КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

ЗАРОЖДЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ В МИРЕ

Приборостроение как отрасль зародилось относительно недавно — с развитием машинного серийного производства, характерного для капитализма, хотя измерения и отдельные измерительные устройства известны с глубокой древности — с момента распада первобытно-общинного строя, возникновения земледелия и скотоводства.

Образно писал об этом времени живший 2000 лет тому назад еврейский историк Иосиф бен Маттафий (Иосиф Флавий) в известном сочинении «Иудейские древности» [21]. Описывая зарождение человечества, он рассказывает об Адаме и Еве, которых Бог изгнал из рая (за любознательность) и у которых родились два брата — Каин и Авель. Каин убил Авеля (подробности можно прочитать в Ветхом завете), за что Бог отправил Каина со всем его семейством в изгнание. Далее бен Маттафий пишет о Каине: «Изобретением весов и мер он изменил ту простоту нравов, в которой дотоле жили между собою люди, так как жизнь их, вследствие незнакомства со всем этим, была бесхитростна, и ввел вместо прежней прямоты лукавство и хитрость. Он первый поставил на земле разграничительные столбы, построил город и, укрепив его стенами, принудил своих близких жить в одном определенном месте».

Таким образом, усложнение производства, появление товарного обмена, строительство культовых сооружений и пирамид вызвали потребность в измерениях веса тел, длин, углов, расстояний, площадей и объемов.

Кроме того, для ведения сельского хозяйства, проведения религиозных обрядов и праздников необходимо было измерять интервалы времени. С этой целью создавались календари и часы. Часы были довольно грубыми (в солнечных время определялось по положению тени от вертикального стержня, в водяных — по понижению уровня воды в мерном сосуде, из которого она вытекала отдельными каплями). А для установления длительности года и месяцев жрецы вели тщательные наблюдения за положением Луны и планет.

Необходимо отметить два важных обстоятельства: во-первых, научные знания были уделом узкого круга служителей религиозных культов и философов и, во-вторых, научные знания никак не использовались в повседневной производственной деятельности ремесленников или земледельцев.

Резкий перелом наступил к концу XVI в, когда образовалось много городов с ремесленниками, которые из руды выплавляли металлы (железо, медь, свинец, олово, серебро, золото), изготавливали огнестрельное и холодное оружие, украшения, ткани, обувь, одежду, кухонную утварь, мебель, телеги, кареты и т.д. В городах (Париж, Оксфорд, Кембридж, Пиза, Венеция и др.) стали открываться университеты, в которых давались систематические знания и проводились исследования.

История сохранила для нас фамилии ученых, начавших подтверждать теоретические предположения физическими экспериментами и черпавших идеи из своих опытов; они же создали измерительные приборы для исследования новых физических величин. Первым в этом ряду стоит Г. Галилей (1564—1642), который придумал термометр, телескоп, часы с маятником. Его ученик Э. Торичелли (1608— 1647) изобрел преобразователь давления в высоту столба ртути, т. е. первый датчик давления и разряжения (вакуума). Р. Гук (1635-1703) исследовал упругие свойства твердых тел, вывел закон упругой деформации (закон Гука), на его основе создал пружинные весы; придумал воздушный насос, установил связь между давлением газа и его объемом. Р. Бойль (1627—1691) ввел в химию экспериментальные методы, положив начало химическому анализу. X. Гюйгенс (1629— 1695) предложил волновую теорию света, создал маятниковые часы со спусковым механизмом, придумал использовать в часах вместо гирь спиральную упругую пружину. И, наконец, И. Ньютон (1643— 1727) открыл основные законы механики, свойства света и изобрел оптические приборы.

Необходимо отметить, что как таковой приборостроительной промышленности в те времена не существовало, отдельные измерительные приборы изготавливались ремесленниками в единичных экземплярах или малыми партиями.

Изобретение Д. Уаттом (1736—1819) парового двигателя двойного действия ознаменовало новую эпоху в промышленности и транспорте. Паровые машины стали применяться для привода исполнительных машин любой мощности — токарных, фрезерных, сверлильных, шлифовальных станков, прессов, прядильных машин; появились паровозы и пароходы.

Новые задачи промышленности потребовали новых средств измерений. Действительно, давление или температуру в паровом котле трубчатым манометром Торичелли и термометром с ртутью в стеклянном капилляре не измерить. Необходимы стали компактные, надежные и стабильные средства измерений. И они были придуманы. Для измерения давления наиболее удачным оказалось решение

Э. Бурдона, наладившего выпуск трубчатых деформационных манометров по своему патенту в 1849 г.

Для измерения температуры стали применять термометры сопротивления, основанные на эффекте, обнаруженном в 1827 г. Омом: под действием температуры электрическое сопротивление металлической проволоки меняется — с ростом температуры оно увеличивается. Больший диапазон измерения температур обеспечивают термопары (сваренные с одного конца две проволочки из разных металлов или специальных сплавов), основанные на эффекте Зеебека, открытого в 1821 г.

Вместе с развитием промышленности, транспорта, медицины, научных исследований резко возросла потребность в средствах измерения. Производство их стали осуществлять на тех же принципах, на которых работали машиностроительные заводы XIX в.

Характерным примером, подробно описанным в литературе, может служить немецкая оптическая фирма Carl Zeiss. В 40-х гг. XIX в. Карл Цейс организовал в Йене предприятие по изготовлению оптико-механических приборов. Он начал с выпуска микроскопов. Основные принципы производства приборов были таковы: вся разработка приборов, конструирование, технология производства, контроль качества осуществлялись на научной основе [2]. Для реализации основных принципов организации предприятия Цейс привлек к работе преподавателей местного университета. Особенно плодотворным оказалось сотрудничество с профессором Э. Аббе.

Аббе не только разработал теорию появления изображения в микроскопах, но на базе своей теории создал несколько конструкций превосходных микроскопов. Кроме того, он разработал апертометр, фотометр, дальномер, оптический компаратор. В 1894 г. Аббе сконструировал призменный бинокль, который производился миллионами.

Принципиально новым направлением развития приборостроения во второй половине XIX в. стало появление электрических станций, сетей и потребителей электрической энергии как на промышленных предприятиях (электрический привод станков, электролиз, гальваника, электросварка), так и в городском хозяйстве (освещение, трамваи на электрической тяге и т.д.). Остро встал вопрос удовлетворения всех щитовыми и переносными измерительными приборами, в первую очередь вольтметрами и амперметрами. Очевидно, что гальванометр с подвесом в виде упругой нити для этих целей не подходил. М. Депре с 1880 по 1884 г. разрабатывал гальванометр, содержащий постоянный магнит, между полюсами которого расположена рамка из проволоки, по которой пропускают измеряемый ток. К оси рамки крепилась спиральная пружина, благодаря силе противодействия которой поворот рамки в магнитном поле был пропорционален измеряемому току, протекавшему через рамку [8].

В настоящее время измерения пронизывают все области промышленности, науки, медицины, сельского хозяйства, быта — дать их общее описание не представляется возможным. Возникли отдельные направления теории и практики измерений и соответственно измерительные приборы промышленного назначения, медицинские приборы, приборы химического анализа (аналитические приборы), авиационные приборы, средства неразрушающего контроля и т.д.

Для того чтобы дать представление о содержании хотя бы одной из групп средств измерения, рассмотрим средства выполнения технических измерений в промышленности. Согласно справочнику [7], в эту группу входят:

  • • измерители времени и счетчики;
  • • измерители линейных размеров и их производных;
  • • измерители сил и их производных;
  • • измерители массы и ее производных (весы, измерители расхода, измерители плотности);
  • • измерители гидростатических и гидродинамических величин (измерители давления, разностей давлений и вакуума, измерение направления потока, вискозиметры);
  • • измерители температуры;
  • • измерители тепловых величин (измерители количества тепла, измерители плотности теплового потока);
  • • измерители концентрации и состава;
  • • световые измерители;
  • • измерители шума (шумомеры, измерители мощности шума).

В настоящее время большинство физических величин преобразуются в электрические сигналы, которые далее усиливаются, передаются по линиям связи, преобразуются в цифровую форму, подаются в компьютеры, где отображаются на дисплеях и запоминаются в базах данных. Подобные системы образуют класс информационноизмерительных систем.

Кроме того, измерительные сигналы могут подаваться на устройства сравнения, в которых заданы требуемые параметры технологических процессов (температуры, числа оборотов валов, давлений, расходов жидкостей или газов и т.д.). Если результаты измерений отличаются от заданных, то на регулирующие органы подаются сигналы такой величины, чтобы измеряемый параметр стал равным заданному значению. Подобные системы называются системами автоматического регулирования и управления.

Подсчитать количество средств измерений в мире просто невозможно, оценочно можно утверждать, что их порядка 10 млрд.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >