния И. т. на бо­лее ча­ст­ные на­прав­ле­ния су­ще­ст­ву­ет и про­ти­во­по­лож­ная тен­ден­ция – объ­е­ди­не­ние разл. об­лас­тей И. т. на ба­зе общ­но­сти ис­ход­ных по­зи­ций, прин­ци­пов по­строе­ния струк­тур­ных схем ап­па­ра­ту­ры, а в по­след­нее вре­мя так­же и общ­но­сти ис­поль­зуе­мых средств из­ме­ре­ния.

В И. т. су­ще­ст­ву­ют об­лас­ти, от­ли­чаю­щие­ся осо­бым под­хо­дом к про­цес­су из­ме­ре­ния или имею­щие осо­бую цель из­ме­ре­ния, не­за­ви­си­мо от фи­зич. при­ро­ды ис­сле­дуе­мо­го объ­ек­та. К та­ким об­лас­тям от­но­сят­ся те­ле­из­ме­ре­ния; из­ме­ре­ния ха­рак­те­ри­стик слу­чай­ных про­цес­сов; элек­трич. из­ме­ре­ния не­элек­трич. ве­ли­чин (напр., элек­трон­ные ве­сы); ис­сле­до­ва­ние ди­на­ми­че­ских сис­тем; ана­ло­го-циф­ро­вое пре­об­ра­зо­ва­ние для вво­да из­ме­рит. ин­фор­ма­ции в ком­пь­ю­тер и др. Эти об­лас­ти, как пра­ви­ло, ди­на­мич­ны, внут­ри них про­ис­хо­дят из­ме­не­ния, по­яв­ля­ют­ся но­вые ме­то­ды. По­треб­ность в сред­ст­вах из­ме­ре­ния на­столь­ко ве­ли­ка и раз­но­об­раз­на, что на­ря­ду с об­щим при­бо­ро­строе­ни­ем И. т. яв­ля­ет­ся не толь­ко со­став­ной ча­стью прак­тич. дея­тель­но­сти и на­уч. ис­сле­до­ва­ний, но так­же и са­мосто­ят. на­уч. на­прав­ле­ни­ем, дис­ци­п­ли­ной со сво­ей соб­ст­вен­ной сис­те­мой по­ня­тий, ме­то­да­ми ана­ли­за, ло­ги­кой раз­ви­тия, по­это­му час­то рас­смат­ри­ва­ет­ся как са­мо­сто­ят. об­ласть про­из-ва.

Тен­ден­ции раз­ви­тия из­ме­ре­ний оп­ре­де­ли­лись во всех об­лас­тях нау­ки и техни­ки, ох­ва­ты­ваю­щих сле­дую­щие на­прав­ле­ния: по­вы­ше­ние ка­че­ст­ва средств из­ме­ре­ний (умень­ше­ние по­греш­но­стей, уве­ли­че­ние бы­ст­ро­дей­ст­вия, по­вы­ше­ние на­дёж­но­сти при­бо­ров и умень­ше­ние их раз­ме­ров); соз­да­ние ап­па­ра­ту­ры для из­ме­ре­ния ве­ли­чин, пре­ж­де не под­да­вав­ших­ся из­ме­ре­нию, а так­же уже­сто­че­ние ус­ло­вий экс­плуа­та­ции; по­все­ме­ст­ный пе­ре­ход к циф­ро­вым ме­то­дам не толь­ко в об­лас­ти из­ме­ре­ний элек­трич. ве­ли­чин, но и в др. об­лас­тях. Ши­ро­кое вне­дре­ние в И. т. ма­те­ма­тич. средств об­ра­бот­ки ин­фор­ма­ции по­зво­ля­ет по­вы­сить функ­цио­наль­ные воз­мож­но­сти и улуч­шить эр­го­но­мич. свой­ст­ва средств из­ме­ре­ний; ве­дёт к даль­ней­ше­му раз­ви­тию сис­тем­но­го под­хо­да и уни­фи­ка­ции из­ме­рит. ап­па­ра­ту­ры и соз­да­нию ав­то­ма­ти­зир. из­ме­рит. при­бо­ров.