Введение

Измерения играют важную роль в жизни человека. С измерениями он встречается на каждом шагу своей деятельности, начиная от определения расстояний на глаз и кончая контролем сложных технологических процессов и выполнением научных исследований.

Развитие науки неразрывно связано с прогрессом в области измерений. Измерения — один из способов познания. Поэтому многие научные исследования сопровождаются измерениями, позволяющими установить количественные соотношения и закономерности изучаемых явлений. Д. И. Менделеев писал: «Наука начинается с тех пор, как начинают измерять; точная наука немыслима без меры». История науки знает примеры, говорящие о том, что прогресс в области измерений способствовал новым открытиям. В свою очередь, достижения науки способствовали совершенствованию методов и средств измерений. Например, достижения в области лазерной техники позволили создать новые приборы для измерения расстояний с высокой точностью.

Имеется тесная связь между достижениями производства и возможностями измерительной техники. Любое современное производство немыслимо без точного, объективного контроля технологического процесса, осуществляемого с помощью средств измерений. Улучшение качества продукции и повышение производительности в значительной степени обусловлены тем, насколько хорошо оснащено и организовано измерительное хозяйство предприятия. Автоматизация производства также невозможна без измерений, так как нельзя управлять объектом, не имея информации об объекте. С другой стороны, достижения производства в области получения новых материалов, новых элементов с расширенными функциональными свойствами, новой технологии отражаются на характеристиках средств измерений, создаются возможности для разработки принципиально новых средств измерений. Необходимо особо подчеркнуть распространенность электрических средств для измерений не только

электрических величин, но и неэлектрических, что объясняется достоин-, ствами электрических средств измерений.

Потребность в измерениях возникла в древние времена, поскольку человеку в повседневной жизни приходилось измерять различные величины: расстояния, площади земельных участков, размеры и массы предметов, время и т. п. Вначале это были примитивные измерения, которые зачастую производились на глаз. При этом человек сравнивал наблюдаемые им предметы, например, с размерами собственного тела, которое выполняло роль мер, воспроизводящих единицы различных величин. Таким образом, в те времена меры и единицы величин были произвольными, что затрудняло сравнение результатов измерений. С течением времени люди пришли к пониманию ценности специальных вещественных мер для измерений. Например, водяные часы использовали в качестве меры, воспроизводящей определенный интервал времени. Затем стали вводить в практику «естественные» меры. Такой мерой стала Земля, период вращения которой использовался для воспроизведения единицы времени.

Дальнейшее развитие человеческого общества — развитие торговли и мореходства, появление промышленности, развитие наук требовали создания специальных технических средств — средств измерений различных величин.

В связи с изучением явлений электричества стали создаваться электроизмерительные приборы.

Первый в мире электроизмерительный прибор был создан в 1745 г. русским академиком Г. В. Рихманом — соратником М. В. Ломоносова. Это был электрометр — прибор для оценки разности потенциалов, предназначенный для изучения атмосферного электричества.

В 1820 г. А. Ампер демонстрировал первый гальванометр, представляющий собой магнитную стрелку, на которую действует поле проводника с измеряемым током. В 1837 г. О де ла Рив изобрел тепловой электроизмерительный прибор.

Вторая половина XIX в. ознаменовалась возникновением электротехники — области науки и техники, связанной с использованием явлений электричества для практических нужд (для связи, энергетики и т. п.). Поэтому в то время особенно интенсивно разрабатывались различные электроизмерительные приборы.

В 1867 г. У. Томсоном (Кельвином) был предложен гальванометр с подвижной катушкой и неподвижным электромагнитом. В 1880-1881 гг. М. Депре и Ж. А. д’Арсонваль усовершенствовали гальванометр, применив постоянный магнит. В 1881 г. Ф. Уппенборн изобрел электромагнитный прибор. Много сделал для развития электроизмерительной техники русский электротехник М. О. Доливо-Добровольский. Он изобрел индукционный

ваттметр и фазометр, ферродинамический ваттметр, дал научно обоснованные рекомендации по проектированию ферродинамических приборов. Им предложены новые методы измерений электрических и магнитных величин (например, метод измерения потерь в ферромагнитных материалах при их перемагничивании). В 1872 г. А. Г. Столетов, исследуя зависимость магнитной проницаемости железа от напряженности магнитного поля, разработал метод измерения индукции с помощью баллистического гальванометра. Для регистрации электрических сигналов в конце XIX столетия был разработан светолучевой осциллограф, а в начале XX в. для изучения электрических сигналов стали применять электронно-лучевую трубку.

Несмотря на то, что в XIX в. уже широко использовали различные средства измерений, не было единой общепринятой системы единиц величин и поэтому результаты измерений, выполненные разными экспериментаторами с помощью различных средств, были трудно сопоставимы. Это тормозило развитие науки и техники. Некоторые ученые делали попытки ввести общепринятые единицы. Например, в России уже начиная с XV в. проводились мероприятия, направленные на установление единообразия мер и единства измерений. В XIX в. такая попытка была сделана русским академиком Б. С. Якоби, который разработал и разослал в разные страны меру (эталон), воспроизводящую электрическое сопротивление определенного размера.

Однако фундаментально эта проблема была решена Первым конгрессом по электричеству в 1881 г., принявшим первую систему единиц.

Для воспроизведения, хранения и передачи размера единиц различных величин с помощью специальных мер - эталонов в некоторых странах были созданы специальные метрологические учреждения. В России таким учреждением явилось созданное в 1842 г. Депо образцовых мер и весов. В 1892 г. Д. И. Менделеев был назначен ученым хранителем Депо, которое было в 1893 г. преобразовано в Главную палату мер и весов (ныне НПО «Всесоюзный НИИ метрологии имени Д. И. Менделеева»).

Д. И. Менделеев очень много сделал для развития измерительной техники. Он один из первых понял огромное значение метрологии для развития науки и техники. С момента основания Главной палаты мер и весов Д. И. Менделеев определил несколько направлений научных исследований, ведущих к решению основных метрологических задач. В 1899 г. он добился правительственного разрешения на факультативное применение метрической системы в России.

С момента организации Главной палаты мер и весов именно трудами Д. И. Менделеева начинается развитие собственно

отечественной метрологии — науки, главной задачей которой в то время было создание и хранение эталонов.

Несмотря на изобретения и научные работы отечественных инженеров и ученых в дореволюционной России, производство электроизмерительных приборов практически отсутствовало.

После Великой Октябрьской социалистической революции в нашей стране началось развитие отечественного электроприборостроения. Начиная с конца двадцатых годов в СССР вводятся в строй заводы по выпуску электроизмерительных приборов для измерения электрических и неэлектрических величин.

В 1930 г. была организована Отдельная лаборатория измерений (ОЛИЗ), сотрудники которой, особенно профессор Н. Н. Пономарев, внесли большой вклад в развитие методов проектирования электроизмерительных приборов.

В годы Великой Отечественной войны, невзирая на трудности, связанные с перебазированием заводов в восточные районы страны, приборостроительная промышленность обеспечивала нужды страны и фронта средствами измерений.

Особенно интенсивно развивалось электроизмерительное приборостроение в послевоенный период. Например, с 1946 по 1972 гг. объем продукции вырос в 452 раза; число типов приборов увеличилось со 135 в 1950 г. до 909 в 1972 г. В последующие годы и в настоящее время развитие приборостроения идет более быстрыми темпами, чем развитие всей промышленности.

На необходимость более ускоренного развития приборостроения в XII пятилетке обратил внимание XXVII съезд КПСС. Производство приборной и вычислительной техники увеличится в 1,7 раза по сравнению с производством в XI пятилетке. При этом выпуск приборов для научных исследований увеличится в 2 раза.

За послевоенный период произошли качественные изменения выпускаемых промышленностью средств измерений. Наряду с электромеханическими приборами стали выпускаться электронные аналоговые приборы, затем появились цифровые измерительные приборы. Появление новых элементов — транзисторов, микросхем — позволило резко улучшить характеристики средств измерений. Для измерений большого числа величин стали выпускаться информационно-измерительные системы и в том числе измерительно-вычислительные комплексы, содержащие в своем составе вычислительные средства.

Для проведения единой технической политики в области электроизмерительного приборостроения и фундаментальных исследований и разработок в этой области в 1952 г. был создан Всесоюзный НИИ электроизмерительных приборов (ВНИИЭП), а в последующие годы — ряд других НИИ и КБ.

В результате была создана мощная отечественная приборостроительная промышленность, обеспечивающая страну практически всеми видами электрических средств измерений.

В настоящее время наша промышленность выпускает различные современные средства для измерений электрических, магнитных и неэлектрических величин. Среди них можно выделить следующие основные группы:

1) аналоговые электромеханические и электронные приборы;

2) цифровые измерительные приборы и аналого-цифровые преобразователи;

3) измерительные преобразователи электрических и неэлектрических величин в электрические сигналы;

4) регистрирующие приборы (самопишущие приборы, осциллографы, магнитографы и др.);

5) измерительные информационные системы и измерительновычислительные комплексы;

6) измерительные установки для массовых измерений при контроле технологических процессов.

Для фундаментальных исследований в области метрологии, создания и хранения эталонов и образцовых средств измерений, кроме ВНИИМ, были созданы еще несколько НИИ и КБ.

Для поддержания единства измерений в стране создано метрологическое обеспечение, включающее в себя научные основы — метрологию; метрологическую службу в виде сети учреждений, деятельность которых направлена на метрологическое обеспечение; комплекс нормативно-технических документов, устанавливающих правила и положения, относящиеся к обеспечению точности измерений. Техническую основу метрологического обеспечения составляют эталоны единиц величин и система передачи размеров единиц всем средствам измерений.

В настоящее время перед электроизмерительной техникой как отраслью науки и техники стоят задачи как по развитию теории средств измерений, методов их применения и проектирования, так и по разработке новых средств измерений и по улучшению характеристик выпускаемых промышленностью средств. Дальнейшее развитие электрических средств измерений идет по следующим направлениям:

улучшение характеристик и расширение функциональных возможностей средств измерений; решение этой задачи осуществляется путем применения новых схемных решений, новых элементов (например, микросхем), средств вычислительной техники и современной технологии;

дальнейшее развитие и выпуск средств измерений системного применения, т. е. средств, которые могут использоваться в составе измерительных информационных систем; выпуск

измерительно-вычислительных средств на основе использования микропроцессоров и микро-ЭВМ;

разработка и выпуск средств измерений для расширенного перечня величин и для новых сфер применения, например для гибких перестраиваемых производств, роботов, сельского хозяйства и т. п.;

разработка средств измерений на основе новых принципов и элементов (использование волоконной оптики, оптоэлектроники, криогенной и лазерной техники и т.д.).

В области метрологического обеспечения страны стоят следующие задачи:

совершенствование и опережающее развитие эталонной базы страны, повышение точности воспроизведения единиц величин, переход на «естественные» эталоны, т. е. эталоны, основанные на фундаментальных законах природы;

усовершенствование системы передачи единиц величин к средствам измерений; автоматизация поверочных операций;

расширение сферы метрологического обеспечения на еще недостаточно охваченные области, например динамические измерения;

развитие общей теории измерений, теории погрешностей измерений и т. п.

Опережающее развитие электроизмерительной техники и далее будет способствовать научно-техническому прогрессу в нашей стране.