Модуль 18. Погрешности измерений. Электроизмерительные приборы
Раздел IV. Электрические измерения Модуль 18.Погрешности измерений. Электроизмерительные приборы
18.1. Основные понятия. Методы измерений
Основными преимуществами электрических методов измерения являются: высокая чувствительность; высокая точность; малое потребление энергии от объекта измерения; возможность измерения однократных и быстропротекающих процессов; возможность измерения на больших расстояниях; возможность подачи результатов измерений на ЭВМ и автоматизации процесса измерения.
Количество подлежащих измерению механических, тепловых и других неэлектрических величин, интересующих науку и производство, во много раз больше количества всех возможных электрических и магнитных величин. Измерение неэлектрических величин электрическими методами достигло сейчас высокого уровня развития и образуют крупную и разветвленную область современной техники, обеспечивающей возможность проведения любого необходимого измерения. Без измерения нельзя составить представление об окружающем мире и происходящих в нем процессах, нельзя дальше развивать технику и науку. Отсюда вытекает определение процесса измерения.
Измерение - познавательный процесс, заключающийся в сравнении путем эксперимента измеряемой физической величины с некоторым ее значением, принятым за единицу. Поэтому измерением называют нахождение значений физических величин опытным путем с помощью специальных технических средств.
Средствами электрических измерений называют технические средства, используемые при электрических измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики. К средствам электрических измерений относятся меры, электроизмерительные приборы, измерительные преобразователи, электроизмерительные установки и измерительные информационные системы.
Мерой называют средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного значения. К основным мерам электрических величин относятся меры ЭДС, меры электрического сопротивления, меры индуктивности и взаимной индуктивности, меры электрической емкости и др. В зависимости от степени точности и области применения меры подразделяют на эталоны, образцовые и рабочие меры.
Эталоны обеспечивают воспроизведение и хранение единицы физической величины для передачи ее размера другим средствам измерения.
Образцовые меры служат для поверки и градуировки рабочих мер и измерительных приборов.
Рабочие меры используют для поверки измерительных приборов, а также для измерения в научных организациях и на промышленных предприятиях.
Электроизмерительными приборами называют средства электрических измерений, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. К ним относятся, например, осциллограф, амперметр, вольтметр, ваттметр, счетчик электрической энергии.
Измерительными преобразователями называют средства электрических измерений, предназначенные для выработки сигнала электрической информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Их подразделяют на преобразователи электрических величин в электрические (шунты, делители напряжения, измерительные трансформаторы и т. д.) и на преобразователи неэлектрических величин в электрические- первичные преобразователи (терморезисторы, термопары, тензорезисторы, емкостные и индуктивные преобразователи и т. д.).
Электроизмерительная установка представляет собой совокупность функционально объединенных средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, предназначенную для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем, и расположенную в одном месте.
Измерительная информационная система - совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных каналами связи, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации от ряда источников в форме, удобной для обработки, передачи и использования в автоматических системах управления.
В зависимости от способа получения результата измерения подразделяют на два вида: прямые и косвенные.
Прямыми называют измерения, при которых искомое значение физической величины определяют непосредственно по показанию прибора (измерение тока амперметром, электроэнергии счетчиком, напряжения вольтметром и др.).
Косвенныминазывают измерения, при которых искомое значение физической величины находят на основании известной функциональной зависимости между этой величиной и величинами, полученными в результате прямых измерений. Примером может служить определение электрического сопротивления по показаниям амперметра и вольтметра.
В зависимости от совокупности приемов использования принципов и средств измерений все методы делятся на методы непосредственной оценки и методы сравнения.
Под методом непосредственной оценки понимают метод, при котором значение измеряемой величины определяют непосредственно по показанию отсчетного устройства измерительного прибора прямого действия (значение тока - по показанию амперметра, значение напряжения - по показанию вольтметра и др.).
Методом сравнения называют метод, при котором измеряемая величина в специальной измерительной цепи сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой. Методы сравнения подразделяют на нулевой, дифференциальный и замещения.
Нулевой метод - метод сравнения измеряемой величины с мерой, в котором результирующий эффект воздействия сравниваемых величин на прибор сравнения доводят до нуля.
Дифференциальный метод - метод сравнения, в котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой (например, измерение электрического сопротивления с помощью неуравновешенного моста).
Метод замещения - метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают в измерительной установке известной величиной, воспроизводимой мерой. При этом путем изменения известной величины добиваются такого же показания прибора, которое было при действии измеряемой величины (например, сравнение сопротивления измеряемого резистора с сопротивлением образцового, включаемых попеременно в одно и то же плечо моста).