1.1.4 Меры электрических величин

Мера – средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. В качестве мер могут служить измерительный резистор (мера электрического сопротивления), конденсатор постоянной емкости (мера электрической емкости), кварцевый генератор (мера частоты электрических колебаний).

1.2 Виды измерений и методы измерений. Средства измерений, их технические и метрологические характеристики

Все виды измерений физических величин (ФВ) подразделяются на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямым измерением называется измерение, при котором числовые значения ФВ находят при помощи приборов (например, измерение напряжения вольтметром, тока – амперметром и т.д.).

Косвенным называют измерение, при котором искомое значение ФВ находится по результатам прямых измерений (например мощность по результатам UиI).

Совокупные и совместные измерения требуют измерения одновременно нескольких одноименных и неодноименных величин, а искомые значения ФВ находят решением систем уравнений и нахождении зависимости между ними соответственно.

1.2.2 Методы измерений

Метод измерения – это способ экспериментального определения значения ФВ.

Методы измерения делятся на метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой.

Метод непосредственной оценки заключается в определении значения ФВ по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия (например, вольтметра, амперметра). Этот метод является наиболее распространенным, но его точность зависит от точности измерительного прибора.

метод сравнения заключается в сравнении измеряемой величины с величиной, воспроизводимой мерой. Этот метод измерения может быть точнее, чем метод непосредственной оценки. Метод сравнения с мерой имеет следующие разновидности: противопоставления, дифференциальный, нулевой, замещения, совпадений.

Отличительной чертой методов сравнения являются непосредственное участие меры в процедуре измерения, в то время как в методе непосредственной оценки мера в явном виде при измерении не присутствует, а ее размеры перенесены на отсчетное устройство (шкалу) средства измерения заранее, при его градуировке. Обязательным в методе сравнения является наличие сравнивающего устройства.

В методе противопоставления измеряемая и воспроизводимая мерой величины одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между величинами.

Нулевой метод (или метод полного уравновешивания) – метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и встречного воздействия меры на сравнивающее устройство сводят к нулю.

При дифференциальном методе на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой.

Метод замещения – метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой.

В методе совпадений разность между измеряемой величиной и величиной воспроизводимой мерой измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов.

1.2.3 Средства измерений

Общим термином средства измерений называют технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики, т.е. характеристики, влияющие на результаты и на точность измерений. По конструктивному исполнению и форме представления измерительной информации средства измерений подразделяются на меры, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы, измерительные преобразователи.

Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения одного или нескольких фиксированных значений физической величины заданного размера.

Измерительный прибор (ИП) – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. В зависимости от формы представления информации различают аналоговые и цифровые приборы.

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, предназначенная для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем и расположенная в одном месте.

Измерительная система – совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и использования в системах управления, контроля, диагностирования и т.п.

Измерительный преобразователь – средство измерений, предназначенное для преобразования сигналов измерительной информации в форму, целесообразную для передачи, обработки и хранения. Измерительная информация на выходе измерительного преобразователя, как правило, недоступна для непосредственного восприятия наблюдателем.

Важнейшей характеристикой средств измерений является его метрологическая характеристика, с помощью которой определяют значение измеряемой величины и аппаратную составляющую погрешности результата измерения. Метрологические характеристики устанавливаются нормативно-технической документацией и называются нормируемыми.

К основным метрологическим характеристикам средств измерений относят: погрешность измерений; класс точности; чувствительность; надежность; время измерения; потребляемая мощность.

Погрешность средства измерения – метрологическая характеристика, количественно выражающая отклонение номинального значения физической величины, воспроизводимой или измеряемой данным средством измерений и погрешности средств измерений. Несовершенство измерительных приборов является лишь одним из источников погрешности измерений.

Класс точности – это обобщенная характеристика прибора, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей.

Чувствительность прибора к измеряемой величине S– отношение измерения сигнала на выходе измерительного прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины,S=Δα /Δх. Чувствительность прибора имеет размерность, зависящую от измеряемой величины, поэтому ее конкретизируют: «чувствительность прибора к напряжению, току или мощности». Для стрелочных приборов величина, обратная чувствительности называется ценой деления шкалы прибора, С = 1/S. она определяется как число единиц измеряемой величины, приходящейся на одно деление шкалы.

Под временем установления показаний измерительного (стрелочного) прибора понимается промежуток времени, прошедшей с момента подключений или измерения измеряемой величины до момента, когда отклонение указателя от установившегося значения не превышает 1,5% длины шкалы. Для большинства стрелочных электроизмерительных приборов время установления не превышает 4 с. Цифровые приборы характеризуются временем измерения, под которым понимают время от момента начала цикла измерения до момента получения результата на отсчетном устройстве с нормированной погрешностью (раздел 3).

При включении измерительного прибора в цепь, к которой приложено напряжение, часть энергии потребляется прибором, что вызывает погрешность измерения. Поэтому важной характеристикой прибора является величина потребляемой мощности, которая в разных типах приборов может лежать в пределах от 10^-12до 15 Вт.

под надежностью измерительных приборов понимают их способность сохранять заданные характеристики при определенных условиях работы в течение заданного времени. Количественной мерой надежности является минимальная вероятность безотказной работы прибора в заданном промежутке времени.