книги из ГПНТБ / Попов В.С. Электрические измерения (с лабораторными работами) учебник

в . с . ПОПОВ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

ИЗМЕРЕНИЯ

(С ЛАБОРАТОРНЫМИ РАБОТАМИ)

Изд. 2-е, переработанное и дополненное

«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.

©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

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

средство измерений, предназначенное для выработки сиг­ нала измерительной информации в форме, доступной для

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

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

ным значением, называется значение величины, найден­

от истинного (или действительного) значения измеренной

четов в знаменателе формулы погрешности (1-2) истинное

Относительная погрешность пзмеренпя

Чи = Щг • 100% = g i g • 100% =« 2 % .

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.

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

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

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

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.

делить, и влияние ее на результат измерения устранить введением поправки. К систематическим погрешностям

9