Текст книги "Станция Трудовая – территория точных измерений"

Хакимов Сергей Васильевич

Я проходил службу в лаборатории поверки и ремонта приборов давления и разрежения.

Начальником был майор Буравцов Анатолий Егорович (до 1977 года), будущий командир 401 БИТ (Москва) и начальник метрологической службы Московского Округа ПВО. Он пришёл на должность начальника «манометристов» с должности старшего инженера – поверителя ЛПРЭИП.

В лаборатории проходили службу прапорщики В. С. Крюков, В. И. Гилёв, А. Хлудов, С. Коляко, В. Петров, В. Клочков, В. Маментьев, Фирсов, Опимах (откомандирован начальником секретного склада) и другие.

Начальником выездной группы был майор Лопаткин, а когда Лопаткин уволился, начальником выездной группы стал майор Константин Чураков, который любил задерживаться в командировках и приезжать не в пятницу «до читки приказов», а в субботу, когда выезд транспорта был запрещён.

Солдаты и сержанты срочной службы – водители подвижных выездных групп. На среднем фото слева направо: Р. Шарафутдинов, Д. Иванов, Ю. Тучин, А. Даниличев

В связи с тем, что на лабораторию выдавалось много спирта для «обезжиривания» манометров, этот вопрос требует отдельного рассказа вне рамок этого очерка.

Перечень приборов по направлению нашей лаборатории был очень широк: манометры многих типов, весы рычажные, гири, бензоколонки, оборудование котельных (напоромеры, тягонапоромеры), линейки, мерительный механический инструмент и многое другое.

1977год. На экскурсии в Загорске (ныне Сергиев Посад)

Так что работать приходилось всю неделю. А приезжаешь на выходные в часть, начальник строевого отдела В. Голомазов объявляет: с субботу на воскресенье – в наряд!

– Почему я?

– А тебя в будние дни не поймаешь!

А в понедельник-вторник опять в командировку…

Наша жизнь – измерения и приборы
Популярный рассказ для всех о приборах

На фото —легендарный осциллограф С1—65 1980 года выпуска.

– Итак, твой рррост-38 попугаев и одно попугайское крылышко. Впрочем, крылышко можно не считать.

(из мультфильма «Тридцать восемь попугаев»)

Вся наша жизнь связана с измерениями

Человек рождается – и сразу измеряют его рост и вес. Умирает —приходит человек с рулеткой…

Ребёнок учится писать, считать, познаёт законы физики, химии и математики. Все знания скрепляются умением рассчитать, проанализировать и, конечно, измерить.

И в жизни измерения встречаются на каждом шагу. Сколько граммов сыра купить? Сколько надо километров проехать в выходные до дачи? Какова величина напряжения в розетке города Нью – Йорка?

Первые средства, воспроизводящие единицу известны в Месопотамии около 2000 года до н. н. э., т.е. 4000 обратно. Для определения значения меры длины пользовались размерам ступни.

В античности применялись чашечные весы с набором гирь и рычажные весы с передвижным грузом, шкала которых позволяла непосредственно считывать измерение.11
  Подробнее http://shpargalochka-studentu.narod.ru/metrologiyax/istoriya_izmerenii/


[Закрыть]

Технический прогресс – объективная и поэтому неизбежная часть жизни человечества.

Поэтому когда появлялись новые нужные и ненужные людям технические новинки, тут же появлялся повод и необходимость измерить параметры этих устройств и явлений.

В 1800 году итальянский физик Александро Вольта (1745—1827) изобрёл «Вольтов столб» – первый источник постоянного тока. И у Александро сразу появилась необходимость изобрести приборы для измерения величины тока – электрофор, электрометр и электроскоп.

А вскоре первый в мире вольтметр («указатель электрической силы») изобрёл русский физик Г. В. Рихман (родился в 1745). Принцип действия «указателя» используется в современном электростатическом вольтметре.

Началом массового внедрения в промышленность и повседневную жизнь людей измерительных устройств стал конец 18 – начало 19 века

В 1888 немецкий физик Генрих Рудольф Герц (Херц) [1857—1894] в 1888 г. изобрел «Вибратор Герца». Так появился первый прибор для измерения частоты звуковых колебаний.

Появилась историческая необходимость развивать производство измерительных приборов.

Французский инженер и предприниматель Э. Дюкрете [1844—1915] в конце 18 – начале 19 века был владельцем в Париже одной из крупнейших в то время в мире мастерской по изготовлению научных приборов.22
  Перечень основных фирм-изготовителей измерительных приборов и всевозможных устройств контроля начала XX века: – «АКЦ. ОБЩ. РУСС. ЭЛЕКТР. ЗАВ. СИМЕНСЪ и ГАЛЬСКЕ» (Санкт-Петербург): реостаты; «Мастерская Е. Колбасьева» (Кронштадт): всевозможные вибраторы; «Atelie Carpentier. Ing. Const. Paris» (Париж): конденсаторы и реостаты; «AYRTON & PERRY’S» (Венстминстер): амперметры; «C. WOLFRAMM» (Санкт-Петербург): гальванометры; «E. DUCRETET A PARIS» (Париж): батареи Лейденских банок, потенциометры и реостаты, конденсаторы, прерыватели и разрядники, резонаторы; «Gesellschaft furdrahtlosse Telegrafie m.b.h.» (Берлин): жезловые волномеры; «HARTMANN & BRAUN A.» (Франкфурт): амперметры и гальванометры; «J. WILH. ALBERT» (Франкфурт): разрядники; «Marconi» (Лондон, Англия): магнитные детекторы Маркони; «SIEMENS & HALSKE» (Германия): гальванометры; «The Cambridge Scientific Instrument Co, Ltd.» (Кембридж): гальванометры; «W. PAUL. LONDON» (Лондон): микроамперметры; «WESTON ELECTRICAL INCTRUMENT Co.» (Нью-Йорк): вольтметры.


[Закрыть]

По существу, первый контрольно-измерительный прибор был прелюдно продемонстрирован в 1897 г. в Страссбургском университете Карлом Фердинандом Брауном – на экране ЭЛТ демонстрировались изменяющиеся во времени процессы.

Начало процесса стандартизации и единства измерений в мире

Так как в связи с началом производства измерительных приборов возникла необходимость, чтобы приборы показывали одинаково при измерении одной и той же величины, возникла необходимость обеспечения единства измерений как в отдельно взятой стране (в том числе СССР), так и в мире в целом.

Ведь понятно, если не иметь какой-либо эталон, например метра, то измерять длину предмета будут одинаково, но разными по длине линейками. Полный хаос! (Ещё в 1832 году Карл Гаусс создал абсолютную систему единиц, в России в 1983 году Д. Менделеев создал Главную палату мер и весов – ныне НИИМ им. Менделеева).

В 18 веке в Париже был установлен эталон метра, по которому сличали все остальные образцы (т.е. образцовые) метры. А по образцовым метрам сличали (поверяли) метры, которые и мерили длину всего, что надо измерить (так говорить правильнее, чем «померить»). Передача единицы метра и других величин «сверху вниз» называется поверочной схемой.

Сейчас этот метр хранится в Париже, в палате мер и весов, и является музейным экспонатом (сейчас эталон длины является аппаратура на основе высоких технологий).

Так, в ногу со стандартизацией и развитием других измерений (давления, разрежения, напряжения и многих других) и в целях обеспечения единства измерений в 1875 году подписана Международная метрическая Конвенция.

Систему электрических единиц установил Первый конгресс по электричеству, состоявшейся в Париже в 1881 году Россию на этом конгрессе представлял А. Г. Столетов.

В 1909 году в Главной палате мер и весов А. Н. Георгиевский и М. Ф. Маликов приступили к созданию эталонов Ома и Вольта (в виде группы нормальных элементов).

Несмотря на изобретения русских ученых, в дореволюционной России производство средств измерений практически отсутствовало.

В 1960 году разработана Единая Система Единиц «СИ», которой мы сейчас пользуемся (сек, герц и т д.).

Начало производства измерительных приборов в СССР (1917—1945 год)

После Великой Октябрьской социалистической революции начался всестороннее развитие всех отраслей народного хозяйства, выдвинуло новые задачи в области электроизмерительной техники. В 1927 году начал выпускать электроизмерительные приборы новый завод «Электроприбор».

В 1930 году была организована Отдельная лаборатория измерений (ОЛИЗ), сотрудники которой ряд приборов и многое сделали в области расчета и конструирования электроизмерительных приборов. Особенно плодотворной в этом направлении была деятельность Н. Н. Пономарева. Начали выпускаться приборы для измерений неэлектрических величин электрическими методами.

В 30-х годах в научно-исследовательских институтах и отраслевых лабораториях началась разработка телевимирювальнои аппаратуры для энергетических систем промышленных предприятий. С 1949 году завод «Электропульт» начал ее серийный выпуск.

В СССР во второй половине 30-х – начале 40-х годов выпускалась и наиболее широко применялась следующая контрольно-измерительная аппаратура:

1. Генераторы :

генератор высокой частоты типа ГС-3: 0,075 – 20 МГц;

генератор-стандарт сигналов типа ГСС-1 (-2, -3): 0,1 – 20 МГц;

генератор ультравысоких частот ГСУ-4: 18 – 100 МГц;

звуковой генератор типа ГС-5 (для военной техники – ИРПА): 0,05 – 10 кГц (1,5 Вт);

звуковой генератор типа ЗГ-2: до 20 кГц (1,8 Вт).

2. Измерители и индикаторы :

вольтамперметр типа АВО-2: 0,2 – 1000 В, 0,2 мА – 1 А, до 500 кОм; —

вольтмиллиамперметр типа 5МП: 30 – 300 мА, 3 – 30 В;

катодный вольтметр типа ВКС-7: переменные напряжения в диапазоне частот 30 Гц – 100 МГц, пять пределов измерений (1,5, 5, 15, 50, 150 В), входное сопротивление не менее 4 МОм, входная емкость 7 пФ;

карманный омметр типа ОК-1 (МОК-2): до 20 кОм (по постоянному току); —

измеритель выхода приёмников типа ИВ-3: 0,5 – 300 В;

измеритель ёмкости типа ГБЕ-2: 2 – 2000 пФ (на частоте 500 кГц);

измеритель модуляции типа ИМ-6: 10 – 100% (до 30 МГц);

измеритель нелинейных искажений типа КМ-4: 0,5 – 50% (0,1 – 6 кГц); – измеритель частоты типа ИЧ-1: 0,01 – 10 кГц (0,5 В);

латунно-магнетитовый стержень-пробник: для проверки настройки контуров и определения знака резонанса;

неоновые лампочки типа: МH-3 (ФH-2) – с напряжением зажигания 45 – 60 В и СH-1 – 220 В:

прибор для измерения ёмкостей, индуктивностей и активных сопротивлений типа УМ-1: до 100 мкФ, до 100 Гн, до 1 МОм (1 кГц); —

термомиллиамперметр типа Т41 (Т51): до 500 мА (в антенне передатчика).

3. Калибраторы, гетеродинные волномеры :

гетеродинный волномер типа ПГВ-1 (ПГВ-2): 1 – 20 МГц (опорные точки с дискретностью через 100 кГц);

гетеродинный волномер типа 2ГВД: 1,3 – 30 МГц;

гетеродинный волномер типа 2ГВК: 71,5 – 1120 кГц;

кварцевый калибратор (опорный гетеродин) типа А-1 [мод. 1941 г.]: 1, 2, 2,5, 3 – 6 МГц (через 1 МГц), 17,5 – 42,5 МГц (через 2,5 МГц);

кварцевый калибратор типа КК-1 (КК-2, КК-3): 0,1—10 МГц (с кратностью 100 кГц), 10 – 20 МГц (с кратностью 1 МГц).

4. Испытатель ламп типа ИЛ-8 (для военной техники – ИПР-3): проверка параметров основных типов приёмных и мелких генераторных ламп путём измерения токов в отдельных цепях.

Генератор НЧ с резистивной настройкой (мод. 200А), 1938 г.

Как видно из вышеизложенного, становление отрасли по выпуску контрольно-измерительных приборов, в основном, происходило в первой половине XX века. Её же дальнейшее совершенствование и развитие началось после окончания Второй мировой войны – в связи с резким переходом радиотехнической промышленности на мирные «рельсы».

Развитие производства измерительных приборов в послевоенный период (1945 -1965 годы)

В период восстановления народного хозяйства СССР после разрушительной войны руководством страны вместе со строительством и восстановлением предприятий уделялось огромное внимание метрологическому обеспечению производства.

Без точных приборов невозможно было производить качественную продукцию и обеспечить сборку техники, произведённую на разных предприятиях (много оборудовния было поставлено из Германии и США – требовалась коррегирование, т.е согласованность стандартов).

В 1954 году в стране был создан Комитет стандартов, мер и измерительных приборов (потом Госстандарт СССР)

Ныне, после распада СССР управление метрологической службой России осуществляет Государственный Комитет РФ по стандартизации и метрологии – Госстандарт России.

В некоторых источниках приборы 1917—1965 года относят к приборам 1 поколения (собранные на элементной базе – сопротивление, конденсатор, электронная лампа, катушка индуктивности).

В 1945 – 1965 были выпущены, например следующие средства измерений (берём только некоторые наиболее характнрных из сотен типов радио – электроизмерительных приборов):

С 1942 года – Генератор стандартных сигналов «ГСС-6». (Горьковский завод имени Фрунзе):

Генератор стандартных сигналов «ГСС-6»

Генератор стандартных сигналов ГСС-6 предназначен для настройки, регулировки и испытания радиоприёмной аппаратуры и для других измерений, требующих источника сигнала калиброванного по частоте, напряжению и глубине модуляции.

Диапазон генерируемых частот 100 КГц…25 Мгц, разбит на 8 поддиапазонов.

Погрешность установки частоты 1%. Выходное напряжение можно менять в пределах 0,1—1 В.

Питание – электросеть 100—140 в или 170—250 в. Габариты – 557х334х322 мм. Вес – 20 кг.

1948 год – электронный осциллограф «ЭО-7» (С1—1).

(Рыбинский приборостроительный завод)

Электронный осциллограф «ЭО-7» (С1—1)

Электронный осциллограф С1—1 производился с 1948 года. В 1957 году его наименование было изменено на ЭО-7.

Осциллограф ЭО-7 (С1—1) предназначен для исследования периодических процессов. Применяется в заводских и лабораторных условиях.

Чувствительность усилителя вертикальyого отклонения осциллографа 0,25 см/мв.

Коэффициент усиления не ме нее 1800.

Частотные искажения не более ±3 дб в диапазоне от 2 гц до 300 кгц. Входное сопротивление 2 Мом ±20% параллельно с емкостью не более 30 пф.

Коэффициент ослабления входного аттенюатора 1:1; 1:10; 1:100 в диапазоне частот от 2 гц до 250 кгц.

Чувствительность усилителя горизонтального отклонения не ниже 4,5 см/в.

Коэффициент усиления около 35.

Неравномерность частотной характеристики ± 3 дб в диапазоне от 2 гц до 250 кгц.

Входное сопротивление 6 Мом ± 20% параллельно с емкостью не более 30 пф.

Входное сопротивление цепи внешней синхронизации 0,1 Мом ± 20% параллельно с емкостью не более 40 пф.

В приборе имеется 8 диапазонов непрерывной развертки: это 2 – 7; 7 – 30; 30 – 130; 130 – 500 гц; 500 гц – 2 кгц; 2 -7; 7 – 25; 25 – 50 кгц. Нелинейность развертки не превышает 5%.

В приборе имеется 3 вида синхронизации:

– внутренняя (исследуемым сигналом), внешняя (внешним сигналом), от сети (питающим напряжением). Предусмотрена воз можность подачи исследуемого напряжения непосредственно на ертикальные и горизонтальные пластины ЭЛТ.

Прибор питается от электрической сети переменного тока напряжением 220 в при частоте 50 гц и нормально работает при измене ниях напряжения сети от +5 до -10%.

Потребляемая прибором мощность 120 ва. Габариты – 565х233х440 мм. Масса – 24 кг.

Подробнее:

1. Осипов К. Д., Пасынков В. В. Справочник по радиоизмерительным приборам. В 5-и томах. (можно скачать в Интернете бесплатно).

2. http://www.rw6ase.narod.ru/000/god/all_god.html

(У Осипова и Пасынкова – практически весь перечень приборов от 40-х до начала 60-х годов 20 века – сотни наименований).

Развитие производства измерительных приборов в период 1965 – 1976годы)

Данный период характеризуется дальнейшим развитием советской промышленности, особенно оборонной. Это требовало новых средств и методов измерений, основанных на достижениях науки и технологий того времени.

Этот период характеризуется появлением средств измерений 2 поколения (на транзисторах и микросборках) и начала 3 поколения (на микросхемах).

Примеры таких приборов:

1969 год – Измеритель индуктивностей и ёмкостей высокочастотный «Е12—1А»

(Горьковский завод имени Фрунзе).

Измеритель индуктивностей и ёмкостей высокочастотный Е12—1А

Измеритель индуктивностей и ёмкостей высокочастотный Е12—1А предназначен для измерения малых индуктивностей от 0,05 мкгн до 100 мгн, а так же малых значений ёмкостей от 1 до 5000 пф.

1973 г. – Осциллограф С1—19Б (С1—19)

(Червоноградский завод радиоаппаратуры)

Осциллограф С1—19Б (С1—19)

Осциллограф предназначен для визуального наблюдения и исследования электрических напряжений в диапазоне частот до 1 Мгц, а так же для исследования различных форм сигналов, при разработке и ремонте различной радиотелевизионной аппаратуры.

Очень подробно этот период развития производства средств измерений (начало 60-х – середина 70-х годов) рассмотрен в справочнике :

Насонов В. С. Справочник по радиоизмерительным приборам Тома 1 – 3

Развитие производства измерительных приборов в период 1976 – 90-е годы

Данный период производства средств измерений характеризуется хорошими темпами благодаря пику развития советской экономики.

В этот период выпускались приборы 3 поколения и начался выпуск приборов 4 поколения (с использованием микропроцессорных технологий)

1988 год – Генератор сигналов высокочастотный – «Г4—151». (Горьковский завод им. Ленина).

Генератор сигналов высокочастотный Г4—151

Прибор генератор сигналов высокочастотный Г4—151предназначен для настройки бытовой и специальной приёмной радиоаппаратуры в диапазоне от 1 до 512 Мгц. Установка частоты производится по цифровому табло. Выходной сигнал может промудолирован амплитудной частотной и импульсной модуляцией и регулируется в пределах 0—120дБВ.

Генератор может также использован и в качестве частотомера.

1988 год – Частотомер электронно-счётный Ч3—63/А

Частотомер электронно-счётный Ч3—63/А

Частотомер электронно-счетный Ч3—63 предназначен для измерения частоты синусоидаль ных и частоты следования импульсных сигналов в диапазоне от 0,1 Гц до 1000 МГц. (Ч3—63А до 1300 МГц), измерения периода синусоидальных и периода следования импульсных сигналов, измерения длительности импульсов, измерения отношения частот электрических сигналов, счёта числа электрических сигналов, выдачи сигнала опорной частоты, выдачи информации о результатах измерения на регистрирующее устройство.

Прибор можно применять для настройки, испытаний и калибровки различного рода приёмо-передающих трактов, фильтров, генераторов, для настройки систем связи, других радиотехнических и электронных устройств.

Развитие производства измерительных приборов в период от развала СССР в 1991 году по настоящее время (2013 год)

В связи с развалом великой страны производство российских средств измерений в 90-х годах прошлого века было приостановлено -много предприятий осталось разрушаться за пределами России-в Прибалтике, в Украине и др. странах СНГ. Производственные мощности сохранила только Беларусь.

Многие оставшиеся предприятия были вынуждены закупать импортную технику, и, соответственно, зарубежные приборы к ним. Это вносило беспорядок в единую систему стандартизации и единства измерений России.

В 2000-х годах началось наведение порядка в стране, и в метрологии как следствие этого.

Предприятия Союзного государства России и Беларуси приступили к производству приборов 5 поколения (автоматизированные компьютизированные измерительные системы) и восстанавливать производство приборов 4 поколения (в Москве, Санкт-Петербурге, Краснодаре, Омске, Нижнем Новгороде и др. городах).

В качестве примера измерительной системы 5 поколения можно привести переносную поверочную систему для автоматизированной поверки счетчиков электроэнергии в лабораторных условиях и на местах эксплуатации УППУ-МЭ 3.3:

УППУ-МЭ 3.3:

Назначение УППУ-МЭ 3.3: :

Для автоматизированной поверки в лабораторных условиях и на местах эксплуатации:

– электроизмерительных приборов: однофазных и трехфазных ваттметров, варметров, энергетических фазометров, частотомеров;

– однофазных и трехфазных трансформаторных счетчиков электрической энергии кл. точности 0,5S и менее точных;

Состав:

– эталонный прибор Энергомонитор 3.3Т1;

– переносной программируемый источник тока и напряжения Энергоформа 3.3 (380 В; 7 A);

– программное обеспечение «Энергоформа» и «Энергомониторинг СИ».

Перспективы развития измерительной техники

Средства измерения 6 поколения предполагают использование последних достижений науки и техники-внедрение интеллектуальных измерительных систем, дистанционные измерения и т. д.:

1. Использование новых физических явлений и свойств материалов для создания современных средств измерений.

2. Дальнейшее использование МП техники для создания новых средств измерения, сочетающих рациональное распределение аппаратных и программных средств.

3. Создание средств измерений с текущей диагностикой и самоконтролем во время их функционирования за счет использования встроенных элементов.

4. Создание новых средств измерения с адаптацией, обусловленной изменениями внешних условий, необходимостью изменения решаемых задач, связанных с повышением качества и достоверности информации по измерению, контролю и диагностике.

5. Внедрение САПР при проектировании сложных измерительных систем для обеспечения бездефектного проектирования, снижения материальных затрат, сокращение сроков проектирования.

6. Использование персональных компьютеров и микроЭВМ.

Будем надеяться на мир, прогресс и СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ!!!

P.S.

В нашем рассказе, имеющем историческую направленность, не рассматривалась динамика улучшения экслуатационных и метрологических характеристик всех шести поколений средств измерений.

Все типы, виды приборов перечислить невозможно (их сотни тысяч), поэтому ограничились примерами и обращением к справочникам для тех, кто будет изучать историю мертологии и средств измерений. Полный перечень – на сайте http://www.fundmetrology.ru/default.aspx ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ.

Погрешность средства измерения (не путать с погрешностью измерения) будем рассматривать в следующем рассказе. Сразу отметим, что погрешность измерения за десятилетия уменьшилась на несколько порядков (для нынешних школьников поясню – на порядок —это значит в 10 раз, на два порядка – в 100 раз и т. д.).

Кроме того, погрешность не должна быть выше необходимой, это очень дорого… Особенно в наше время, когда начали считать, сколько что стоит…

Еще один рассказ посвящу эталонированию, поверке и аттестации средств измерений – какие сложные и дорогостоящие это мероприятия.

Кстати замечу, что таких прекрасных справочников по приборам, которые нам подарили советские ученые и технические писатели К. Осипов, В. Пасынков и В. Насонов нет. (Рынок пока не потребовал). Всю интересующую информацию приходиться искать в каталогах заводов и фирм-продавцов приборов в Интернете.

До встречи в мире техники и приборов!