Министерство Российской Федерации 

по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям 

и ликвидации последствий стихийных бедствий 

________________________________________________________ 

Академия гражданской защиты МЧС России 

Сибирская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России 

 

 

 

Гарелина С.А., Латышенко К.П., Сергеев И.Ю. 

 

 

 

 

АВТОМАТИЗАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ, 

ИСПЫТАНИЙ И КОНТРОЛЯ 

 

 

 

Издание второе, исправленное и дополненное 

 

 

 

Допущено в качестве учебного пособия 

учебно-методическим объединением вузов 

по образованию в области автоматизированного машиностроения 

 

 

 

 

 

Железногорск – 2020 

УДК 27.04.05 

ББК 32.965 

 

Рецензенты: кафедра автоматизации производственных 

       процессов РХТУ (Новомосковского института); 

       д-р. техн. наук А.А. Попов, НПО Химавтоматика 

 

Допущено в качестве учебного пособия 

учебно-методическим объединением вузов 

по университетскому политехническому образованию 

 

 

Автоматизация измерений, испытаний и контроля/К.П. Латышенко. – Железногорск: 
СПСА, 2020. – 486 с. 

 

Рассмотрены виды измерений, испытаний и контроля, агрегатные средства 

автоматических систем, алгоритмическое и программное обеспечение таких систем, 
их метрологические характеристики, микропроцессоры, каналы связи. 

Приведены примеры систем измерений, испытаний и контроля. Учебное пособие 
предназначено обучающимся по УГСН 20.00.00 «Техносферная безопасность 
и природообустройство», изучающим дисциплины «Автоматизация измерений, 
испытаний и контроля», «Автоматизация аналитического контроля», 

«Автоматизация городского контроля», «Тактика сил РСЧС и гражданской обороны», «
Информационно-измерительные системы», «Метрология, стандартизация 
и сертификация», «Пожарная и спасательная техника. Базовые машины», 

«Основы оперативного управления РСЧС и ГО»  и др. 

 

 

 

© СПСА ГПС МЧС России, АГЗ МЧС России,  2020 

СОДЕРЖАНИЕ 

 

Условные сокращения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  5 

Введение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  7 

Глава 1. Испытания и контроль продукции  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  11 

1.1. Продукция и её качество  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  11 

1.2. Измерение параметров качества изделий  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  31 

1.3. Испытания продукции  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  48 

1.4. Контроль качества продукции  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  61 

1.5. Средства измерений  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  70 

1.6. Федеральный закон об обеспечении единства измерений  . . . . . . . . . . . . .  76 

Глава 2. Агрегатные средства автоматических 

систем измерений, испытаний и контроля  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   85 

2.1. Агрегатные средства автоматических систем  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  89 

2.2. Пробоотбор и пробоподготовка  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  97 

2.3. Аналоговые преобразователи сигналов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  106 

2.4. Дискретные (цифровые) преобразователи сигналов  . . . . . . . . . . . . . . . . .  117 

2.5. Интерфейс  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  131 

2.6. Аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи  . . . . . . . . . . . .  141 

Глава 3. Алгоритмическое и программное обеспечение 

автоматических систем измерений, испытаний и контроля  . . . . . . . . . .  152 

3.1. Программное обеспечение измерительных систем  . . . . . . . . . . . . . . . . .  154 

3.2. Планирование испытаний  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  163 

3.3. Математическая модель объекта испытаний  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  171 

3.4. Обработка данных испытаний  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  176 

3.5. Методы оптимизации  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  184 

Глава 4. Метрологические характеристики автоматических систем  . . .  192 

4.1. Метрологическое обеспечение измерений и испытаний  . . . . . . . . . . . . .  192 

4.2. Метрологическое обеспечение измерительных систем  . . . . . . . . . . . . . .  202 

4.3. Метрологические характеристики средств измерений и испытаний  . . .  219 

4.4. Метрологические характеристики измерительных систем  . . . . . . . . . . .  230 

4.5. Экспериментальное определение и контроль 

характеристик погрешности измерительных систем  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  245 

4.6. Оценка эффективности информационных измерительных систем  . . . . .  265 

Глава 5. Автоматические микропроцессорные анализаторы  . . . . . . . . .  272 

5.1. Методы анализа жидкостей и газов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  273 

5.2. Микропроцессорные кондуктометры  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  291 

5.3. Микропроцессорные анализаторы, вискозиметры и плотномеры  . . . . .  319 

Глава 6. Автоматические системы измерений, испытаний и контроля  . 333 

6.1. Измерительная система  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  333 

6.2. Виды измерительных систем  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  336 

6.3. Проектирование и внедрение измерительных систем  . . . . . . . . . . . . . . .  356 

6.4. Микропроцессоры в системах измерения и контроля  . . . . . . . . . . . . . . .  361 

6.5. Канал связи  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  377 

Глава 7. Реализация систем измерений, испытаний и контроля  . . . . . .  405 

7.1. Система контроля взрыво- и пожаробезопасности 

промышленных предприятий  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  405 

7.2. Мобильный диагностический комплекс для объектов 

газовой, нефтяной и энергетической промышленности  . . . . . . . . . . . . . . . . .  414 

7.3. Спутниковые системы зондирования Земли  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  419 

7.4. Автоматизированная система коррозионного мониторинга  . . . . . . . . . .  423 

7.5. Мобильные экоаналитические лаборатории  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  430 

7.6. Системы автоматического контроля возгорания  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441 

7.7. Системы радиационного контроля  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  447 

7.8. Система радиационного автомобильного контроля  . . . . . . . . . . . . . . . . .  462 

7.9. Аппаратно-программный диагностический комплекс «Стрела»  . . . . . . . 465 

7.10. Система испытаний двигателей внутреннего сгорания  . . . . . . . . . . . . .  468 

7.11. Автоматическая система контроля загрязнения атмосферы  . . . . . . . . .  471 

7.12. Система радиационного контроля и мониторинга  . . . . . . . . . . . . . . . . .  475 

Библиографический список  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  481 

УСЛОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ 

 

АЛУ
– арифметико-логическое управления

АСУ
– автоматическая система управления

АСНИ
– автоматизированная система научных исследований

АСУТП
– автоматизированная система управления технологическим процессом


АЦП
– аналого-цифровой преобразователь

БИС
– большая интегральная схема

ГЛОНАСС – глобальная навигационная спутниковая система

ГОСТ
– государственный общероссийский стандарт

ГСИ
– государственная система обеспечения единства измерений

ГСО
– государственный стандартный образец

ГСС
– государственная система стандартизации

ИВК
– измерительно-вычислительный комплекс

ИП
– измерительный преобразователь

ИК
– измерительный канал

ИИС
– информационно-измерительная система

ИС
– измерительная система

МВИ
– методика выполнения измерений

МНК
– метод неразрушающий контроля

МПД
– мощность поглощённой дозы

НД
– нормативная документация

НИР
– научно-исследовательская работа

НИОКР
– научно-исследовательская работа

НСП
– неисключённая систематическая погрешность

НТД
– нормативно-техническая документация

ОЗУ
– оперативное запоминающее устройство

ОК
– объект контроля

ОКР
– опытно-конструкторская работа

ОСТ
– общероссийский стандарт

ОТК
– отдел технического контроля

ОС
– окружающая среда

ОУ
– операционный усилитель

ПЗУ
– постоянное запоминающее устройство

ПД
– проектная документация

ПДН
– предельно допустимые нормы

ПИП
– первичный измерительный преобразователь

ПО
– программное обеспечение

СИ
– средство измерений

СКО
– среднее квадратическое отклонение

СО
– стандартный образец

СТД
– система технической диагностики

СЦР
– самоподдерживающаяся цепная реакция

ТЗ
– техническое задание

ТР
– технический регламент

ТУ
– технические условия

ФЗ
– федеральный закон

ЦАП
– цифроаналоговый преобразователь

ЧС
– чрезвычайная ситуация

ЯЭУ
– ядерная энергетическая установка

ВВЕДЕНИЕ 

 

Испытания проводят практически на всех этапах жизненного цикла объекта – 
начиная с научно-исследовательской разработки и кончая эксплуатацией. 

Они должны обеспечить получение объективной оценки результатов научно-

исследовательской и опытно-конструкторской разработок (НИОКР), качества 

изготовления, надёжности, ремонтопригодности, эксплуатационных свойств 

готовой продукции. Испытания должны установить соответствие продукции 

требованиям заказчика, определить возможность и целесообразность НИОКР, а 

также работ по постановке на производство. 

Проведение испытаний готовой продукции требует значительных затрат 

как времени, так и средств, причём, трудоёмкость испытаний, несмотря на 

имеющиеся достижения в области создания автоматизированного испытательного 
оборудования, постоянно растёт. 

Важнейшее условие проведения испытаний – их единство, под которым 

понимают воспроизводимость в пределах, установленных в нормативно-

технической документации (НТД) допусков результатов испытаний, проведённых 
разработчиком, изготовителем, поставщиком и потребителем продукции. В 

систему обеспечения единства испытаний входят: средства измерений и испытательное 
оборудование, метрологическая служба и служба испытаний, стандарты, 
регламентирующие требования к методам и средствам испытаний. 

Развитие технологии производства, усложнение научных исследований 

привело к необходимости одновременного измерения, контроля и анализа нескольких 
десятков, сотен и тысяч параметров одновременно. Всё это дало толчок 
к созданию сложнейших автоматических систем измерений, испытаний и 

контроля. 

Поэтому всё более возрастающие требования предъявляются к качеству 

подготовки технических кадров специалистов, а это в свою очередь связано с 

проблемой повышения эффективности обучения студентов в высшей школе. 

Учебное пособие предназначено для студентов дневной и вечерней форм 

обучения, магистрантов, изучающих дисциплины «Автоматизированный экологический 
мониторинг», «Автоматизация научного эксперимента», «Системы 

экологического мониторинга», «Системы мониторинга городского хозяйства», 

«Автоматизация аналитического контроля», «Информационные измерительные 

системы», «Автоматизация объектов городского хозяйства», «Автоматизация 

измерений, испытаний и контроля» и др. по специальности 220301. Учебное 

пособие составлено в соответствии с программами соответствующих дисциплин, 
в нём использован многолетний опыт преподавания на кафедре «Мониторинг 
и автоматизированные системы контроля» (МАСК) МГУИЭ, в АГЗ 

МЧС России и СПСА. Авторы полагает, что студенты изучили такие дисциплины, 
как «Промышленная электроника», «Информатика», «Метрология», 

«Технические измерения и приборы», «Методы и средства измерений» и «Теория 
автоматического управления», поэтому ряд вопросов, нашедших детальное 

отражение в указанных выше курсах, не освещены в настоящем пособии. 

Учебное пособие состоит из введения и семи глав. 

В первой главе, посвящённой испытанию продукции, даны понятия о 

продукции и её качестве, измерении и испытании, контроле качества продукции, 
средствах измерения, дано краткое изложение Федерального закона об 

обеспечении единства измерений от 26 июня 2008 года. 

Во второй главе изложены сведения об измерительном канале системы 

контроля: агрегатных средствах автоматических систем измерений и контроля, 

пробоотборе и пробоподготовке, аналоговых и цифровых преобразователях 

сигналов, различных интерфейсах, АЦП и ЦАП. 

В третьей главе приведены сведения об алгоритмическом и программном 

обеспечении автоматических систем измерений, испытаний и контроля, о математической 
модели объекта испытаний, планировании эксперимента, обработке 
данных испытаний и методах оптимизации. 

В четвёртой главе рассказано о метрологическом обеспечении измерений 

и испытаний, метрологических характеристиках средств измерений и измери-

тельных систем (ИС), описано экспериментальное определение и контроль характеристик 
погрешности измерительных систем, приведены различные оценки 

эффективности систем контроля. 

В пятой главе приведены методы и прибора анализа жидких сред, автоматические 
микропроцессорные приборы, которые представлены рядом анализаторов 
и концентратомеров, применяемых в химической, нефте- и газохимической 
промышленности, медицине, биотехнологии и пр.: кондуктометры, вискозиметры 
и плотномеры. 

В шестой главе дано понятие об измерительной системе, приведены виды 

ИС, показаны этапы проектирования и внедрения систем, а также рассказано о 

микропроцессорах в системах контроля и каналах связи. 

В седьмой главе описаны автоматические системы измерений, испытаний 

и контроля, реализованные в машиностроении, нефтегазовой промышленности 

и энергетике, городском хозяйстве, для экологического мониторинга и аналитического 
контроля, системах мониторинга ЧС, а также для спутникового дистанционного 
зондирования Земли. 

В результате изучения данного учебного пособия курсант (студент) 

должен: 

знать: 

– принципы и методы автоматизации измерений, контроля и испытаний; 

– базовые элементы, компоненты и агрегатные средства обеспечения автоматизации 
измерений контроля и испытаний; 

– алгоритмическое и программное обеспечение автоматических систем 

измерений, испытаний и контроля; 

– метрологическое характеристики автоматизированных систем; 

– автоматические системы измерений, испытаний и контроля, в т.ч. с использованием 
компьютерной и микропроцессорной техники; 

– СИ МЧС военного и специального назначения 

уметь: 

– выбирать необходимые СИ для измерительных систем для нужд МЧС; 

– применять способы нормирования и определения метрологических характеристик 
средств измерений и измерительных систем; 

– подбирать необходимое метрологическое обеспечение; 

– использовать компьютерные технологии, применяемые для автоматизации 
измерений, контроля и испытаний; 

– использовать современные измерительные технологии на базе микропроцессорных 
систем и специализированных программных средств. 

владеть: 

– навыками работы со средствами автоматизации измерений различных 

физических величин для нужд МЧС; 

– навыками использования основных приёмов обработки экспериментальных 
данных, полученных в результате измерений, испытаний и контроля; 

– навыками автоматизации различных видов контроля и испытаний при 

помощи современных технических средств измерений и автоматизации. 

 

ГЛАВА 1. ИСПЫТАНИЯ И КОНТРОЛЬ ПРОДУКЦИИ 

 

Повышение эффективности (лат. effectys – исполнение, действие, от efficio 

– действую, исполняю) производства, качества и конкурентоспособности продукции 
возможно при наличии многих условий, в том числе при обеспечении 

единства измерений и метрологическом (от греч.  – мера и … – 

наука) обеспечении всего хозяйственного комплекса. 

Научно-технический прогресс (от лат. progressus – движение вперёд, 

успех) предъявляет к промышленной продукции весьма высокие требования, в 

том числе к таким её свойствам, как: 

– широта функциональных возможностей; 

– надёжность; 

– уровень унификации, агрегатирования, использования современной 

элементной базы и вычислительной техники; 

– уровень автоматизации выполняемых изделием функций за счёт использования 
микропроцессорной техники; 

– возможность сопряжения с ЭВМ; 

– экономичность и удобство в работе. 

Актуальной является задача создания промышленных изделий, конкурентоспособных 
на внутреннем и мировом рынках. Повышение конкурентоспособности (
от позднелат. сoncurentia, от лат. concurro – сбегаюсь, сталкиваюсь) 

отечественной продукции требует решения ряда технических, экономических и 

организационных вопросов. 

 

1.1. Продукция и её качество 

 

Продукция (лат. productio, от рrоduco – произвожу, создаю) – это результат 
труда, полученный в определённом месте за определённое время и предназначенный 
для использования потребителями в целях удовлетворения их материальных 
или духовных потребностей. 

ГОСТ Р ИСО 9000–2015 определяет продукцию как результат процесса 

(от лат. processus – продвижение), т.е. результат совокупности взаимосвязанных 
или взаимодействующих видов деятельности, преобразующих входы в выходы. 


Имеются четыре общие категории (от греч.  – признак, высказывание) 
продукции: 

– услуги (перевозки). Предоставление услуги может включать, к примеру, 

следующее: 

– деятельность, осуществленную на поставленной потребителем материальной 
продукции (автомобиль (от греч.  – сам и …лат. mobilis – двигающийся), 
нуждающийся в ремонт, фр. remonte, от remonter – поправить, снова 

собрать); 

– деятельность, осуществленную на поставленной потребителем нематериальной 
продукции (заявление о доходах, необходимое для определения размера 
налога); 

– предоставление нематериальной продукции (информации (от лат. 

informatio – разъяснение, осведомление) в смысле передачи знаний); 

– создание благоприятных условий для потребителей (в гостиницах и ресторанах, 
фр. restaurant, от restaurer – возобновлять восстановлять); 

– программные средства (компьютерная программа (от греч.  

– объявление распоряжение), словарь). Программное средство содержит информацию 
и обычно является нематериальным, может также быть в форме 

подходов, операций или процедуры; 

– технические средства (узел двигателя). Техническое средство, как правило, 
является материальным и его количество выражается исчисляемой характеристикой (
от греч. αρασσω – черчу); 

– перерабатываемые материалы (смазка). Перерабатываемые материалы 

обычно являются материальными и их количество выражается непрерывной 

характеристикой.