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
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