Рекомендовано Научно-методическим советом ПГУ им.Т.Г. Шевченко
Рекомендовано Научно-методическим советом ПГУ им.Т.Г. Шевченко
© А.В. Костантиновская Составление: 2016
| ОГЛАВЛЕНИЕ Введение | |
| РАЗДЕЛ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ВИДОВ, МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ | |
| Тема 1.1. Понятие об измерениях. Единицы измерений. Единство измерений. Виды и методы измерений. | |
| Тема 1.2. Классификация и функции средств измерений. | |
| Тема 1.3. Примеры мер, измерительных преобразователей, измерительных приборов, измерительно-информационных установок и систем. | |
| РАЗДЕЛ 2. ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ | |
| Тема 2.1. Погрешности измерений. Класс точности средств измерений. | |
| Тема 2.2. . Поверка измерительных приборов | |
| Тема 2.3. Метрологические характеристики средств измерений. | |
| РАЗДЕЛ 3. АНАЛГОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ | |
| Тема 3.1. Измерение тока и напряжения. Амперметры и вольтметры магнитоэлектрической системы. | |
| Тема 3.2. Омметры и логометры магнитоэлектрической системы. Измерение сопротивления. | |
| Тема 3.3. Выпрямители. Термопары. Принцип действия амперметров и вольтметров выпрямительной и термоэлектрической систем. | |
| Тема 3.4. Измерительные трансформаторы | |
| Тема 3.5. Амперметры и вольтметры электромагнитной системы | |
| Тема 3.6. Амперметры, вольтметры и ваттметры электродинамической и ферродинамической систем. Измерение мощности | |
| Тема 3.7. Индукционная измерительная система | |
| Тема 3.8. Счетчики электрической энергии | |
| РАЗДЕЛ 4. ЭЛЕКТРОННЫЕ АНАЛГОВЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ | |
| Тема 4.1. Электронные вольтметры постоянного и переменного напряжения. | |
| РАЗДЕЛ 5. КОМПЕНСАТОРЫ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МОСТЫ | |
| Тема 5.1. Упрощенная электрическая схема компенсатора постоянного тока. Четырёхплечный мост. | |
| Тема 5.2. Применение мостов постоянного тока для определения места повреждения электрического кабеля. | |
| Тема 5.3. Мосты переменного тока. Измерение параметров конденсаторов и катушек индуктивности. | |
| РАЗДЕЛ 6. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ОСЦИЛЛОГРАФЫ | |
| Тема 6.1. Устройство электронно-лучевого осциллографа. Применение осциллографа для измерений. | |
| РАЗДЕЛ 7. АНАЛОГОВЫЕ РЕГИСТРИРУЮЩИЕ ПРИБОРЫ | |
| Тема 7.1. Самопишущие приборы | |
| Тема 7.2. Аналоговые запоминающие осциллографы. | |
| РАЗДЕЛ 8. ЦИФРОВЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ И МУЛЬТИМЕТРЫ | |
| Тема 8.1. Цифровые методы и средства измерений. Методы аналогово-цифрового преобразования. | |
| Тема 8.2. Структура цифрового вольтметра и мультиметра. | |
| РАЗДЕЛ 9. ЦИФРОВЫЕ ЧАСТОТОМЕТРЫ И ФАЗОМЕТРЫ | |
| Тема 9.1. Устройство цифровых частотомеров и фазометров. | |
| РАЗДЕЛ 10. ВЛИЯНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ НА ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ | |
| Литература |
ВВЕДЕНИЕ
Электротехнические измерения представляют собой совокупность электрических и электронных измерений, которые можно рассматривать как один из разделов метрологии.
Название «метрология» образовано от двух греческих слов: metron — мера и logos — слово, учение; дословно: учение о мере. В современном понимании метрологией называют науку об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
Познание человеком окружающего мира неразрывно связано с наблюдениями и экспериментами. Получение информации в процессе наблюдения и экспериментов базируется на измерениях. На протяжении всей истории развития науки и техники перед человеком возникало и возникает множество вопросов и проблем, для решения которых необходимо располагать количественной информацией о том или ином свойстве объектов материального мира (явлении, процессе, веществе, изделии, теле и др.). Основным способом получения такой информации являются измерения, при правильном выполнении которых находится результат измерения, с большей или меньшей точностью отражающий интересующие свойства объекта познания.
В первой половине восемнадцатого века один из французских ученых Шарль Дюфе изобрел прибор для изучения электричества в атмосфере, и назвал его электроскоп. Спустя несколько лет, его дело подхватил российский естествоиспытатель М.Ломоносов. Проходит совсем немного времени и в середине 80-х годов восемнадцатого века такая наука, как электростатика совершает рывок вперед, после изобретения Ш.Кулоном его знаменитых крутильных весов (электростатическое устройство).
После изобретения первых электроизмерительных приборов начался период накопления знаний. В девятнадцатом веке они достигли такого объема, что науке об электричестве пришлось выделять отдельные отрасли. Такой отраслью стала электродинамика. В это время появляются первые гальванометры – приборы для измерения постоянного и переменного тока. Приблизительно в этот же период, ученые выделяют еще одну отрасль – электротехнику. Физики по всему миру начинают разрабатывать новые методы электроизмерений. Э.Ленц выделяет баллистический метод, Кристи – мостовой, а И. Поггендорф – компенсационный.
Для любого измерения, необходимо оперировать какими-то эталонными величинами. Ученые начинают разрабатывать свои единицы измерений. Российский физик Б.С.Якоби предлагает за одну единицу электрического сопротивления принять сопротивление медной проволоки, длина которой составляла 25 футов (7,62 м), а вес равнялся 345 гран (22,5 г). Французскими академиками принимается несколько другая единица измерения – единица Бреге. Бреге равнялась сопротивлению стальной проволоки длиной 1 км. и диаметром 4 мм. В Германии за единицу сопротивления приняли ртутный столб и т.д.
Электротехника начала свое активное развитие после создания и применения в разных отраслях электрогенераторов. Лучшие электротехники девятнадцатого века трудились над созданием различных приборов для электроизмерений. Без этих технических средств дальнейшее развитие этой области стало бы невозможно.
В конце 19-го столетия двое французских ученых д’Арсонваль и Депре создают первый высокочувствительный гальванометр. Спустя несколько лет российский физик М. Доливо-Добровольский создает приборы, которые позже лягут в основу современных вольтметров, амперметров и ваттметров.
Электротехнические измерения широко используются во многих сферах жизни:
-медицине (компьютерная томография, кардиографы и многое другое);
-торговле (весовая измерительная база, терминалы);
-службе ГИБДД (определение скорости перемещения автомобиля, основанное на эффекте Доплера);
-службе времени (разнообразные часы);
-быту (счетчики для учета расхода воды, электроэнергии, тепла).
Широкое использование электротехнических измерений в смежных отраслях, например в микроэлектронике для оценки изделий и технологических процессов, решает проблемы повышения качества продукции, а качество в условиях рыночной экономики является важнейшим показателем конкурентоспособности любого изделия.
Одно из главных направлений развития современной измерительной техники — переход на цифровые методы с использованием приборов с цифровым отсчетом, автоматизация измерений и дальнейшее развитие компьютерно-измерительных систем (КИС), в частности, их разновидности — виртуальных измерительных приборов.
Огромное количество измерений производится с помощью разных по принципу действия и точности средств измерения. Результаты измерений, полученные экспериментаторами в разное время и в разных местах, должны быть сопоставимы между собой. Необходимо также обеспечить единство измерений в масштабах каждого предприятия и всего государства в целом. Поэтому органы метрологического надзора наделены законодательными функциями. Нормативно-техническая документация разрабатывается с учетом норм и правил выполнения измерений, а также требований, направленных на достижение единства измерений. Порядок разработки и испытаний средств измерения, термины, определения, единицы физических величин и правила их применения унифицированы и узаконены стандартами Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ) и другими обязательными к применению нормативными документами.
Электротехнические измерения играют существенную роль в развитии современной техники. Это касается не только таких отраслей, как электроэнергетика, радиоэлектроника, вычислительная техника, но и многих других, поскольку электронные измерительные приборы применяются для измерения любых электрических и неэлектрических величин. Создание информационно-измерительных систем (комплексов измерительной аппаратуры, объединенных с ЭВМ) позволило автоматизировать сложные технологические процессы и функционирование различных систем. Внедрение в измерительную технику микропроцессоров облегчило дальнейшее совершенствование средств измерений, создание нового поколения программируемых измерительных приборов с повышенными метрологическими характеристиками.
Рекомендовано Научно-методическим советом ПГУ им.Т.Г. Шевченко
© А.В. Костантиновская Составление: 2016
| ОГЛАВЛЕНИЕ Введение | |
| РАЗДЕЛ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ВИДОВ, МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ | |
| Тема 1.1. Понятие об измерениях. Единицы измерений. Единство измерений. Виды и методы измерений. | |
| Тема 1.2. Классификация и функции средств измерений. | |
| Тема 1.3. Примеры мер, измерительных преобразователей, измерительных приборов, измерительно-информационных установок и систем. | |
| РАЗДЕЛ 2. ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ | |
| Тема 2.1. Погрешности измерений. Класс точности средств измерений. | |
| Тема 2.2. . Поверка измерительных приборов | |
| Тема 2.3. Метрологические характеристики средств измерений. | |
| РАЗДЕЛ 3. АНАЛГОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ | |
| Тема 3.1. Измерение тока и напряжения. Амперметры и вольтметры магнитоэлектрической системы. | |
| Тема 3.2. Омметры и логометры магнитоэлектрической системы. Измерение сопротивления. | |
| Тема 3.3. Выпрямители. Термопары. Принцип действия амперметров и вольтметров выпрямительной и термоэлектрической систем. | |
| Тема 3.4. Измерительные трансформаторы | |
| Тема 3.5. Амперметры и вольтметры электромагнитной системы | |
| Тема 3.6. Амперметры, вольтметры и ваттметры электродинамической и ферродинамической систем. Измерение мощности | |
| Тема 3.7. Индукционная измерительная система | |
| Тема 3.8. Счетчики электрической энергии | |
| РАЗДЕЛ 4. ЭЛЕКТРОННЫЕ АНАЛГОВЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ | |
| Тема 4.1. Электронные вольтметры постоянного и переменного напряжения. | |
| РАЗДЕЛ 5. КОМПЕНСАТОРЫ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МОСТЫ | |
| Тема 5.1. Упрощенная электрическая схема компенсатора постоянного тока. Четырёхплечный мост. | |
| Тема 5.2. Применение мостов постоянного тока для определения места повреждения электрического кабеля. | |
| Тема 5.3. Мосты переменного тока. Измерение параметров конденсаторов и катушек индуктивности. | |
| РАЗДЕЛ 6. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ОСЦИЛЛОГРАФЫ | |
| Тема 6.1. Устройство электронно-лучевого осциллографа. Применение осциллографа для измерений. | |
| РАЗДЕЛ 7. АНАЛОГОВЫЕ РЕГИСТРИРУЮЩИЕ ПРИБОРЫ | |
| Тема 7.1. Самопишущие приборы | |
| Тема 7.2. Аналоговые запоминающие осциллографы. | |
| РАЗДЕЛ 8. ЦИФРОВЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ И МУЛЬТИМЕТРЫ | |
| Тема 8.1. Цифровые методы и средства измерений. Методы аналогово-цифрового преобразования. | |
| Тема 8.2. Структура цифрового вольтметра и мультиметра. | |
| РАЗДЕЛ 9. ЦИФРОВЫЕ ЧАСТОТОМЕТРЫ И ФАЗОМЕТРЫ | |
| Тема 9.1. Устройство цифровых частотомеров и фазометров. | |
| РАЗДЕЛ 10. ВЛИЯНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ НА ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ | |
| Литература |
ВВЕДЕНИЕ
Электротехнические измерения представляют собой совокупность электрических и электронных измерений, которые можно рассматривать как один из разделов метрологии.
Название «метрология» образовано от двух греческих слов: metron — мера и logos — слово, учение; дословно: учение о мере. В современном понимании метрологией называют науку об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
Познание человеком окружающего мира неразрывно связано с наблюдениями и экспериментами. Получение информации в процессе наблюдения и экспериментов базируется на измерениях. На протяжении всей истории развития науки и техники перед человеком возникало и возникает множество вопросов и проблем, для решения которых необходимо располагать количественной информацией о том или ином свойстве объектов материального мира (явлении, процессе, веществе, изделии, теле и др.). Основным способом получения такой информации являются измерения, при правильном выполнении которых находится результат измерения, с большей или меньшей точностью отражающий интересующие свойства объекта познания.
В первой половине восемнадцатого века один из французских ученых Шарль Дюфе изобрел прибор для изучения электричества в атмосфере, и назвал его электроскоп. Спустя несколько лет, его дело подхватил российский естествоиспытатель М.Ломоносов. Проходит совсем немного времени и в середине 80-х годов восемнадцатого века такая наука, как электростатика совершает рывок вперед, после изобретения Ш.Кулоном его знаменитых крутильных весов (электростатическое устройство).
После изобретения первых электроизмерительных приборов начался период накопления знаний. В девятнадцатом веке они достигли такого объема, что науке об электричестве пришлось выделять отдельные отрасли. Такой отраслью стала электродинамика. В это время появляются первые гальванометры – приборы для измерения постоянного и переменного тока. Приблизительно в этот же период, ученые выделяют еще одну отрасль – электротехнику. Физики по всему миру начинают разрабатывать новые методы электроизмерений. Э.Ленц выделяет баллистический метод, Кристи – мостовой, а И. Поггендорф – компенсационный.
Для любого измерения, необходимо оперировать какими-то эталонными величинами. Ученые начинают разрабатывать свои единицы измерений. Российский физик Б.С.Якоби предлагает за одну единицу электрического сопротивления принять сопротивление медной проволоки, длина которой составляла 25 футов (7,62 м), а вес равнялся 345 гран (22,5 г). Французскими академиками принимается несколько другая единица измерения – единица Бреге. Бреге равнялась сопротивлению стальной проволоки длиной 1 км. и диаметром 4 мм. В Германии за единицу сопротивления приняли ртутный столб и т.д.
Электротехника начала свое активное развитие после создания и применения в разных отраслях электрогенераторов. Лучшие электротехники девятнадцатого века трудились над созданием различных приборов для электроизмерений. Без этих технических средств дальнейшее развитие этой области стало бы невозможно.
В конце 19-го столетия двое французских ученых д’Арсонваль и Депре создают первый высокочувствительный гальванометр. Спустя несколько лет российский физик М. Доливо-Добровольский создает приборы, которые позже лягут в основу современных вольтметров, амперметров и ваттметров.
Электротехнические измерения широко используются во многих сферах жизни:
-медицине (компьютерная томография, кардиографы и многое другое);
-торговле (весовая измерительная база, терминалы);
-службе ГИБДД (определение скорости перемещения автомобиля, основанное на эффекте Доплера);
-службе времени (разнообразные часы);
-быту (счетчики для учета расхода воды, электроэнергии, тепла).
Широкое использование электротехнических измерений в смежных отраслях, например в микроэлектронике для оценки изделий и технологических процессов, решает проблемы повышения качества продукции, а качество в условиях рыночной экономики является важнейшим показателем конкурентоспособности любого изделия.
Одно из главных направлений развития современной измерительной техники — переход на цифровые методы с использованием приборов с цифровым отсчетом, автоматизация измерений и дальнейшее развитие компьютерно-измерительных систем (КИС), в частности, их разновидности — виртуальных измерительных приборов.
Огромное количество измерений производится с помощью разных по принципу действия и точности средств измерения. Результаты измерений, полученные экспериментаторами в разное время и в разных местах, должны быть сопоставимы между собой. Необходимо также обеспечить единство измерений в масштабах каждого предприятия и всего государства в целом. Поэтому органы метрологического надзора наделены законодательными функциями. Нормативно-техническая документация разрабатывается с учетом норм и правил выполнения измерений, а также требований, направленных на достижение единства измерений. Порядок разработки и испытаний средств измерения, термины, определения, единицы физических величин и правила их применения унифицированы и узаконены стандартами Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ) и другими обязательными к применению нормативными документами.
Электротехнические измерения играют существенную роль в развитии современной техники. Это касается не только таких отраслей, как электроэнергетика, радиоэлектроника, вычислительная техника, но и многих других, поскольку электронные измерительные приборы применяются для измерения любых электрических и неэлектрических величин. Создание информационно-измерительных систем (комплексов измерительной аппаратуры, объединенных с ЭВМ) позволило автоматизировать сложные технологические процессы и функционирование различных систем. Внедрение в измерительную технику микропроцессоров облегчило дальнейшее совершенствование средств измерений, создание нового поколения программируемых измерительных приборов с повышенными метрологическими характеристиками.