Файл: Быков М.А. Электрические измерения электрических величин [учеб. пособие].pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 120

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

М И Н И С Т Е Р С Т В О

М О С К О В С К И Й

В Ы С Ш Е Г О И С Р Е Д Н Е Г О

О Р Д Е Н А Т Р У Д О В О Г О

С П Е Ц И А Л Ь Н О Г О

К Р А С Н О Г О З Н А М Е Н И

О Б Р А З О В А Н И Я СССР

Г О Р Н Ы Й И Н С Т И Т У Т

М. А. БЫКОВ,

Е.М. ЛЕБЕДЕВА,

Т.Б. Л И П Е Р О В С К А Я

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

ИЗМЕРЕНИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ВЕЛИЧИН

Под редакцией проф. А. С. КАСАТКИНА

Одобрено Ученым советом

МОСКВА — 1973

1

Гetc. П'.'5

:ИЧ:

ч.-І

І

научно-. •:-л-

; ."ад

\

блЪп/.оіь-лр.

С

-CP

'

Э К З Е М П Л Я Р

!

Ч И Т А / : ь н о г а

©АЛА

 

 

 

АННОТАЦИЯ

 

 

 

 

 

Настоящее

учебное

пособие

предназначено

для

сту­

дентов

дневного,

вечернего

и

заочного

отделений

Мо­

сковского горного

института, изучающих

курс

«Электри­

ческие

измерения

электрических

 

и неэлектрических

ве­

личин».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для

первой

части

этого

курса,

«Электрические

изме­

рения

электрических

величин»,

в

настоящее

время

нет

соответствующего

учебника, что и

вызвало

необходи­

мость написания

данного

пособия.

 

 

Учебное пособие составлено

в

соответствии

с про­

граммой, утвержденной

Ученым

советом МГИ.

 


В В Е Д Е Н И Е

Огромная, исключительно важная роль, которую играют измерения во всех отраслях современной науки, техники, про­ мышленного производства, всего процесса материального раз­ вития современного человеческого общества, теснейшим образом связана с содержанием самого понятия «измерение», полностью им определяется. Как будет более подробно рас­ смотрено позднее, «измерение есть познавательный процесс, заключающийся в сравнении—: путем физического экспери­ мента— данной измеряемой величины с некоторым ее значе­ нием, принятым за единицу сравнения» *. Действительно, все знания, которыми обладает в настоящее время человечество в области точных наук, целиком и полностью основываются на результатах измерений, произведенных в соответствующих областях науки и техники на протяжении минувших десятиле­ тий, столетий.

Особенно важна роль измерений в нашей стране, в кото­ рой темпы научного и промышленного развития — как'в коли­

чественном, так и в еще большей степени в качественном

от­

ношении — велики, как ни в одной другой стране. Именно

те

серьезные качественные изменения, которые непрерывно про­ исходят во всех отраслях наших отечественных науки, техники, промышленности, делают необходимыми непрерывное изуче­ ние и исследование новых явлений, свойств, материалов, про­ цессов и т. п., а это, в свою очередь, требует .разработки и при­ менения новых видов измерений, все большего повышения их

точности, охвата ими новых, «трудных»

для

измерения видов

физических величин, пределов их значений

или их измерений

в особенно трудных и специфических условиях.

Электрические измерения име,ют при этом особое значение,

обусловленное двумя причинами.

 

 

Первая из этих причин заключается

в том, что в отличие

от многах других физических величин

электрические (и маг­

нитные) величины никак непосредственно не воспринимаются ни одним из органов чувств человека: человек не может ощу­

тить, протекает ли какой-либо малый или даже

большой ток

в находящемся перед

ним проводнике. Д а ж е если

им и ощу-

* М. Ф. М а л и к о в .

«Основы метрологии», М., 1949,

стр.

18.

3


щается происходящее при протекании тока нагревание про­ водника, это все же не является ощущением тока как такового: это не будет таким непосредственным ощущением, как, напри­ мер, ощущение разности высот расположения двух предметов или массы поднимаемого груза и т. п. Человек совершенно ли­ шен возможности восприятия своими органами чувств любых параметров магнитного поля, равно как и таких параметров электрических цепей, как сопротивление, индуктивность, ем­

кость и т. д.

 

По этой причине человеку электрические измерения

нужны

не только для количественной и точной оценки электрических

и магнитных явлений и процессов, но и для получения

самых

общих физических представлений и знаний о них. Без электри­ ческих и магнитных измерений человек может в них разо­ браться не больше, чем, скажем, в мире микробов и бактерий, не обладая микроскопом.

Вторая из этих причин заключается в том, что электриче­ ские измерения—*ак почти и всякое другое использование электрических явлений и процессов — оказались чрезвычайно «гибкими» и весьма универсальными процессами, применимы­ ми для измерения не только электрических или магнитных ве­ личин, но также и весьма многих неэлектрических величин, таких, как пространственные перемещения, силы, ускорения, массы, температуры, различные световые величины и многие другие. Для таких и з м е р е н а используются те или иные связи, которые существуют или могут быть созданы между данной измеряемой неэлектрической величиной и какой-то электриче­ ской величиной: измеряя последнюю одним из удобных для этого способов электрических измерений, получают вполне оп­ ределенное количественное суждение и об интересующей не­ электрической величине; при этом весьма часто оказывается возможным выполнение измерений в условиях, при которых непосредственное измерение этих неэлектрических величин (неэлектрическим методом) просто невозможно (например, измерение с Земли всех параметров медицинского контроля за состоянием космонавтов во время их полета в космосе...).

Все изложенное выше и определяет ту высокую степень важности и необходимости», которую имеет изучение курса электрических измерений для.студентов технических специаль­ ностей.


ГЛАВА I

ИЗМЕРЕНИЕ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

§ 1. ПОНЯТИЕ ОБ ИЗМЕРЕНИИ. МЕРЫ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ

ПРИБОРЫ

Как было сказано уже во введении, «измерение есть позна­ вательный процесс, заключающийся в сравнении — путем фи­ зического эксперимента—.данной измеряемой величины с не­ которым ее значением, принятым за единицу сравнения (изме­ рения) ».

Поскольку все физические величины находятся так или иначе в прямой или косвенной связи друг с другом, в анало­ гичной взаимной связи находятся и единицы их измерений. Поэтому нельзя единицы любых величин устанавливать любо­ го про невольного размера, эти единицы должны находиться в определенных соотношениях друг с другом. Вместе взятые, они должны составлять некоторую общую систему — систему единиц. В системе единиц только так называемые основные единицы устанавливаются произвольно, единицы же измере­ ния івсех остальных величин являются производными и нахо­ дятся в определенных зависимостях от основных, соответствен­ но взаимным связям между Зтими физическими величинами.

В настоящее время в СССР

принята

для всеобщего и по­

всеместного применения

так

называемая система' единиц

С И * — Международная

система единиц

(табл. 1-1).

Как уже отмечалось выше, измерение представляет собою процесс сравнения измеряемой величины с единицей ее изме­ рения. Однако, чтобы практически осуществлять такое сравне­ ние, очевидно, будет недостаточно иметь только принципиаль-

* Это наименование происходит от первых букв названия

этой систе­

мы на французском

языке (принятого в области метрологии

в качестве

международного):

„Systeme International" —«Международная

Система»

(единиц измерения).

5

Ное, теоретическое определение этой единицы измерения, но необходимо иметь и какое-то вещественное осуществление ее. Такое вещественное осуществление единицы измерения, или ее определенного кратного, ил:и дольного значения называется мерой.

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

1-1

Некоторые основные и производные единицы системы СИ

 

 

 

 

 

Обозначение

 

 

 

 

 

Физическаизическая

О б о з -

1 Единица

единицы

Определение

 

 

величина

начение

измерения

р у с ­

латин­

единицы

измерения

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

ское

ское

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Метр есть

длина,

 

равная

 

 

 

 

 

1 650 763, 73 длин

волн в

Длина

1 •

метр

м

m

вакууме

излучения,

соот­

 

 

 

 

 

ветствующего

переходу

 

 

 

 

 

между

уровнями

2 р 1 п и

 

 

 

 

 

5Й?5 атома

Кг—86.

 

Масса

m

кило­

кг

kg

 

 

грамм

 

 

Время

t с е к у н д а

сек

s

\

Сила электри ­

/, і ампер

а

А

ческого ток»

 

 

 

Сила

F, f ньютон

н

N

Килограмм — единица мас­

сы — представлен

массой

международного

прототи­

па килограмма

 

Секунда — 1,/31 556 925,9747 часть тропического года для 1900 г. янзаря 0 в 12 часов эфемеридного вре­ мени

Ампер — сила неизменяюще­

гося

тока,

который, буду­

чи

поддерживаемым в

двух параллельных

прямо­

линейных

 

проводниках

бесконечной

длины и ни­

чтожно

малого

кругового

сечения,

 

расположенных

на расстоянии

1 м один от

другого в вакууме,

вызвал

бы

между

этими

провод­

никами'

 

силу,

 

равную

2-10~7 единицы силы си­

стемы СИ * на

метр дли­

ны

 

 

 

 

 

 

Ньютон—сила,

 

сообщаю­

щая

телу

с

 

постоянной

массой в

1 кг

 

ускорение

в 1 мjce

к2

 

 

 

 

*НЬЮТОН.

6


 

 

 

 

 

Продолжение

табл.

1-і

 

О б о з ­

 

Обозначение

 

 

 

 

 

 

 

Физическая

Единица

единицы

 

Определение

 

 

величина

наче­

измерения

 

 

 

единицы измерения

 

 

ние

р у с -

латин­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ское

ское

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д ж о у ль — работа,

которую

 

 

 

 

 

совершает постоянная

си­

Работа

А

джоуль

дж

J

ла

в 1 н

на

пути

в

1 м,

пройденном

телом

 

под

 

 

 

 

 

действием этой силы в на­

 

 

 

 

 

правлении, совпадающем е

 

 

 

 

 

направлением

силы

 

 

Мощность

Р, N

ватт

вт

W

Ватт — мощность,

при

кото­

рой

за

1 сек

совершается

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

работа в

1 дж

 

 

 

Количество электричест­ ва, электри­ ческий з а р я д

Электрический

потенциал

Электрическое сопротивле­ ние

 

 

 

 

Кулон—количество

элек­

 

 

 

 

тричества,

 

протекающее

Q.q

кулон

к

С

через

поперечное

сечение

 

 

 

 

проводника

в

течение

 

 

 

 

1

сек

 

при силе

постоянно­

 

 

 

 

го тока

в

1 а

 

 

 

 

 

 

 

 

Вольт — электрическое

на­

 

 

 

 

пряжение на

участке элек­

 

 

 

 

трической

цепи

при

про­

 

 

 

 

хождении

1 к

электричест­

 

 

 

 

ва

и

получении

работы в

 

 

 

 

1

дж,

 

или: Вольт — раз­

ѵ,ч

вольт

в

V

ность

 

потенциалов

между

 

 

 

 

двумя

точками

линейного

 

 

 

 

проводника,

по

которому

 

 

 

 

протекает

 

 

постоянный

 

 

 

 

электрический ток

1 а, ес­

 

 

 

 

ли

мощность,

потребляе­

 

 

 

 

мая

между

этими

точка­

 

 

 

 

ми, равна

1 вт

 

 

 

 

 

 

 

Ом — электрическое

сопро­

 

 

 

 

тивление

между

дзумя

 

 

 

о

точками

линейного

 

про­

R,r

ом

ом

водника,

в

котором

по­

 

 

 

 

стоянная

разность

потен­

 

 

 

 

циалов

 

между

.этими

точ­

 

 

 

 

ками в

 

1 в производит

по­

 

 

 

 

стоянный

ток

силой в

1 а

 

 

 

 

 

Фарада — электрическая

ем­

Электрическая

 

 

 

 

кость

проводника,

потен­

 

ф а р а д а

 

F

циал

которого

увеличи­

емкость

С

ф

вается на 1 в при

сообще­

 

 

 

 

 

нии проводнику

заряда

в

 

 

 

 

 

1 к,

или:

 

 

 

7