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.