Контрольная работа по "Метрологии". 4

НИЖНЕКАМСКИЙ  ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ И  ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

ФГБО УВПО КНИТУ  им.А.Н.Туполева-КАИ

 

 

                                                            Тахавов                          

____________________________

                                                                                                               Фамилия

                                                                      Ренат

________________________

                                                                                                   имя

                                                              Наилевич

________________________

                                                                                                 отчество

                                                    

3   курса  заоч. отделения

                                                                                                                                                                                                                                             27371 гр.

 

 

 

 

 

Контрольная работа

по метрологии

 

за   5  семестр 2012/2013 уч. года

 

преподаватель: Ачаева И.Г.

 

 

 

 

 

 

 

Домашний адрес с индексом

__________________________

__________________________

 

Телефон (дом. и раб., сот.):

8-919-648-28-88

 

 

Содержание

 

Введение

1. Виды стандартов
2. Цифровой фазометр

Заключение

Список использованной литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

     Метрология как наука и область практической деятельности человека зародилась в глубокой древности. На всем пути развития человеческого общества измерения были основой взаимоотношений людей между собой, с окружающими предметами, с природой. При этом вырабатывались определенные представления о размерах, формах, свойствах предметов и явлений, а также правила и способы их сопоставления. С течением времени и развитием производства ужесточились требования к качеству метрологической информации, что привело в итоге к созданию системы метрологического обеспечения деятельности человека. В данной работе мы рассмотрим два вопроса: виды стандартов и цифровой фазометр.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Виды стандартов.

 

Выделяют несколько видов  стандартов. Применение в конкретной ситуации того или иного стандарта  определяется характерными чертами  и спецификой объекта стандартизации.

Основополагающие стандарты  – нормативные документы, утвержденные для определенных областей науки, техники  и производства, содержащие в себе общие положения, принципы, правила  и нормы для данных областей. Этот тип стандартов должен способствовать эффективному взаимодействию между  различными отраслями науки, техники  и производства, а также устанавливать  общие нормы и принципы проведения работ в определенной области. Главная  цель утверждения основополагающих стандартов – обеспечение в процессе разработки и эксплуатации продукта выполнения обязательных требований и  общетехнических норм, предусмотренных  Государственными стандартами, таких, как безопасность продукта для жизни  и здоровья потребителя, имущества  и окружающей среды.

       Основополагающие стандарты могут также устанавливать техническую и научную терминологию, используемую в определенных сферах; регламентировать условные обозначения; содержать основные требования к оформлению документации для определенной области.

Стандарты на продукцию (услуги) – нормативные документы, утверждающие требования либо к определенному  виду продукции (услуги), либо к группам  однородной продукции (услуги). Существуют две следующих разновидности  данного нормативного документа:

        1) стандарты общих технических условий, применяющиеся к группам однородной продукции (услуг);

        2) стандарты технических условий, применяющиеся к конкретным видам продукции (услуги). Стандарт общих технических условий включает в себя классификацию, основные параметры (размеры), требования к качеству, упаковке, маркировке, транспортировке, правила эксплуатации и обязательные требования по безопасности жизни и здоровья потребителя, окружающей среды, правила утилизации.

Данные разделы не всегда присутствуют в полном объеме (исключение составляют требования по безопасности), содержание данного стандарта зависит  от специфики продукта (услуги).

Стандарт технических  условий содержит более конкретные требования, так как применяется  уже непосредственно к конкретным видам продукции (услуги). Однако требования стандарта технических условий  не должны вступать в противоречие с требованиями стандарта общих  технических условий. Рассматриваемый  стандарт содержит также информацию о товарном знаке и наличии  сертификата у изделия. Если объектом стандарта является услуга, в стандарт могут входить указания по поводу ассортимента предоставляемых услуг.

Стандарты на работы (процесс) – нормативные документы, утверждающие нормы и правила для различных  видов работ, которые проводятся на определенных стадиях жизненного цикла продукции (разработка, изготовление, потребление, хранение, транспортировка, ремонт и утилизация).

Обязательными требованиями, входящими в данный вид стандартов, являются требования безопасности для  жизни и здоровья людей и окружающей среды во время технологических  операций.

Стандарты на методы контроля (испытания, измерения, анализа) должны обеспечивать полный контроль над выполнением  обязательных требований к качеству продукции, определенному принятыми  стандартами. В данном типе стандартов должны утверждаться максимально объективные 

методы контроля, дающие воспроизводимыеё и сопоставимые результаты.

Основой стандартизированных  методов контроля являются Международные  стандарты. В стандарте обязательно  должна присутствовать информация о  возможной допустимой погрешности  измерений.

Для более эффективной  оценки показателя качества продукции  в стандарте, как правило, предлагается несколько методик контроля. В  стандарте для каждого метода контроля должны быть утверждены инструменты  и устройства, с помощью которых  должны проводиться испытания, этапы  подготовки испытания, алгоритм проведения испытания, указания к порядку обработки  исходов испытания, требования к  оформлению результатов испытания, допустимая погрешность испытания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Цифровой фазометр.

 

Изобретение относится к  устройствам измерений разности начальных фаз сигналов в присутствии переменной фазовой составляющей, имеющей периодический характер, в частности в системах связи, использующих ретранслятор, входящий в состав аппаратуры искусственного спутника Земли, размещенного на геостационарной орбите. Технический результат заключается в повышении точности измерения разности начальных фаз. Согласно изобретению цифровой фазометр содержит двухканальный преобразователь сдвиг фазы - интервал времени, элемент 2И/ИЛИ, первый элемент И, счетчик, формирователь, генератор квантирующих импульсов. Введение в фазометр блока сравнения, коммутатора, вычислительного блока, времязадающего узла, формирователя импульса конца первого измерения, буферного регистра, второго элемента И, формирователя импульса конца второго измерения, элемента задержки, первого элемента ИЛИ, RS-триггера, второго элемента ИЛИ, счетчика количества измерительных циклов 19 позволяет исключить переменную составляющую, вызванную движением спутника за измерительное время, т.е. повысить точность измерения разности начальных фаз. 1 ил.

Известно устройство, описанное  в патенте РФ 1661671, кл. G 01 R 25/08, опубл. 07.07.91.

    Устройство содержит два усилителя-ограничителя, косинусный и синусный фазовые детекторы, два аналого-цифровых преобразователя (АЦП), два компаратора, блок элементов 2И, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), элемент совпадения, элемент задержки, блок регистровой памяти, при этом выходы усилителей-ограничителей соединены с косинусным и синусным фазовыми детекторами, первый выход верхнего плеча косинусного детектора соединен с первым входом компаратора, сигнальным входом первого АЦП, опорным входом второго АЦП, а его второй выход нижнего плеча соединен с вторым входом компаратора, опорным входом первого АЦП, сигнальным входом второго АЦП, первый и второй выходы синусного фазового детектора, соединены соответственно с первым и вторым входом компаратора, третьи стробирующие входы компараторов соединены между собой входом "Запуск" устройства, входами "Запуск" АЦП, выходы компараторов соединены с соответствующими старшими адресными входами ПЗУ, младшие адресные входы которого соединены соответственно с выходами блока элементов 2И, информационные входы АЦП соединены соответственно с входами блока элементов 2И, так что первые информационные выходы АЦП соединены с первым и вторым входами первого элемента 2И, а n-е выходы - с первыми и вторыми входами n-го элемента 2И, выходы "Готовность данных" АЦП соединены с первым и вторым входами элемента совпадения, выходом подключенного к входу элемента задержки, выход которого соединен с входом записи данных блока регистровой памяти, выходы ПЗУ соединены с соответствующими входами данных блока регистровой памяти, выходы которого являются выходами устройства.

    Недостаток устройства  состоит в следующем. Устройство  относится к классу усредняющих  устройств, представляющих результат  измерения в виде среднего  значения измеряемой величины  за измерительное время. Такие  устройства предназначены для  измерения величины, сохраняющей  постоянство за измерительное  время. Если в составе измеряемой  величины есть составляющая, зависящая  от времени, то в результат  измерения будет входить также  среднее значение этой составляющей, т. е. измерение будет произведено  с большой погрешностью.

    Наиболее близким  к предлагаемому техническому  решению является получивший  широкое распространение цифровой  фазометр с постоянным измерительным  временем, описанный в книге М.К.  Чмых. Цифровая фазометрия. - М.: Радио и связь, 1993, с. 9.

    Устройство содержит  двухканальный преобразователь  сдвиг фазы - интервал времени,  первый элемент И, генератор импульсов, формирователь, второй элемент И, элемент ИЛИ, времязадающий узел, третий элемент И, счетчик, причем к первому входу преобразователя сдвиг фазы - интервал времени подключен источник опорного напряжения, а к второму - источник напряжения с измеряемым фазовым сдвигом, первый выход преобразователя сдвиг фазы - интервал времени подключен к первому входу первого элемента И, второй выход преобразователя сдвиг фазы - интервал времени подключен к первому входу второго элемента И, выход элемента ИЛИ соединен с первым входом третьего элемента И, генератор импульсов соединен с формирователем, первый выход которого подключен параллельно к второму входу первого элемента И, и времязадающему узлу, а второй выход формирователя соединен со вторым входом второго элемента И, выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ, выход времязадающего узла соединен со вторым входом третьего элемента И, выход которого подключен к счетчику. В следующем ниже описании первый элемент И, второй элемент И, и элемент ИЛИ объединены в один элемент 2И/ИЛИ, что не является принципиальным, но способствует лучшему пониманию работы устройство поскольку соответствует современной элементной базе. Элемент 2И/ИЛИ в формуле изобретения внесен в ограничительную часть, как общий с наиболее близким к предлагаемому техническому решению.

    Недостаток устройства  состоит в том, что в ряде  случаев необходимо произвести  разновременное измерение разности  начальных фаз двух колебаний  в присутствии достаточно медленно  меняющейся периодической составляющей  фазы, например при проведении  фазовых измерений в системе  связи через спутник, расположенный  на геостационарной орбите. Реальная  орбита спутника несколько отличается  от гипотетически круговой, поскольку имеет ненулевой эксцентриситет и имеет наклонение. Относительно неподвижного земного наблюдателя спутник перемещается по замкнутой траектории, очертанием напоминающей цифру "8" с периодом одни сутки. Это приводит к тому, что спутник удаляется и/или приближается относительно поверхности Земли, т.е. изменяется расстояния в течение времени измерения Т_изм. Отсюда следует, что фазовая компонента принимаемого сигнала содержит не только постоянную измеряемую разность начальных фаз  _x, но и  _п - медленно меняющуюся переменную составляющую, вызванную перемещением спутника за измерительное время. В общем виде фаза   принимаемого сигнала зависит от времени t: 
 
(t) =  _x Vt, (1) 
 
где V - скорость измерения переменной составляющей. Переменная составляющая существенно искажает результат измерения искомой величины  _x, или другими словами, снижает точность измерения разность начальных фаз.

   Однако расчеты  показывают, что в любых позициях  спутника независимо от мгновенного  значения скорости его движения  в двух смежных измерительных  интервалах при времени измерения  порядка Т_изм (1... 10) с переменная составляющая, выраженная в градусах набега фазы, не превышает значений (0,01... 0,001)^o, что позволяет считать ее линейной величиной. Это обстоятельство позволяет исключить переменную составляющую из результата измерения с точностью (0,01... 0,001)^o, что вполне удовлетворяет требованиям практики. Пусть в первом измерительном цикле результат измерения, когда скорость изменения переменной составляющей в формуле (1) положительна: 
 
1 =  _x+ _п, (2) 
 
а во втором: 
 
2 =  _x+2 _п. (3) 
 
Тогда  2- 1 =  _п, что позволяет получить интересующее значение: 
 
_x =  1- _п 
 
или 
 
_x =  1-( 2- 1) = 2 1- 2. (4) 
 
Когда скорость изменения переменной составляющей в формуле (1) отрицательна, то выражения (2, 3) видоизменятся: 
 
1 =  _x+ _п, 
 
2 =  _x+ _п/2. 
 
Тогда 
 
_x =  2-( 1- 2) = 2 2- 1. (5) 
 
Выражения (4, 5) являются основой для реализации устройства.

Предлагаемым изобретением достигается технический результат - повышение точности измерения разности начальных фаз.

    Для достижения  названного технического результата  предлагается цифровой фазометр, содержащий двухканальный преобразователь  сдвиг фазы - интервал времени,  к первому входу которого подключен  источник опорного напряжения, а  к второму - источник напряжения с измеряемым фазовым сдвигом, элемент 2И/ИЛИ, первый вход которого подключен к первому выходу двуканального преобразователя сдвиг фазы - интервал времени, а второй вход подключен к второму выходу двухканального преобразователя сдвиг фазы - интервал времени, первый элемент И, первым входом подключенный к выходу элемента 2И/ИЛИ, формирователь, который первым выходом подключен к третьему входу элемента 2И/ИЛИ, а вторым выходом подключен к четвертому входу элемента 2И/ИЛИ, генератор квантующих импульсов, времязадающий узел, вход которого подключен к первому выходу формирователя, а выход подключен к второму входу первого элемента И, счетчик, вход которого подключен к выходу первого элемента И, согласно изобретению дополнительно введены первый элемент ИЛИ, к первому входу которого подключен внешний сигнал "Пуск", RS-триггер, S вход которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ, второй элемент И, первый вход которого подключен к выходу генератора квантующих импульсов, а второй вход подключен к выходу RS-триггера, выход второго элемента И подключен к входу формирователя, счетчик количества измерительных циклов, выход которого подключен к второму входу первого элемента ИЛИ, второй элемент ИЛИ, выход которого параллельно подключен к входу R RS-триггера и к входу счетчика количества измерительных циклов, элемент задержки, формирователь импульса конца второго измерения, выход которого параллельно подключен к второму входу второго элемента ИЛИ и к входу элемента задержки, формирователь импульса конца первого измерения, первый выход которого параллельно подключен к входу формирователя импульса конца второго измерения и к первому входу второго элемента ИЛИ, вход формирователя импульса конца первого измерения подключен к выходу времязадающего узла, буферный регистр, первый вход которого подключен к второму выходу формирователя импульса конца первого измерения, а второй вход к второму выходу счетчика, блок сравнения, коммутатор, первый выход счетчика параллельно подключен к первому входу блока сравнения и первому входу коммутатора, а выход буферного регистра подключен параллельно к второму входу блока сравнения и третьему входу коммутатора, выход блока сравнения подключен к второму входу коммутатора, вычислительный блок, вход "а" которого подключен к первому выходу коммутатора, вход "б" подключен к второму выходу коммутатора, третий вход вычислительного блока подключен к выходу элемента задержки, выход вычислительного блока является выходом устройства.

    В отличие от  известного в предлагаемом устройстве  введены первый элемент ИЛИ,  к первому входу которого подключен  внешний сигнал "Пуск", RS-триггер, S вход которого подключен к  выходу первого элемента ИЛИ,  второй элемент И, первый вход которого подключен к выходу генератора квантующих импульсов, а второй вход подключен к выходу RS-триггера, выход второго элемента И подключен к входу формирователя, счетчик количества измерительных циклов, выход которого подключен к второму входу первого элемента ИЛИ, второй элемент ИЛИ, выход которого параллельно подключен к входу R RS-триггера и к входу счетчика количества измерительных циклов, элемент задержки, формирователь импульса конца второго измерения, выход которого параллельно подключен к второму входу второго элемента ИЛИ и к входу элемента задержки, формирователь импульса конца первого измерения, первый выход которого параллельно подключен к входу формирователя импульса конца второго измерения и к первому входу второго элемента ИЛИ, вход формирователя импульса конца первого измерения подключен к выходу времязадающего узла, буферный регистр, первый вход которого подключен к второму выходу формирователя импульса конца первого измерения, а второй вход к второму выходу счетчика, блок сравнения, коммутатор, первый выход счетчика параллельно подключен к первому входу блока сравнения и первому входу коммутатора, а выход буферного регистра подключен параллельно к второму входу блока сравнения и третьему входу коммутатора, выход блока сравнения подключен к второму входу коммутатора, вычислительный блок, вход "а" которого подключен к первому выходу коммутатора, вход "б" подключен к второму выходу коммутатора, третий вход вычислительного блока подключен к выходу элемента задержки, выход вычислительного блока является выходом устройства. Введение вышеописанных элементов позволит исключить переменную составляющую, вызванную движением спутника за измерительное время, т.е. повысить точность измерения разности начальных фаз.

    На чертеже  представлена структурная схема  заявляемого цифрового фазометра.

    Предлагаемый  цифровой фазометр содержит: двухканальный  преобразователь сдвиг фазы - интервал  времени 1, элемент 2И/ИЛИ 2, первый  элемент И 3, счетчик 4, блок сравнения 5, коммутатор 6, вычислительный блок 7, формирователь 8, времязадающий узел 9, формирователь импульса конца первого измерения 10, буферный регистр 11, генератор квантующих импульсов 12, второй элемент И 13, формирователь импульса конца второго измерения 14, элемент задержки 15, первый элемент ИЛИ 16, RS-триггер 17, второй элемент ИЛИ 18, счетчик количества измерительных циклов 19.

    Предлагаемый  цифровой фазометр работает следующим  образом. Двухканальный преобразователь  сдвиг фаз - интервал времени  1 является двухполупериодным преобразователем. На Входы 1 и 2 преобразователя 1 поступают синусоидальные напряжения, сдвиг фаз между которыми предстоит измерить. На первом выходе преобразователя 1 формируется прямоугольный импульс, передний фронт которого привязан к положительному нулевому переходу колебания на Входе 1, а задний фронт - к аналогичной точке колебания на Входе 2 преобразователя. На втором выходе преобразователя 1 имеет место другой прямоугольный импульс, привязанный аналогичным образом к отрицательным нулевым переходам колебаний на Входах 1 и 2 преобразователя. Эти прямоугольные импульсы принято называть фазовыми интервалами. Генератор квантующих импульсов 12 формирует бесконечную последовательность импульсов. Из последовательности квантующих импульсов, прошедших через второй элемент И 13, на выходах формирователя 8 формируются две последовательности, сдвинутые на половину периода одна относительно другой. Фазовые интервалы квантуются в элементе 2И/ИЛИ 2. Подсчет количества импульсов, прошедших на выход элемента 2И/ИЛИ 2 производится счетчиком 4 за измерительное время (например, 1 с), которое формируется из квантующей последовательности времязадающим узлом 9, который, в сущности, представляет собой счетчик импульсов. Подсчет импульсов за постоянное время измерения производится с помощью первого элемента И 3. Если задать емкость счетчика времязадающего узла, равной 360/10^m (m - целое), то число импульсов, подсчитанное счетчиком 4, будет равно  10^m.

    Как описано  выше, исключение детерминированной  переменной составляющей производится  на основании обработки результатов  двух измерений, следующих одно  за другим. Это производится следующим  путем. Импульс внешнего сигнала  "Пуск" проходит через первый  элемент ИЛИ 16 и устанавливает  RS-триггер 17 в единичное состояния,  в результате чего квантующие  импульсы проходят через второй  элемент И 13 на вход формирователя 8. С этого же момента начинает формироваться измерительное время путем заполнения счетчика времязадающего узла 9.         

 
Формула изобретения

    Цифровой фазометр, содержащий двухканальный преобразователь  сдвиг фазы - интервал времени,  к первому входу которого подключен  источник опорного напряжения, а  ко второму - источник напряжения  с измеряемым фазовым сдвигом,  элемент 2И/ИЛИ, первый вход  которого подключен к первому  выходу двуканального преобразователя  сдвиг фазы - интервал времени,  а второй вход подключен ко  второму выходу двухканального  преобразователя сдвиг фазы - интервал  времени, первый элемент И, первым входом подключенный к выходу элемента 2И/ИЛИ, формирователь, который первым выходом подключен к третьему входу элемента 2И/ИЛИ, а вторым выходом подключен к четвертому входу элемента 2И/ИЛИ, генератор квантующих импульсов, времязадающий узел, вход которого подключен к первому выходу формирователя, а выход подключен ко второму входу первого элемента И, счетчик, вход которого подключен к выходу первого элемента И, отличающийся тем, что в него введены первый элемент ИЛИ, к первому входу которого подключен внешний сигнал "Пуск", RS-триггер, S-вход которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ, второй элемент И, первый вход которого подключен к выходу генератора квантующих импульсов, а второй вход подключен к выходу RS-триггера, выход второго элемента И подключен к входу формирователя, счетчик количества измерительных циклов, выход которого подключен ко второму входу первого элемента ИЛИ, второй элемент ИЛИ, выход которого параллельно подключен к входу R RS-триггера и входу счетчика количества измерительных циклов, элемент задержки, формирователь импульса конца второго измерения, выход которого параллельно подключен ко второму входу второго элемента ИЛИ и входу элемента задержки, формирователь импульса конца первого измерения, первый выход которого параллельно подключен к входу формирователя импульса конца второго измерения и первому входу второго элемента ИЛИ, вход формирователя импульса конца первого измерения подключен к выходу времязадающего узла, буферный регистр, первый вход которого подключен ко второму выходу формирователя импульса конца первого измерения, а второй вход - ко второму выходу счетчика, блок сравнения, коммутатор, первый выход счетчика параллельно подключен к первому входу блока сравнения и первому входу коммутатора, а выход буферного регистра подключен параллельно ко второму входу блока сравнения и третьему входу коммутатора, выход блока сравнения подключен ко второму входу коммутатора, вычислительный блок, вход "а" которого подключен к первому выходу коммутатора, вход "б" подключен ко второму выходу коммутатора, третий вход вычислительного блока подключен к выходу элемента задержки, выход вычислительного блока является выходом устройства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение 

     В деятельности по метрологическому обеспечению участвуют не только метрологи, т.е. лица или организации, ответственные за единство измерений, но и каждый специалист: или как потребитель количественной информации, в достоверности которой он заинтересован, или как участник процесса её получения и обеспечения измерений. Современное состояние системы метрологического обеспечения требует высокой квалификации специалистов. Механическое перенесение зарубежного опыта в отечественные условия невозможно, и специалистам необходимо иметь достаточно широкий кругозор, чтобы творчески подходить к выработке и принятию творческих решений на основе измерительной информации. Это касается не только работников производственной сферы. Знания в области метрологии важны и для специалистов по сбыту, менеджеров, экономистов, которые должны использовать достоверную измерительную информацию в своей деятельности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы.

1. Варакута С.А.      Управление качеством продукции: Учебное пособие. М.: ИНФРА-М, 2001.
2. Крылова Г.Д.      Основы стандартизации, сертификации, метрологии: Учебник. -  М.: ЮНИТИ,      2000.
3. Лифиц И.М.      Основы  стандартизации, метрологии, сертификации: Учебник. -  М.: Юрайт,      2000.
4. Чижикова Т.М.      Стандартизация, сертификации метрология: Учебное пособие. – М.: Колос,      2002.