Файл: Попов В.С. Электрические измерения (с лабораторными работами) учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 112
Скачиваний: 0
в . с . ПОПОВ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
ИЗМЕРЕНИЯ
(С ЛАБОРАТОРНЫМИ РАБОТАМИ)
Изд. 2-е, переработанное и дополненное
Допущено |
Министерством |
высшего и среднего |
||
специального |
образования |
СССР |
||
в |
качестве |
учебника |
для |
средних |
специальных |
учебных |
заведений |
«Э Н Е Р Г И Я»
МОСКВА 19'
6П2.1.083 П 5 8 621.317
Попов В. С.
П 58 Электрические измерения (с лабораторными рабо тами) . Учебник для техникумов. Изд. 2-е, переработ, и доп. М., «Энергия», 1974.
400 с. с пл.
В книге рассмотрены аналоговые п цифровые приборы и ме тоды измерения тока, напряжения, сопротивления, ппдуктивностп, взаимной индуктивности, емкости, мощности, энергии, сдвига фаз и частоты, магнитные измерения, измерения неэлектрических вели чин электрическими методами.
Специальная глава посвящена лабораторным работам по элек трическим измерениям.
Книга является учебником для энергетических и электромеха нических техникумов неприборостроительных специальностей. Она моя?ет служить пособием для инженерно-технических работников.
„ |
3313—009 |
6П2.1.083 |
П |
7^777777777 140-74 |
|
|
051(01)-74 |
|
©Издательство «Энергия», 1974 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящая книга является учебником по электриче ским измерениям для энергетических и электромехани ческих техникумов неприборостроительных специально стей.
Содержание ее соответствует программе указанного курса. В книге изложены сведения об электроизмеритель ных приборах и методах измерений основных электриче ских, магнитных и неэлектрических величин.
Во второе издание книги внесены все необходимые изменения, связанные с введением в действие ГОСТ- 16263-70 «Метрология, термины и определения» и нали чием проекта ГОСТ «Единицы физических величин», а также изменения, рекомендованные отделом электрорадио технических специальностей научно-методического кабине та по среднему специальному образованию M B и ССО СССР.
Наибольшим дополнениям и изменениям подверглись гл. 1 и 5 (цифровые приборы).
В гл. 14 даны методические указания к работам в ла боратории электрических измерений и описания 20 лабо раторных работ, отсутствовавших в первом издании книги.
Автор выражает благодарность канд. техн. наук В. М. Агапову за помощь и участие в работе над книгой как в предыдущих, так и в настоящем изданиях.
Автор - весьма признателен преподавателю Всесоюз ного заочного электромеханического техникума Л. П. Лю бимовой за доброжелательную критику и ценные ука зания при рецензировании книги, а также инженеру Б. Р. Шульману за большую работу по редактированию книги.
Автор
1*
ВВЕДЕНИЕ
Измерения являются одним из основных средств по знания природы, ее явлений и законов.
Особенно важную роль играют электрические измере ния, так как теоретическая и прикладная электротех ника имеет дело с различными электрическими и магнит ными величинами и явлениями, которые не восприни маются непосредственно нашими органами чувств. По этому обнаружение присутствия этих величин, количе ственное определение их, а также изучение электрических и магнитных явлений возможно только при помощи элек троизмерительных приборов.
Любая электроустановка может работать нормально, если все составляющие ее элементы: генераторы, прием ники энергии, передающие, преобразующие и другие устройства и приборы — удовлетворяют определенным тех ническим требованиям. Проверка выполнения указанных требований производится при помощи электроизмери тельных приборов. Эта проверка производится не только в процессе монтажа и эксплуатации установки, но и в про цессе изготовления отдельных ее звеньев: электрических машин, трансформаторов, аппаратов, приборов и т. п.
Установку и проверку режима работы электроуста новки, который определяется напряжениями, токами, мощностями и другими величинами, действующими в от дельных цепях, можно производить только при помощи электроизмерительных приборов.
Быстро развивающейся областью измерительной тех ники является измерение неэлектрических величин элект рическими приборами и методами. Это объясняется воз можностью непрерывного измерения и 'записью его ре зультатов на расстоянии, высокой точностью, чувстви тельностью и другими положительными свойствами элек трических методов и приборов измерения.
В современном производстве соблюдение любого тех нологического процесса и автоматизация управления обес-
4
печиваются применением измерительной техники и тесно связанной с ней автоматики.
Таким образом, электрические измерения обеспечи вают рациональное ведение любых технологических про цессов, бесперебойную работу электроустановок и т. п., а . следовательно, улучшают технико-экономические по казатели работы предприятия.
Зародившаяся и выросшая за годы Советской власти отечественная электроприборостроительная промышлен ность выпускает в настоящее время все необходимые для науки и техники контрольно-измерительные приборы.
Задача настоящей книги — познакомить читателя с основными положениями измерительной техники, с ра циональным выбором и применением электроизмеритель ных приборов.
Глава первая
ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ
I I ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
1-1. ОСНОВНЫЕ П О Н Я Т И Я
а) Общие сведения
Наука об измерениях, методах и средствах обеспече ния их единства и достижения требуемой точности назы вается м е т р о л о г и е й .
И з м е р е н и е м называется нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специаль ных технических средств — мер н измерительных при боров. Результат измерения выражают именованным чис лом, состоящим из числа и названия единицы измерения, например напряжение равно 127 В.
М е р о й называется средство измерений, предна значенное для воспроизведения физической величины
заданного размера. |
|
И з м е р и т е л ь н ы м |
п р и б о р о м называется |
средство измерений, предназначенное для выработки сиг нала измерительной информации в форме, доступной для
непосредственного восприятия наблюдателем. |
И з м е р и |
|
т е л ь н а я |
и н ф о р м а ц и я — это информация о |
|
значениях |
измеряемых величин. |
|
Меры и приборы делятся на р а б о ч и е |
и о б р а з |
ц о в ы е . Первые из них применяются для практических измерений, не связанных с передачей размера единиц дру гим мерам и приборам, вторые, утвержденные в качестве
образцовых, — для поверки по |
ним других средств из |
мерений. |
|
И с т и н н о е з н а ч е н и е |
физической величины — |
это такое ее значение, которое идеальным образом отра жает (качественно и количественно) физическую вели-
6
чину. Истинное значение величины остается неизвестным вследствие отсутствия идеальных средств измерения, поэтому на практике вместо истинного значения приме няют действительное значение величины.
Под д е й с т в и т е л ь н ы м з н а ч е н и е м физи ческой величины понимают ее значение, найденное экс
периментально и |
настолько близкое |
к |
истинному зна |
|
чению, что может |
быть |
использовано |
вместо него. |
|
Р е з у л ь т а т о м |
и з м е р е н и я , |
или измерен |
ным значением, называется значение величины, найден
ное |
при ее измерении. |
|
|
А б с о л ю т н а я |
п о г р е ш н о с т ь |
и з м е р е |
|
н и я |
ДА — это отклонение результата |
измерения Ак |
от истинного (или действительного) значения измеренной
величины |
А: |
А А = = А а _ А . |
|
( |
М ) |
|
|
Отношение абсолютной погрешности измерения к ис |
|||||
тинному |
значению |
измеряемой |
величины, |
выраженное |
||
в |
процентах, представляет собой |
о т н о с и т е л ь н у ю |
||||
п о г р е ш н о с т ь |
и з м е р е j t и я: |
|
|
|||
|
|
|
У А = ^ . Ю 0 % . |
(1-2) |
||
|
В большинстве случаев абсолютная погрешность АА |
= |
||||
= |
А„ — А мала, |
следовательно, |
результат |
измерения |
||
Аи |
мало отличается от А, поэтому для практических рас |
четов в знаменателе формулы погрешности (1-2) истинное
значение А можно заменить результатом |
изменения Аа. |
|||
Пример 1-1. Результат |
измерения |
напряжения Ья = 222 В . |
||
Действительное |
значение |
напряжения |
U = 220 |
В . |
Абсолютная |
погрешность измерения |
|
||
|
AU=Ua— |
(7 = 222 - |
220 = 2 В. |
|
Относительная погрешность пзмеренпя
Чи = Щг • 100% = g i g • 100% =« 2 % .
|
б) Методы |
измерений |
В зависимости от способа получения результата из |
||
мерения делятся |
на прямые |
и косвенные. |
П р я м ы м и |
и з м е р е н и я м и называются та |
кие, при которых искомое значение величины находится непосредственно из опытных данных. Примерами прямых
7
измерений являются измерения тока амперметром, на пряжения — вольтметром и т. д.
К о с в е н н ы м и и з м е р е н и я м и называются такие, при которых определяемая величина не измеряется непосредственно, а искомое значение ее находится под счетом на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измере ниям. Например, сопротивление г находится по закону Ома V = UII после измерениявеличин напряжения U
итока / .
Ме т о д и з м е р е н и я — это совокупность при емов использования средств измерений и принципов из мерений, т. е. физических явлений, на которых основаны измерения. -При измерениях электрических величин при меняются различные методы измерений, главными из которых являются методы непосредственной оценки и методы сравнения.
Под м е т о д о м |
н е п о с р е д с т в е н н о й о ц е н - |
к и понимают метод, |
в котором значение измеряемой ве |
личины определяется непосредственно по отсчетному уст ройству измерительного прибора (прямого действия), на пример измерение тока амперметром.
М е т о д с р а в н е н и я (с мерой) — это метод, . в котором измеряемая величина сравнивается с величи ной воспроизводимой мерой, например измерение э. д. с. путем сравнения ее с мерой э. д. с. — э. д. с. нормаль ного элемента.
К разновидностям метода сравнения относятся диф ференциальный метод, нулевой метод, метод замещения и др. -
Д и ф ф е р е н ц и а л ь н ы й м е т о д . Метод срав нения с мерой, в котором прибор измеряет разность из меряемой величины и известной величины, воспроизводи мой мерой.
Н у л е в о й м е т о д . Метод сравнения с мерой, в ко
торой результирующий |
эффект воздействия |
измеряемой |
и известной величин |
на прибор сравнения |
доводится |
до нуля. Примером может служить одинарный мост для измерения сопротивлений!
М е т о д з а м е щ е н и я . Метод сравнения с мерой, в котором измеряемая величина замещается известной величиной, воспроизводимой мерой.
В электротехнике' при относительно невысокой точности измерений (0,2—10%) наиболее часто применяются ме-
8
тоды непосредственной оценки как наиболее простые, требующие наименьшей затраты времени. Методы срав
нения применяются обычно в |
лабораторной |
практике |
для получения более точных |
результатов |
измерения |
( 0 , 0 1 - 0 , 1 % ) . |
|
|
При косвенных измерениях погрешность всегда больше, чем при прямых. Это выгодно отличает прямые измерения.
в) Погрешности измерений
При любом измерении результат измерения отличается от истинного значения величины вследствие несовершен ства средств и методов измерения, субъективных ошибок экспериментатора и из-за различных случайных влияний на результат измерения. Поэтому при всяком измерении, кроме результата измерения, необходимо определять и точность измерения, т. е. качество измерения, отражаю щее близость результата измерения к истинному значе нию величины. Высокой точности измерения соответст вует малая погрешность и, наоборот, большой погреш ности — низкая точность измерения.
Результат измерения обычно записывают в виде суммы
двух |
величин: |
одной — найденного значения измерен |
ной |
величины |
и второй — наибольшей возможной абсо |
лютной или относительной погрешности измерения, т. е.
А=АВ±АА или А — Ац±~• 100% =А„±уА. (1-3)
Такая запись показывает, что истинное значение из меренной величины может отличаться от найденного зна-. чения ее не более чем на АА или УА-
Погрешности измерений делят на систематические, случайные и грубые.
Под с и с т е м а т и ч е с к и м п понимают погрешно |
|
сти измерения, остающиеся постоянными или закономерно |
|
изменяющимися при повторных измерениях |
одной и той |
же величины. Систематическую погрешность |
можно опре |
делить, и влияние ее на результат измерения устранить введением поправки. К систематическим погрешностям
относятся, |
например, |
и н с т р у м е н т а л ь н ы е |
п о |
||
г р е ш н о с т и , зависящие от погрешностей |
|
применяе |
|||
мых средств измерений, п о г р е ш н о с т и |
|
|
у с т а |
||
н о в к и , |
вызванные |
неправильной установкой |
прибора; |
||
м е т о д и ч е с к и е |
п о г р е ш н о с т и , |
происходя |
|||
щие от несовершенства метода измерения, и др. |
|
|
9