Файл: Электрические измерения. Общий курс учебник.pdf

Глава первая

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЯХ

1. Определение и классификация средств измерений

Электрические измерения и единицы измерений. Задачей электри­ ческих измерений является нахождение значений физических вели­

и происходящих в них процессов. Электрическое сопротивление тела, напряженность электрического поля, масса, время и др. — все это физические величины.

Размер единицы измерения, вообще говоря, может быть любым. Однако измерения должны выполняться в общепринятых единицах. Такие единицы-устанавливаются в каяедой стране особым законода­ тельством с учетом рекомендаций Международных организаций.

В СССР с 1 января 1963 г. введена Международная система еди­ ниц СИ 1 ГОСТ 9867—61. Этим стандартом предусмотрено, что си­ стема СИ должна применяться как предпочтительная во всех обла­ стях науки, техники и народного хозяйства, а также при препода­ вании. Основными единицами СИ являются: метр, килограмм, се­ кунда, ампер, градус Кельвина и свеча 2 . Перечислены также 27 про­ изводных единиц с указанием их размера. Внесистемные единицы, допускаемые к применению, устанавливаются стандартами на еди­ ницы по отдельным областям измерений.

Международная система единиц СИ является универсальной, так как охватывает все области измерений, и когерентной, т. е. такой си­ стемой, в котЪрой производные единицы всех величин могут быть по­ лучены с помощью определяющих уравнений с численными коэф­ фициентами, равными единице. Кроме того, как основные единицы,

13

по своему размеру удобны для практического их применения. Зна­ чительное число единиц СИ: метр, килограмм, секунда, ампер, вольт и др. получили широкое распространение задолго до ее введения. Необходимость перехода к Международной системе единиц дикто­ валась требованиями повышения точности измерений, унификации и уточнения единиц физических величин.

Виды средств электрических измерений. Средствами электриче­ ских измерений называют технические средства, используемые при электрических измерениях и имеющие нормированные метрологи­ ческие свойства. Различают следующие виды средств электрических измерений.

1.Меры.

2.Электроизмерительные приборы.

3.Измерительные преобразователи.

4.Электроизмерительные установки.

5.Измерительные информационные системы.

Мерами называют средства измерений, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера. Разли­ чают однозначные меры, многозначные меры и наборы мер.

Однозначная мера воспроизводит физическую величину одного размера; многозначная мера воспроизводит ряд одноименных вели­ чин различного размера; примером многозначных мер может служить конденсатор переменной емкости, вариометр индуктивности и др. Набор мер представляет собой специально подобранный, комплект мер, применяемых не только по отдельности, но и в различных соче­ таниях с целью воспроизведения ряда одноименных величин различ­ ного размера. Примерами набора мер являются магазины сопротив­

ческих измерений, предназначенные для выработки сигналов изме­ рительной информации, т. е. сигналов, функционально связанных с измеряемыми физическими величинами, в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Они весьма разнооб­ разны по своему принципу действия и конструктивному оформлению

Электроизмерительные приборы, показания которых являются непрерывными функциями изменений измеряемых величин, называ­ ются аналоговыми приборами.

Электроизмерительные приборы, автоматически вырабатываю­ щие дискретные сигналы измерительной информации, показания которых представлены в цифровой форме, называются цифровыми приборами.

В зависимости от того, допускает ли электроизмерительный при­ бор только считывание показаний или допускает считывание и реги­ страцию показаний в той или иной форме или только регистрацию, все приборы могут быть разделены на две группы: показывающие приборы и регистрирующие приборы.

14

Если регистрирующий измерительный прибор дает запись пока­ заний в форме диаграммы, то такие приборы называют самопишу­ щими.

Регистрирующий измерительный прибор, в котором предусмот­ рено печатание показаний в цифровой форме, называют печатающим электроизмерительным прибором.

Электроизмерительные приборы, показания которых функцио­ нально связаны с суммой двух или нескольких величин, подводимых к ним по различным каналам, называют суммирующими. Примером суммирующего прибора может служить ваттметр, предназначенный для измерения суммарной мощности нескольких генераторов.

Широкое распространение получили так называемые интегрирую­ щие приборы, в которых подводимая величина подвергается интегри­ рованию по времени или по другой независимой переменной. При­ мером может служить электрический счетчик энергии.

Для возможности измерения прибором тойили иной физической величины в принятых единицах обязательно должна участвовать мера. Электроизмерительный прибор может быть заранее градуирован в единицах измеряемой величины, т. е. мера участвовала в процессе изготовления прибора.

Существуют приборы, предназначенные для непосредственного сравнения измеряемой величины с величиной, значение которой известно. Такие электроизмерительные приборы называют приборами сравнения. Примерами приборов сравнения являются мосты, потен­ циометры и др. (см. гл. 6).

В приборах сравнения и некоторых других для установления отсутствия тока в каком-либо участке цепи или равенства напряжений на каких-либо участках цепи применяются приборы, получившие название нуль-индикаторов. Примерами нуль-индикаторов могут быть гальванометры или электронные устройства, выдающие им­ пульс тока (или прекращающие выдачу импульсов) при равенстве двух напряжений, подводимых к их входам.

Дальнейшие подразделения приборов по существенным конструк­ тивным и функциональным признакам представляют собой парал­ лельные классификации, помогающие выявить техническую сущ­

2) переносные, т. е. такие, корпуса которых не предназначены для жесткого крепления на месте установки.

В зависимости от степени защищенности приборы бывают обык­ новенными, пыле-, водо-,-брызгозащищенными, герметическими и др.

По роду измеряемой величины приборы делятся на амперметры — для измерения тока; вольтметры — для измерения напряжения; омметры — для измерения сопротивления и т. п.

Кроме указанных классификаций, существуют и другие, рассмот­ ренные дальше.

15

Измерительными преобразователями называют средства электри­ ческих измерений, предназначенные для выработки сигнала измери­ тельной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшею преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем.

В зависимости от характера измеряемых величин различаются следующие виды измерительных преобразователей:

1) преобразователи электрических величин в электрические же

относятся шунты, делители напряжения, добавочные сопротивле­ ния, измерительные трансформаторы и другие устройства. Приме­ нение преобразователей позволяет изготовлять приборы на раз­ ные пределы измерений, производить измерения относительно боль­ ших токов и напряжений приборами, имеющими меньшие пределы измерений и т. д. К преобразователям электрических величин в элект­ рические же величины относятся многочисленные преобразователи, предназначенные для получения сигналов измерительной информа­ ции в форме, удобной для ее передачи, преобразования, обработки хранения. Примерами подобного рода преобразователей являются преобразователи измеряемых электрических величин в цифровой код (см. гл. 9), который может быть использован для передачи изме­ рительной информации но каналам связи или для введения в элект­ ронные вычислительные машины для последующей обработки по за­ данной программе или для представления измерительной информа­ ции в цифровой форме. К преобразователям электрических величин

вэлектрические могут быть отнесены преобразователи, применяемые

вмагнитных измерениях с использованием электроизмерительных приборов. Примером может служить преобразователь Холла.

Преобразователи неэлектрических величин в электрические пред­ ставляют собой обширную группу преобразователей, применяемых при электрических измерениях неэлектрических величин. Примером могут служить различные термосопротивления, индуктивные пре­ образователи и другие приборы, при помощи которых измеряемая неэлектрическая величина (температура, давление и др.) отобража­ ется электрической величиной (электрическое сопротивление, ин­ дуктивность и др.), находящейся в определенной функциональной зависимости от измеряемой неэлектрической величины. Измеритель­ ные преобразователи неэлектрических величин в электрические рас­ смотрены в гл. 8.

Некоторые виды измерительных преобразователей иногда назы­ вают датчиками \ под которыми понимают конструктивную совокуп­ ность одного или нескольких измерительных преобразователей и со­ путствующих им конструктивных элементов, размещаемых непосред-

1 Следует отметить, что терминологию в области средств электроизмери­ тельной техники в настоящее время еще нельзя считать окончательно устано­ вившейся.

1 6