Файл: Учебное пособие для вузов. М. Радио и связь, 1985. Кушнир В. Д. Электрорадиоизмерения Учебное пособие для вузов. М. Радио и связь, 1985.pdf

Введение
Хандамиров В.Л. Конспект по курсу “Метрология и радио измерения”

Все права принадлежат автору. Никакая часть содержимого конспекта не может быть воспроизведена или передана, в какой либо форме или какими-либо средствами без письменного согласия автора.
1
Литература
1. 1. Комягин Р.В., Хандамиров В.Л. Исследование метрологических характеристик электронных приборов. Методические указания. 2016. 60 стр. ISBN: 978-5-7038-4429-8.
Режим доступа: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/212/book1438.html
2. 2. Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах [Элек- тронный ресурс]: учебное пособие / С.И. Боридько [и др.]. — Электрон. дан. —
Москва: Горячая линия-Телеком, 2012. — 374 с. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/5125. — Загл. с экрана.
3. 1. Дворяшин Б. В. Метрология и радиоизмерения: учеб. пособие для вузов. М.: Ака- демия, 2005. 296 с.
4. 2. Эрастов В. Е. Метрология, стандартизация и сертификация : учеб. пособие для вузов. М.: Форум, 2008. 204 с.
5. 3. Метрология и радиоизмерения: учебник для вузов / Нефедов В. И., Сигов А. С.,
Битюков В. К., Хахин В. И.; ред. Нефедов В. И. 2-е изд., перераб. М.: Высш. шк., 2006.
525 с.
6. Кукуш В.Д. Электрорадиоизмерения: Учебное пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1985.
7. Кушнир В.Д. Электрорадиоизмерения: Учебное пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1985.
8. Методы электрических измерений. /Под ред. Э.И.Цветкова (учебное пособие) - Л.:
Энергоатомиздат. 1990г.
9. Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин. (Уч. пособие).
- М.:Высшая школа, 2005.
10. Винокуров В.И. и др. Электрорадиоизмерения. Учебное пособие для Вузов.- М.:
Высш. школа, 1986.
11. Монтгомери Д.К. Планирование эксперимента и анализ данных. - Л.: Судостроение,
1980.
12. Клаассен К.Б. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. – М.: Из-во “Потмаркет”, 2000.
13.
Харт Х. Введение в измерительную технику. – М.: Из-во “Мир”, 1999.
14. Бурдун Г.Д., Марков Б.Н. Основы метрологии: Учебное пособие для вузов. - М.: Из- во стандартов, 1985.

Введение
Хандамиров В.Л. Конспект по курсу “Метрология и радио измерения”

Все права принадлежат автору. Никакая часть содержимого конспекта не может быть воспроизведена или передана, в какой либо форме или какими-либо средствами без письменного согласия автора.
2
Л1. Метрологическое обеспечение.
Роль экспериментальных исследований в развитии науки, техники, в автоматизации технологических процессов и в повышении экономической эффективности производства.
В курсе изучаются основы метрологии, методы и принципы измерений электрических и радио величин, таких как ток, напряжение, мощность, а также параметров электрических цепей, например, сопротивления, емкости, индуктивности и др. Методы измерения являются достаточно общими и слабо зависят от конкретной измеряемой величины. Физические прин- ципы, которые используются при измерении радио электрических величин, определяются прежде всего частотным диапазоном, в котором проводятся измерения. Измерение есть по- знавательный процесс, заключающийся в сравнении путём физического эксперимента дан- ной величины с некоторым её значением, принятым за единицу. Цель измерения состоит в получении информации о количественной характеристике исследуемого объекта или про- цесса. Результат измерения представляется произведением численного значения величины и единицы измерения: Х = n [x], где X - измеряемая величина; [х] - единица измерения, n -
численное значение измеряемой величины при выбранной единице измерения.
Необходимо также оценить погрешность измерения с заданной вероятностью. Напри- мер, полная запись результата измерения напряжения выглядит следующим образом
(10,0

0,1) В, Р = 0,997.
Р - вероятность, с которой гарантируется, что погрешность лежит в указанном интер- вале.
Для отечественной аппаратуры в большинстве случаев принимается Р = 0,997.
Характеристики измерительных приборов, показатели точности, термины и определе- ния устанавливаются соответствующими государственными стандартами РФ.
О значении измерений говорили многие выдающиеся ученые.
Менделеев Д.И.: «Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука не мыслима без меры».
Макс Планк: «В физике существует только то, что можно измерить».
У. Томсон (Кельвин): «Каждая вещь известна лишь в той степени, в какой её можно измерить».
Значительный прогресс в области радиотехники и микроэлектроники привел к тому, что подавляющее число измерений приходится проводить современными приборами, по- строенных чаще всего на устройствах вычислительной техники, а обработку их результатов с помощью теории вероятности и методов математической статистики, и конечно компьюте- ров.
Готовясь к самостоятельной работе по избранной специальности, студенты должны иметь в виду, что измерения пронизывают все сферы инженерного труда. С измерениями связана деятельность инженеров, работающих по профилям исследователей, конструкторов, технологов и т.д. Инженер непременно должен иметь ясное представление о возможностях измерительной техники, чтобы обеспечить взаимозаменяемость изделий, устройств и узлов радиоэлектронной техники. Поэтому знание современных стандартов, правил, норм и требо- ваний в области измерений также обязательны для специалистов, занимающихся управлени- ем и организацией производства.
Чтобы успешно справиться с многочисленными и разнообразными проблемами радио- измерений, необходимо освоить ряд общих принципов их решения, определить единую научную и законодательную базу, обеспечивающую на практике высокое качество измере- ний независимо от того, где и с какой целью они выполняются. Такой базой является метро- логия (от греческих слов «метрон» — мера, «логос» — учение).
Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью. Средства метрологии — со-

Введение
Хандамиров В.Л. Конспект по курсу “Метрология и радио измерения”

Все права принадлежат автору. Никакая часть содержимого конспекта не может быть воспроизведена или передана, в какой либо форме или какими-либо средствами без письменного согласия автора.
3 вокупность средств измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих их рацио- нальной использование.
Метрология включает в себя методы выполнения практически всех измерений, а также их правовые и теоретические основы. Метрология делится на теоретическую (фундамен- тальную, научную), законодательную (правовую) и прикладную (практическую).
Следует обратить внимание на то, что на этапе современной научно-технической рево- люции в метрологии, и в частности в радиоизмерительной технике, происходят значитель- ные качественные изменения. Измерения практически полностью переводят на цифровые методы, воплощенные в приборах с цифровым отсчетом и регистрацией, существенно рас- ширяются диапазоны измеряемых величин; в. измерительных системах широко применяется аналоговая и цифровая микроэлектроника, возникла необходимость в измерении характери- стик случайных процессов. Все это требует нового подхода к состоянию средств радиоизме- рения, к соответствию их метрологических свойств установленным нормам.
Усложнение технологии производства, развитие научных исследований привели к необходимости измерения и контроля сотен тысяч параметров одновременно. Появился но- вый класс информационно-измерительной техники - измерительные информационные си- стемы, осуществляющие сбор, обработку передачу, хранение и отображение информации.
Работы в области информационной измерительной технологии позволили в последние годы создать новый раздел теории и практики измерений — виртуальные приборы {Virtual - instruments; виртуальный — кажущийся} и интеллектуальные измерительные системы. Все это требует нового подхода к состоянию средств измерений, к соответствию их метрологи- ческих свойств установленным нормам.
Виртуальный прибор — -это специальная плата, устанавливаемая в персональный компьютер (в слот ISA или РСI) или внешнее устройство, подключаемое через LPT-порт в комплексе с соответствующим программным обеспечением. В зависимости от используемой платы и программного обеспечения пользователь получает измерительный прибор под ту или иную метрологическую задачу. Совершенно очевидно, что многие метрологические и исследовательские задачи будут в ХХI в. решаться с помощью интеллектуальных измери- тельных систем и виртуальных приборов.
Техника безопасности и вопросы экономики в измерительной технике.
Соблюдение техники безопасности подразумевает, прежде всего соблюдение электро- безопасности и общих правил техники безопасности.
Экономическая эффективность оценивается по соотношению метрологических харак- теристик и стоимости.
Основные принципы планирования эксперимента.
Это комплекс мероприятий, направленных на эффективную постановку опытов. Ос- новная цель планирования эксперимента — достижение максимальной точности измерений при минимальном количестве проведенных опытов и сохранении статистической достовер- ности результатов.
Планирование эксперимента применяется при поиске оптимальных условий, построе- нии интерполяционных формул, выборе значимых факторов, оценке и уточнении констант теоретических моделей и др.
Планирование эксперимента включает ряд этапов.
1. Установление цели эксперимента (определение характеристик, свойств и т. п.) и его вида (определительные, контрольные, сравнительные, исследовательские эксперименты).
2. Уточнение условий проведения эксперимента (имеющееся или доступное оборудо- вание, сроки работ, финансовые ресурсы, численность и кадровый состав работников и т. п.).
Выбор вида испытаний (нормальные, ускоренные, сокращенные в условиях лаборатории, на стенде, полигонные, натурные или эксплуатационные).

Введение
Хандамиров В.Л. Конспект по курсу “Метрология и радио измерения”

Все права принадлежат автору. Никакая часть содержимого конспекта не может быть воспроизведена или передана, в какой либо форме или какими-либо средствами без письменного согласия автора.
4 3. Выявление и выбор входных и выходных параметров на основе сбора и анализа предварительной (априорной) информации. Входные параметры (факторы) могут быть де- терминированными, то есть регистрируемыми и управляемыми (зависимыми от наблюдате- ля), и случайными, то есть регистрируемыми, но неуправляемыми. Наряду с ними на состоя- ние исследуемого объекта могут оказывать влияние нерегистрируемые и неуправляемые па- раметры, которые вносят систематическую или случайную погрешность в результаты изме- рений. Это — ошибки измерительного оборудования, изменение свойств исследуемого объ- екта в период эксперимента, например, из-за старения материала или его износа, воздействие персонала и т. д.
4. Установление потребной точности результатов измерений (выходных параметров), области возможного изменения входных параметров, уточнение видов воздействий. Выбира- ется вид образцов или исследуемых объектов, учитывая степень их соответствия реальному изделию по состоянию, устройству, форме, размерам и другим характеристикам. На назна- чение степени точности влияют условия изготовления и эксплуатации объекта, при создании которого будут использоваться эти экспериментальные данные. Условия изготовления, то есть возможности производства, ограничивают наивысшую реально достижимую точность.
Условия эксплуатации, то есть условия обеспечения нормальной работы объекта, определя- ют минимальные требования к точности. Точность экспериментальных данных также суще- ственно зависит от объёма (числа) испытаний — чем испытаний больше, тем (при тех же условиях) выше достоверность результатов. Для ряда случаев (при небольшом числе факто- ров и известном законе их распределения) можно заранее рассчитать минимально необходи- мое число испытаний, проведение которых позволит получить результаты с требуемой точ- ностью.
5. Составление плана и проведение эксперимента — количество и порядок испытаний, способ сбора, хранения и документирования данных. Порядок проведения испытаний важен, если входные параметры (факторы) при исследовании одного и того же объекта в течение одного опыта принимают разные значения. Например, при испытании на усталость при сту- пенчатом изменении уровня нагрузки предел выносливости зависит от последовательности нагружения, так как по-разному идет накопление повреждений, и, следовательно, будет раз- ная величина предела выносливости. В ряде случаев, когда систематически действующие па- раметры сложно учесть и проконтролировать, их преобразуют в случайные, специально предусматривая случайный порядок проведения испытаний (рандомизация эксперимента).
Это позволяет применять к анализу результатов методы математической статистики. Поря- док испытаний также важен в процессе поисковых исследований: в зависимости от выбран- ной последовательности действий при экспериментальном поиске оптимального соотноше- ния параметров объекта или какого-то процесса может потребоваться больше или меньше опытов. Эти экспериментальные задачи подобны математическим задачам численного поис- ка оптимальных решений. Наиболее хорошо разработаны методы одномерного поиска (од- нофакторные однокритериальные задачи), такие как метод Фибоначчи, метод золотого сече- ния.
6. Статистическая обработка результатов эксперимента, построение математической модели поведения исследуемых характеристик. Необходимость обработки вызвана тем, что выборочный анализ отдельных данных, вне связи с остальными результатами, или же некор- ректная их обработка могут не только снизить ценность практических рекомендаций, но и привести к ошибочным выводам. Обработка результатов включает: определение доверительного интервала, среднего значения и дисперсии (или среднего квадратичного отклонения) величин выходных параметров (экспериментальных данных) для заданной статистической надежности; проверка на отсутствие ошибочных значений (выбросов), с целью исключения сомни-

Введение
Хандамиров В.Л. Конспект по курсу “Метрология и радио измерения”

Все права принадлежат автору. Никакая часть содержимого конспекта не может быть воспроизведена или передана, в какой либо форме или какими-либо средствами без письменного согласия автора.
5 тельных результатов из дальнейшего анализа. Проводится на соответствие одному из специ- альных критериев, выбор которого зависит от закона распределения случайной величины и вида выброса; проверка соответствия опытных данных ранее априорно введенному закону распреде- ления. В зависимости от этого подтверждаются выбранный план эксперимента и методы об- работки результатов, уточняется выбор математической модели.
Построение математической модели выполняется в случаях, когда должны быть полу- чены количественные характеристики взаимосвязанных входных и выходных исследуемых параметров. Это — задачи аппроксимации, то есть выбора математической зависимости, наилучшим образом соответствующей экспериментальным данным. Для этих целей приме- няют регрессионные модели, которые основаны на разложении искомой функции в ряд с удержанием одного (линейная зависимость, линия регрессии) или нескольких (нелинейные зависимости) членов разложения (ряды Фурье, Тейлора). Одним из методов подбора линии регрессии является широко распространенный метод наименьших квадратов.
Для оценки степени взаимосвязанности факторов или выходных параметров проводят корреляционный анализ результатов испытаний. В качестве меры взаимосвязанности ис- пользуют коэффициент корреляции: для независимых или нелинейно зависимых случайных величин он равен или близок к нулю, а его близость к единице свидетельствует о полной взаимосвязанности величин и наличии между ними линейной зависимости.
При обработке или использовании экспериментальных данных, представленных в табличном виде, возникает потребность получения промежуточных значений. Для этого применяют ме- тоды линейной и нелинейной (полиноминальной) интерполяции (определение промежуточ- ных значений) и экстраполяции (определение значений, лежащих вне интервала изменения данных).
7. Объяснение полученных результатов и формулирование рекомендаций по их ис- пользованию, уточнению методики проведения эксперимента.
Снижение трудоемкости и сокращение сроков испытаний достигается применением автоматизированных экспериментальных комплексов. Такой комплекс включает испыта- тельные стенды с автоматизированной установкой режимов (позволяет имитировать реаль- ные режимы работы), автоматически обрабатывает результаты, ведет статистический анализ и документирует исследования. Но велика и ответственность инженера в этих исследовани- ях: четкое поставленные цели испытаний и правильно принятое решение позволяют точно найти слабое место изделия, сократить затраты на доводку и итерационность процесса про- ектирования.
Стандартизация в области метрологии и радиоизмерений.
Современное понятие «стандартизация» включает в себя область человеческой дея- тельности, охватывающую технические, научные, политические, экономические, юридиче- ские, эстетические и другие аспекты В жизни общества стандартизация выполняет чаще эко- номическую и социальную функцию.
Экономическая функция стандартизации реализуется:
* представлением достоверной информации о продукции;
* организацией управления производством с заданным уровнем качества;
* внедрением прогрессивной техники путем распространения через стандарты сведе- ний о новых свойства продукции;
* содействием здоровой и честной конкуренции, расширением взаимозаменяемости и совместимости различных видов продукции.
Социальная функция стандартизации обеспечивает достижение высокого уровня пока- зателей продукции (услуг), который соответствует требованиям здравоохранения, санитарии н гигиены, охраны окружающей среды и безопасности людей.

Введение
Хандамиров В.Л. Конспект по курсу “Метрология и радио измерения”

Все права принадлежат автору. Никакая часть содержимого конспекта не может быть воспроизведена или передана, в какой либо форме или какими-либо средствами без письменного согласия автора.
6
Эффективность стандартизации. Применение нормативных документов в области стандартизации должно давать экономический или социальный эффект. Непосредственный экономический эффект дают стандарты, ведущие к экономии ресурсов, повышению надеж- ности, технической и информационной совместимости. Стандарты, направленные на обеспе- чение безопасности и здоровья людей, окружающей среды, обеспечивают социальный эф- фект.
Сертификация.
В условиях современного рынка продавец, чтобы реализовать продукцию, обращает внимание на те ее товарные свойства, которые больше всего интересуют потребителя, а это далеко не всегда показатели безопасности. Поэтому основные издержки изготовителя при обеспечении качества продукции идут на достижение товарных характеристик, а затраты на поддержание безопасности продукции он готов минимизировать. Приобретатель тоже не очень заинтересован оплачивать расходы на охрану окружающей среды. Вместе с тем эф- фективность создания либо продукции, либо услуг (в том числе и образовательных) опреде- ляется двумя параметрами, «качество» и «цена». Цена, безусловно, отражает качество. Спрос на продукцию и услуги определяется соотношением цена/качество. В конкурентной борьбе побеждает тот, у кого при сопоставимой цене выше качество.
Приобретатель не всегда может безошибочно выбрать качественный товар из-за недо- статка полной и достоверной информации, а главное, из-за отсутствия необходимых знаний и технической возможности проверить декларируемые продавцом свойства продукции.
Вполне удовлетворительная на вид продукция может оказаться не качественной, поскольку ее потребительские свойства зависят от многих факторов: качества исходного сырья, техно- логии изготовления и т. п. Приобретатель может рассчитывать лишь на свой опыт, субъек- тивное суждение и гарантии продавца. К тому же постоянно расширяющийся рынок, новые технологии изготовления продукции могут опережать накопленный приобретателем опыт.
Не имея возможности доподлинно выяснить все достоинства и недостатки товара, приобре- татель вынужден доверять в основном только марке фирмы изготовителя. Ошибка приобре- тателя в оценке качества продукции может привести к сбою конкуренции.
Защитить приобретателя от недобросовестности производителя и продавца некаче- ственной или фальсифицированной продукции призваны подтверждение соответствия и сер- тификация. Это предусмотрено в новом законе, где выделены два важных положения:
* введение обобщающего понятия, принятого в международной практике, «Подтвер- ждение соответствия» как документальное удостоверение соответствия продукции или иных объектов, процессов производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утили- зации, выполнения работ или оказания услуг требованиям технических регламентов, поло- жениям стандартов или условиям договоров;
* введении «Знака обращения» на российский рынок товаров и услуг. Основанием для получения знака является зарегистрированная декларация о соответствии или сертификат соответствия.
Термин "сертификация» произошел от слова "сертификат» (фр. certificate, лат. certum
— верно и facere — делать), что означает «сделано верно». Собственно термин «сертифика- ция» в международной терминологии определяется как установление соответствия. Он был сформулирован Комитетом по сертификации (СЕРТИКО) Международной организации по стандартизации (англ. - International Standard Organization — ISO; русск. — ИCO) н включен в Руководство № 2 ИСО версии 1982 г. "Общие термины и определения в области стандарти- зации, сертификации и аккредитации испытательных лабораторий». Согласно ему сертифи- кация определялась как действие, удостоверяющее посредством сертификата соответствия или знака соответствия, что изделие или услуга соответствует определенным стандартам, техническим условиям или другим нормативным документам. При этом под сертификатом