Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Электрические измерения. Учебно-методическое пособие к изучению и выполнению практических работ по дисциплине «Электрические измерения» для студентов

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

1 / 71 2 3 4 5 6 7 > Следующая >>>

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

ФГБОУ ВО "БРЯНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"

Кафедра электроэнергетики и электротехнологий

Широбокова О.Е.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

Учебно-методическое пособие

к изучению и выполнению практических работ по дисциплине

«Электрические измерения»

для студентов очной и заочной форм обучения

Направление подготовки: 35.03.06 Агроинженерия

Квалификация бакалавр

Брянск 2025

УДК 621.3.08 (076) ББК 31.221 Ш 64

Широбокова, О. Е. Электрические измерения: учебно-методическое пособие к изучению и выполнению практических работ по дисциплине «Электрические измерения» для студентов очной и заочной форм обучения; Направление подготовки: 35.03.06 Агроинженерия; Квалификация бакалавр / О. Е. Широбокова. – Брянск: Изд-во Брянский ГАУ, 2025. – 64 с.

Учебно-методическое пособие содержит общие вопросы дисциплины электрические измерения, и задачи для выполнения практических занятий с решениями по направлению подготовки 35.03.06 Агроинженерия, утверждённое приказом Министерства образования и науки Российской Федерации.

Рецензенты: к.т.н., доцент Безик В.А.

к.т.н., доцент Будко С.И.

Рекомендовано учебно-методической комиссией института энергетики и природопользования Брянского ГАУ, протокол № 6 от 22 мая 2025 г.

Введение

В различных областях народного хозяйства страны внедряются новейшие виды электрооборудования, развивается электроавтоматика и телемеханика, совершенствуются средства электрической связи, осуществляется беспрерывный рост радиофикации, радиосвязи и телевидения, совершенствуется и развивается техника электрических средств, обеспечивающих безопасность движения на железнодорожном и другом транспорте. Большое развитие получили способы научных исследований в космосе благодаря применению новейших достижений радиоэлектроники и различных областей электротехники. Всё это непрерывно связано с широким использованием электроизмерительных приборов,

так как без них невозможно контролировать работу электроустановок и обеспечить нормальный режим питания электрооборудования.

Для того, чтобы проводить электрические измерения, надо знать методы измерений и свойства измерительных приборов, их конструктивные особенности, уметь выбирать целесообразный метод измерений и подбирать соответствующую измерительную аппаратуру. Необходимо уметь составлять схемы, наблюдать, записывать и обрабатывать полученные данные и, в случае необхо-

димости, проверять исправность измерительных приборов. Кроме того, измерения - это одна из форм познания материального мира. Все достижения человечества в области естествознания связаны с измерениями.

Краткий теоретический курс по дисциплине «Электрические измерения» предназначен для студентов по направлению подготовки 35.03.06 «Агроинже-

нерия». Курс направлен на формирование студентов способности проводить и оценивать результаты электрических измерений физических величин.

1. Метрологические основы

1.1 Общие сведения

Под метрологией подразумевается наука об измерениях, о существующих средствах и методах, помогающих соблюсти принцип их единства, а также о

способах достижения требуемой точности.

Происхождение самого термина «метрология» возводят к двум греческим

словам: metron, что переводится как «мера», и logos – «учение». Бурное разви-

тие метрологии пришлось на конец ХХ века. Оно неразрывно связано с развитием новых технологий. До этого метрология была лишь описательным науч-

ным предметом. Таким образом, можно сказать, что метрология изучает:

1) методы и средства для учета продукции по следующим показателям:

длине, массе, объему, расходу и мощности;

2) измерения физических величин и технических параметров, а также

свойств и состава веществ;

3) измерения для контроля и регулирования технологических процессов.

Выделяют несколько основных направлений метрологии:

1) общая теория измерений;

2) системы единиц физических величин;

3) методы и средства измерений;

4) методы определения точности измерений;

5) основы обеспечения единства измерений, а также основы единообразия

средств измерения;

6) эталоны и образцовые средства измерений;

7) методы передачи размеров единиц от образцов средств измерения и от

эталонов рабочим средствам измерения.

Следует различать также объекты метрологии: 1) единицы измерения ве-

личин;

2) средства измерений;

3) методики, используемые для выполнения измерений и т.д.

Метрология включает в себя: во-первых, общие правила, нормы и требования, во-вторых, вопросы, нуждающиеся в государственном регламентировании и контроле. И здесь речь идет о:

1) физических величинах, их единицах, а также об их измерениях;

2) принципах и методах измерений и о средствах измерительной техники;

3) погрешностях средств измерений, методах и средствах обработки ре-

зультатов измерений с целью исключения погрешностей;

4) обеспечении единства измерений, эталонах, образцах;

5) государственной метрологической службе;

6) методике поверочных схем;

7) рабочих средствах измерений.

В связи с этим задачами метрологии становятся: усовершенствование эталонов, разработка новых методов точных измерений, обеспечение единства

и необходимой точности измерений.

1.2 Международная система единиц

Решениями Генеральной конференции по мерам и весам приняты такие

определения основных единиц измерения физических величин:

1) метр считается длинной пути, который проходит свет в вакууме за

1/299 792 458 долю секунды;

2) килограмм считается приравненным к существующему международ-

ному прототипу килограмма;

3) секунда равна 919 2631 770 периодам излучения, соответствующего

тому переходу, который происходит между двумя так называемыми сверхтон-

кими уровнями основного состояния атома Cs133;

4) ампер считается мерой той силы неизменяющегося тока, вызывающего

на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия при условии

прохождения по двум прямолинейным параллельным проводникам, обладаю-

щим такими показателями, как ничтожно малая площадь кругового сечения и бесконечная длина, а также расположение на расстоянии в 1 м друг от друга в

условиях вакуума;

5) кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры, так

называемой тройной точки воды;

6) моль равен количеству вещества системы, в которую входит такое же

количество структурных элементов, что и в атомы в С12 массой 0,01 2 кг.

Кроме того, Международная система единиц содержит две достаточно важные дополнительные единицы, необходимые для измерения плоского и те-

лесного углов. Так, единица плоского угла – это радиан, или сокращенно рад,

представляющий собой угол между двух радиусов окружности, длина дуги между которыми равняется радиусу окружности. Если речь идет о градусах, то радиан равен 57°17' 48''. А стерадиан, или ср, принимаемый за единицу телесного угла, представляет собой, соответственно, телесный угол, расположение вершины которого фиксируется в центре сферы, а площадь, вырезаемая данным углом на поверхности сферы, равна площади квадрата, сторона которого равна длине радиуса сферы. Другие дополнительные единицы СИ используются для формирования единиц угловой скорости, а также углового ускорения и т.д. Радиан и стерадиан используются для теоретических построений и расчетов, поскольку большая часть значимых для практики значений углов в радианах выражаются трансцендентными числами. К внесистемным единицам относятся

следующие:

1) за логарифмическую единицу принята десятая часть бела, децибел (дБ);

2) диоптрия – сила света для оптических приборов;

3) реактивная мощность – Вар (ВА);

4) астрономическая единица (а. е.) – 149,6 млн. км;

5) световой год, под которым понимается такое расстояние, которое луч

света проходит за 1 год;

6) вместимость – литр;

7) площадь – гектар (га).

Существуют также единицы, вообще не входящие в СИ. Это в первую очередь такие единицы, как градус и минута. Все остальные единицы считаются производными, которые согласно Международной системе единиц образу-

ются с помощью самых простейших уравнений с использованием величин,

числовые коэффициенты которых приравнены к единице. Если в уравнении числовой коэффициент равен единице, производная единица называется коге-

рентной.

1.3 Правовые основы обеспечения единства измерений

Все измерения в РФ основаны на Федеральном закон «Об обеспечении

единства измерений».

В государственной системе технического регулирования метрология играет важную роль, так как формирование требований и характеристик продукции должно основываться на результатах измерений и испытаний продукции и

выражаться в установленных единицах величин.

Сегодня в России эксплуатируется более 1 млрд. средств измерений, а деятельностью, связанной с измерениями, профессионально занимается более 3,5 млн. человек. Повседневная жизнь страны немыслима без эффективного функ-

ционирования государственной системы измерений, ее правового обеспечения. Обеспечение единства измерений является важнейшим условием социально-

экономического развития страны, обеспечения безопасности граждан, общества и государства, повышения качества и конкурентоспособности товаров, работ и

услуг, научно-технического прогресса, необходимо для осуществления госу-

дарственного контроля и оценки соответствия продукции установленным требованиям, создает основу для честной торговли на внутреннем и международ-

ных рынках.

Международное взаимное признание измерительных возможностей страны является важным фактором для устранения технических барьеров в торгов-

ле и участия в многосторонних торговых соглашениях.

Обеспечение единства измерений в России до перехода к рыночной экономике осуществлялось централизованным управлением. Все средства измерений находились под государственным надзором. Это определило достаточно высокий уровень поддержания единства измерений в стране, но и требовало

значительных финансовых и трудозатрат.

Переход к рыночным отношениям в нашей стране, появление иных, помимо государственной, форм собственности, привели к возникновению противоречий между соблюдением обязательных требований, введенных при централизованной экономике, к выполнению метрологических работ и новыми усло-

виями перехода к рыночной экономике.

Необходимость пересмотра правовых, организационных и экономических основ метрологической деятельности в соответствии с требованиями перехода к рыночной экономике повлекло за собой принятие в 1993 г. Закона Российской

Федерации «об обеспечении единства измерений» от 27.04.1993 № 4871-1. За-

кон регулировал отношения государственных органов управления Российской

Федерации с юридическими и физическими лицами по вопросам изготовления, выпуска, эксплуатации, ремонта, продажи и импорта средств измерений и направлен на защиту прав и законных интересов граждан, установленного правопорядка и экономики Российской Федерации от отрицательных последствий

недостоверных результатов измерений.

В соответствии с законом была создана Государственная система обеспе-

чения единства измерений (ГСИ).

Закон установил требования к измерениям, единицам величин, эталонам

единиц величин, стандартным образцам и средствам измерений.

Указанный закон был принят в начальный период перехода к рыночной экономике и по прошествии многих лет перестал отвечать современным соци-

ально-экономическим условиям страны, задачам и процессам глобализации.

Поэтому в 2008 г. Был принят новый Федеральный закон «Об обеспечении

единства измерений» от 26.06.2008 № 102-ФЗ, который вступил в силу с

30.12.2008. Закон направлен на защиту прав и законных интересов граждан, юридических лиц и индивидуальных предпринимателей от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений, обеспечение потребности государства и общества в получении объективных и достоверных результатов измерений, обеспечение обороны и безопасности государства, содействие раз-

витию экономики страны и научно-технического прогресса.

Основная цель закона:

1) установление правовых основ обеспечения единства измерений в Рос-

сийской Федерации;

2) защита прав и законных интересов граждан, общества и государства от

отрицательных последствий недостоверных результатов измерений;

3) обеспечение потребности граждан, общества и государства в получе-

нии объективных, достоверных и сопоставимых результатов измерений, используемых в целях защиты жизни и здоровья граждан, охраны окружающей

среды и безопасности государства;

4) содействие развитию экономики страны и научно-техническому про-

грессу.

Закон, учитывая документы Международной организации метрологии и положения Федерального закона «о техническом регулировании», определил формы государственного регулирования, применяемые в целях проверки соответствия проводимых измерений и применяемых средств измерений установленным метрологическим и техническим требованиям, устранил пробелы законодательства в части правового регулирования проведения метрологической экспертизы, предусмотрел создание Фед ерального информационного фонда в области обеспечения единства измерений, ввел правила по созданию и функционированию инфраструктуры, необходимой для обеспечения един-

ства измерений.

Закон носит рамочный характер, предусматривает регулирование ряда отношений в области технического регулирования актами Президента Российской Федерации, Правительства российской Федерации и федеральных органов

исполнительной власти.

Государственная система обеспечения единства измерений - это система

обеспечения единства измерений в стране, реализуемая, управляемая и контро-

лируемая федеральным органом исполнительной власти по метрологии - Феде-

ральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Ростехре-

гулирование).

Деятельность по обеспечению единства измерения направлена на охрану прав и законных интересов граждан, установленного правопорядка и экономики путем защиты от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений во всех сферах жизни общества на основе конституционных норм,

законов, постановлений Правительства РФ и нормативных документов (НД).

Обеспечение единства измерений в стране осуществляется:

 на государственном уровне;

 на уровне федеральных органов исполнительной власти;

 на уровне юридических лиц.

Цель государственной системы обеспечения единства измерений - созда-

ние общегосударственных правовых, нормативных, организационных, технических и экономических условий для решения задач по обеспечению единства измерений и предоставление всем субъектам деятельности возможности оцени-

вать правильность выполняемых измерений.

Основные задачи ГСИ:

 разработка оптимальных принципов управления деятельностью по

обеспечению единства измерений;

 организация и проведение фундаментальных научных исследований с

целью создания более совершенных и точных методов и средств воспроизведе-

ния единиц и передачи их размеров;

 установление системы единиц величин и шкал измерений, допускае-

мых к применению;

 установление основных понятий метрологии, унификация их терминов

и определений;

 установление экономически рациональной системы государственных

эталонов;

 создание, утверждение, применение и совершенствование государ-

ственных эталонов;

 установление систем (по видам измерений) передачи размеров единиц

величин от государственных эталонов средствам измерений, применяемым в

стране;

 создание и совершенствование вторичных и рабочих эталонов, ком-

плексных поверочных установок и лабораторий;

 установление общих метрологических требований к эталонам, сред-

ствам измерений, методикам выполнения измерений, методикам поверки (калибровки) средств измерений и других требований, соблюдение которых явля-

ется необходимым условием обеспечения единства измерений;

 разработка и экспертиза разделов метрологического обеспечения феде-

ральных и иных государственных программ, в том числе программ создания и

развития производства оборонной техники;

 осуществление государственного метрологического контроля: поверка

средств измерений; испытания с целью утверждения типа средств измерений; лицензирование деятельности юридических и физических лиц по изготовлению

и ремонту средств измерений;

 осуществление государственного метрологического надзора: за выпус-

ком, состоянием и применением средств измерений; эталонами единиц величин; аттестованными методиками выполнения измерений; соблюдением метрологических правил и норм; количеством товаров, отчуждаемых при совершении торговых операций; количеством фасованных товаров в упаковках любого

вида при их расфасовке и продаже;

 разработка принципов оптимизации материально-технической и кадро-

вой базы органов Государственной метрологической службы;

 аттестация методик выполнения измерений;

 калибровка и сертификация средств измерений, не входящих в сферы

государственного метрологического контроля и надзора;

 аккредитация метрологических служб и иных юридических и физиче-

ских лиц по различным видам метрологической деятельности;

 аккредитация поверочных, калибровочных, измерительных, испыта-

тельных и аналитических лабораторий, лабораторий неразрушающего и радиационного контроля в составе действующих в Российской федерации систем ак-

кредитации;

 участие в работе международных организаций, деятельность которых

связана с обеспечением единства измерений, и в подготовке к вступлению Рос-

сии в ВТО;

 разработка совместно с уполномоченными федеральными органами

исполнительной власти порядка определения стоимости (цены) метрологиче-

ских работ и регулирования тарифов на эти работы;

 организация подготовки и подготовка кадров метрологов;

 информационное обеспечение по вопросам обеспечения единства из-

мерений;

 совершенствование и развитие ГСИ.

2. Общие вопросы электрических измерений

2.1 Основные понятия и определения

Измерение – нахождение значения физической величины опытным путём с помощью специальных технических средств.

Значение физической величины – оценка физической величины в виде некоторого числа принятых для неё единиц.

Числовое значение физической величины – отвлечённое число, входящее в значение физической величины.

Действующее значение физической величины – это значение физиче-

ской величины, найденное экспериментальным путём и настолько приближающееся к истинному значению, что для данной цели может быть исполь-

зовано вместо него.

Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно из эксперимента.

Косвенное измерение – определение искомого значения физической ве-

личины на основании известной зависимости между этой величиной и величи-

нами, подвергающимися прямым измерениям.

Метод измерений – совокупность приёмов использования принципов и средств измерения.

Метод непосредственной оценки – это измерение, при котором значение

измеряемой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия. Например, измерение давления пружинным манометром, массы на циферблатных весах, силы электрического

тока амперметром и т. д.

Метод сравнения с мерой – метод измерения, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (например: измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями).

Мера – средство измерения, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера.

Средство измерения – технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные технологические свойства

Электроизмерительный прибор – средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации, функционально связанные

с измеряемыми физическими величинами, в форме доступной для непосред-

ственного восприятия наблюдателем.

Аналоговый прибор – измерительный прибор, показания которого являются непрерывной функцией измеряемой величины.

Цифровой прибор – измерительный прибор, автоматически вырабатыва-

ющий дискретные сигналы измерительной информации, показания которого

представлены в цифровой форме.

Измерительный преобразователь – средство измерения, предназначенное

для выработки сигналов измерительной информации в форме удобной для обработки, передачи и хранения, но не доступной непосредственному восприятию наблюдателям. Преобразователи подразделяются на преобразователи электрических величин в электрические (измерительные трансформаторы) и преобра-

зователи неэлектрических величин в электрические (датчики).

Электроизмерительная установка – совокупность функционально объ-

единенных средств измерений и вспомогательных устройств, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме удобной для

непосредственного восприятия наблюдателем.

Измерительные информационные системы – совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами свя-

зи, предназначенную для автоматического получения измерительной информа-

ции от ряда источников, а также для передачи ее, обработки и хранения.

1 / 71 2 3 4 5 6 7 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]