- •Электрические измерения неэлектрических величин
- •Часть 1
- •1. Основы электрических измерений
- •1.1. Основные понятия
- •1.1.1. Основные термины и определения.
- •1.1.2. Погрешности измерений.
- •Поскольку истинное значение Xи неизвестно, погрешность находят по приближенной формуле
- •1.1.3. Формы представления результатов измерений.
- •1.2. Метрологические характеристики средств измерительной техники.
- •1.2.1. Основные термины и определения.
- •1.2.2. Погрешности средств измерений.
- •1.2.3. Погрешности измерительных преобразователей.
- •1.2.4. Аддитивная, мультипликативная и нелинейная составляющие погрешности.
- •1.2.5. Основная и дополнительные погрешности.
- •1.2.6. Классы точности средств измерений.
- •1.2.7. Статическая модель средства измерений.
- •1.2.8. Суммирование погрешностей.
- •1.2.9. Обработка прямых измерений.
- •1.2.10. Обработка косвенных измерений.
- •2. Методы измерений электрических величин
- •2.1. Измерение напряжений и токов.
- •2.1.1. Общие сведения.
- •2.1.2. Измерение постоянных напряжений электромеханическими приборами.
- •2.1.3. Измерение постоянных токов электромеханическими приборами.
- •2.1.4. Измерение переменных токов и напряжений электромеханическими приборами.
- •2.1.5. Измерение постоянных напряжений аналоговыми электронными вольтметрами.
- •2.1.6. Измерение переменных напряжений аналоговыми электронными вольтметрами.
- •2.1.7. Измерение напряжений компенсаторами.
- •2.1.8. Измерение напряжений цифровыми вольтметрами.
- •2.1.9. Измерение параметров сигналов электронно-лучевыми и светолучевыми осциллографами
- •Электронно-лучевые осциллографы
- •Структурная схема осциллографа
- •Основные характеристики и виды электронных осциллографов
- •2.2. Измерение параметров электрических цепей
- •2.2.1. Измерение сопротивлений постоянному току.
- •2.2.2. Измерение параметров электрических цепей на переменном токе.
- •Комментарии к Главе 2
- •Задание № 1.
- •Список используемых сокращений
- •Г. Саров – 2010 г.
- •Цели освоения учебной дисциплины « Электрические измерения неэлектрических величин»
- •Место учебной дисциплины в структуре ооп впо
- •Структура и содержание учебной дисциплины (модуля)
- •4.1. Объём дисциплины и виды учебной работы (часы):
- •4. Содержание дисциплины
- •4.1. Тематический план.
- •План лекционных занятий (6 семестр)
- •1 Тема. Вводная лекция.
- •2 Тема. Метрологические характеристики средств измерительной техники
- •3 Тема. Методы измерений электрических величин.
- •8 Тема. Измерение параметров электрических цепей
- •10 Тема. Емкостные(электростатические) преобразователи
- •Программа практических занятий (6 семестр)
- •План лекционных занятий (7 семестр)
- •1 Тема. Методы измерений неэлектрических величин.
- •4 Тема. Методы электрических измерений неэлектрических
- •5 Тема. Методы регистрации быстропротекающих процессов в динамических исследованиях.
- •9 Тема. Методы непрерывной регистрации профилей давления
- •11 Тема Лазерные доплеровские измерительные системы и их применение в ударно-волновых исследованиях.
- •Программа практических занятий (7 семестр)
2. Методы измерений электрических величин
2.1. Измерение напряжений и токов.
2.1.1. Общие сведения.
При выборе средства измерений электрических напряжений и токов необходимо, прежде всего, учитывать:
- род измеряемой физической величины (напряжение или ток);
- наличие и характер зависимости измеряемой величины от времени на интервале наблюдения (зависит или нет, зависимость представляет собой периодическую или непериодическую функцию и т.д.);
- диапазон возможных значений измеряемой величины;
- измеряемый параметр (среднее значение, действующее значение, максимальное значение на интервале наблюдения, множество мгновенных значений на интервале наблюдения и т.п.);
- частотный диапазон;
- требуемую точность измерений;
- максимальный интервал времени наблюдения.
Кроме того, приходится учитывать диапазоны значений влияющих величин (температуры окружающего воздуха, напряжения питания средства измерений, выходного сопротивления источника сигнала, электромагнитных помех, вибраций, влажности и т.д.), зависящие от условий проведения измерительного эксперимента.
Диапазоны возможных значений напряжений и токов весьма широки. Например, токи могут быть порядка 10-16 А при измерениях в космосе и порядка 105 А - в цепях мощных энергетических установках. В данном разделе рассматриваются, в основном, измерения напряжений и токов в наиболее часто встречающихся на практике диапазонах: от 10-6 до 103 В и от 10-6 до 104 А.
Для измерения напряжений используют аналоговые (электромеханические и электронные) и цифровые вольтметры{2К1}, компенсаторы (потенциометры) постоянного и переменного тока, аналоговые и цифровые осциллографы и измерительные системы.
Для измерений токов используют электромеханические амперметры {2К2}, а также мультиметры и измерительные системы, в которых измеряемый ток преобразуется предварительно в пропорциональное ему напряжение. Кроме того, для экспериментального определения токов используют косвенный метод, измеряя напряжение, вызванное прохождением тока через резистор с известным сопротивлением.
2.1.2. Измерение постоянных напряжений электромеханическими приборами.
Для создания вольтметров используют следующие измерительные механизмы {2К3}: магнитоэлектрический{2К4}, электромагнитный{2К5}, электродинамический {2К6}, ферродинамический {2К7} и электростатический {2К8}.
В магнитоэлектрическом измерительном механизме вращающий момент пропорционален току в подвижной катушке. Для построения вольтметра последовательно с обмоткой катушки включают добавочное сопротивление. Измеряемое напряжение, подаваемое на это последовательное соединение, пропорционально току в обмотке; поэтому шкалу прибора можно градуировать в единицах напряжения. Направление вращающего момента зависит от направления тока, поэтому необходимо обращать внимание на полярность подаваемого на вольтметр напряжения.
Входное сопротивление Rвх магнитоэлектрического вольтметра зависит от конечного значения Uк диапазона измерений и тока полного отклонения Iпо – тока в обмотке катушки, при котором стрелка прибора отклонится на всю шкалу (установится на отметке Uк). Очевидно, что
Rвх = Uк/Iпо. (2.1)
В многопредельных приборах часто нормируют не значение Rвх, а ток Iпо. Зная напряжение Uк для используемого в данном эксперименте диапазона измерений, значение Rвх можно рассчитать по формуле (2.1). Например, для вольтметра с Uк = 100 В и Iпо = 1 мА Rвх = 105 Ом.
Для построения электромагнитных, электродинамических и ферродинамических вольтметров используют аналогичную схему, только добавочное сопротивление включают последовательно с обмоткой неподвижной катушки электромагнитного измерительного механизма или с предварительно последовательно соединенными обмотками подвижной и неподвижной катушек электродинамического или ферродинамического измерительных механизмов. Токи полного отклонения для этих измерительных механизмов обычно существенно больше, чем для магнитоэлектрического, поэтому входные сопротивления вольтметров меньше.
В электростатических вольтметрах используют электростатический измерительный механизм. Измеряемое напряжение подают между изолированными друг от друга неподвижными и подвижными пластинами. Входное сопротивление определяется сопротивлением изоляции (порядка 109 Ом).
Наиболее распространенные электромеханические вольтметры с классами точности 0,2. 0,5, 1,0, 1,5 позволяют измерять постоянные напряжения в диапазоне от 0,1 до 104 В. Для измерения больших напряжений (обычно более 103 В) используют делители напряжения {2К9}. Для измерения напряжений менее 0,1 В можно применять магнитоэлектрические гальванометры {2К10} и приборы на их основе (например, фотогальванометрические приборы), однако целесообразнее использовать цифровые вольтметры.