Сдержание

1 Теория и практика электротехнических измерений

1.1 Основные понятия при измерении физических величин…………..3

1.2 Назначение и особенности электротехнических измерений………..8

1.3 Виды и методы измерений………………………………………….10

1.4 Классификация измерительных приборов и их шкал………………....13

1.5. Виды и методы измерений……………………………………….14

1.6. Средства измерений и их классификация.………………………14

1.7. Эталоны единиц электрических величин..……………………..21

Тема 2. Погрешности и обработка результатов измерений

2.1. Общие сведения…………………………………………………..25

2.2. Основные классы погрешностей измерений…………………….26

Тема3. Электроизмерительные приборы непосредственной оценки

3.1. Устройство подвижной части измерительного механизма…….30

3.2. Магнитоэлектрические механизмы……...………………32

3.3. Электромагнитные механизмы………………………………….35

3.3.1.Электромагнитные амперметры и вольтметры………………...38

3.4. Ферродинамические измерительные механизмы……....41

3.5. Электродинамические измерительные механизмы……………46

1 Теория и практика электротехнических измерений

1.1 Основные понятия при измерении физических величин

Электротехнические измерения представляют собой совокупность электрических и электронных измерений.

Измерение — это процесс нахождения значения физической вели­чины опытным путем с помощью специальных средств.

Значение физической величины — это количественная характеристика физической величи­ны в принятых единицах измерения (например, 5 мА — значение силы тока, причем 5 — это числовое значение).

Именно термин «зна­чение» следует применять для выражения количественной стороны рассматриваемого свойства. Неправильно говорить и писать «величина тока», «величина напряжения», посколь­ку ток и напряжение сами являются величинами. Следует использовать термины «значение силы тока», «значение напряжения».

Измерение физических величин – это их количественное выражение определенным числом в установленных единицах измерения.

При выбранной оценке физической величины ее характери­зуют истинным, действительным и измеренным значениями.

Истинным значением физической величины называют значе­ние физической величины, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствую­щее свойство объекта. Определить экспериментально его невоз­можно вследствие неизбежных погрешностей измерения.

Действительным значением физической величины называют ее значение, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для определенной цели может быть использовано вместо него.

Действительное значение физической величины определяют по образцовым мерам и приборам, погрешностями которых можно пренебречь по сравнению с погрешностями применяемых рабо­чих средств измерения.

Измеренным значением называют значение величины, отсчитанное по индикаторному устройству средства измерения.

Важную роль в процессе измерения играют условия измере­ния — совокупность влияющих величин, описывающих состоя­ние окружающей среды и средства измерений.

Результат измерения физической величины представляет собой значение этой физической величины, полученное путем ее из­мерения.

Запись любого результата измерения должна содержать пробел в один символ между числовым значением измеряемой величиной и единицей её из­мерения. Пример: запись 100 Ом может быть понята как 1000 м и т.д.

Электротехнические измерения это один из разделов метрологии. Назва­ние «метрология» образовано от двух греческих слов: metron — мера и logos — учение; (учение о мере).

Метрология — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единст­ва и способах достижения требуемой точности.

Главным предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью.

Метрология включает общую теорию измерений физических величин, устанавливает и регламентирует единицы физических величин и их системы, порядок передачи размеров единиц от эта­лонов образцовым и рабочим средствам измерений, методы и средства измерений, общие методы обработки результатов изме­рений и оценки их точности.

Фундаментальной основой измерительной техники является мет­рологическое обеспечение. Структура метрологического обеспечения представлена (рис. 1.1.1).

Рис. 1.1.1 Структура метрологического обеспечения измерений

Научная метрология, являясь базой измерительной техники, занимается изучением проблем измерений в целом и образующих измерение элементов: средств и приборов измерений, физиче­ских величин и их единиц, методов и методик измерений, результатов и погрешностей измерений и пр.

Нормативно-технической основой метрологического обес­печения является комплекс государственных стандартов, состоящий из следующих систем:

• государственных эталонов единиц физических величин;

• передачи размеров единиц физических величин от эталонов или исходных образцовых средств измерений нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений;

• разработки, производства и выпуска средств изме­рений, обеспечивающих определение с требуемой точностью характеристик продукции, технологических процессов и т.д.;

• обязательных государственных испытаний средств измерений;

• обязательной поверки или калибровки средств измерений;

• стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов;

• стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов;

• общие методы нормирования оценки и контроля метрологи­ческих характеристик средств измерений.

Организационной основой метрологического обеспечения на­шего государства является метрологическая служба Российской Федерации. Она состоит из государственной и ведомственных метрологических служб, образующих покрывающую всю страну сеть учреждений и организаций, возглавляемых Государственным комитетом Российской Федерации по стандартизации и метроло­гии (Госстандартом Российской Федерации).

Правовой основой метрологического обес­печения является Госу­дарственная система обеспечения единства измерений (ГСОЕИ, упрощенно — ГСИ), устанавливающая порядок разработки и испытаний средств измерения, термины, определения, единицы физических величин и правила их применения единую номенклатуру стан­дартных правил и норм, относящихся к организации, методике оценивания и обес­печения точности измерений.

Раздел метрологии, включающий комплексы взаимосвязан­ных общих правил, требований и норм, а также вопросы регламентации и государственного контроля, направленные на обеспечение единства измерений и единообразия средств изме­рений, называется законодательной метрологией. Это, в свою очередь, предписывает соответствующий надзор за средствами измерений, который осуществляется органами метрологической службы, обеспечивающей единообразие средств измерений.

Самостоятельная работа (История развития метрологии в России)

Зарождение в нашей стране метрологической службы сле­дует отнести к 1842 г., когда был издан закон о мерах и весах, предусматривающий создание первого в России метрологическо­го учреждения — Депо образцовых мер.

По взаимной договоренности на специальной международ­ной конференции с участием России в 1875 г. была подписана метрическая конвенция, по которой страны обязались содер­жать «Международное бюро мер и весов» как центр, обеспечивающий единство измерений в международном мас­штабе.

В 1893 г. в России была основана Главная палата мер и весов, директо­ром которой был назначен Д.И. Менделеев(1834-1907). В задачи палаты входило не только хранение эталонов и обеспечение поверки по ним средств измерений, но и проведение научных исследований в области метрологии. Затем в нашей стране стали создаваться ме­стные поверочные палаты.

История развития техники электрических измерений связана с именами русских ученых М.В. Ломоносова и Г.В. Рихмана, кото­рые в 40-х годах XVIII в. сконструировали первый в мире электроизмерительный прибор, названный авторами указатель электрической силы. Выдающиеся ученые (А. Вольта, Ш. Кулон, Г. Ом, М. Фарадей и др.) продолжили создание других видов приборов. В частности, закон Ома был открыт при наблюдении взаимодействия провода с током, расположенного рядом с магнитной стрелкой, — прообраза приборов магнитоэлектрической системы.

С помощью этого несложного устройства М. Фарадей установил закон элек­тромагнитной индукции (1826-1931).

Во второй половине XIX в. вклад в развитие электроизмерительных приборов внесли русские ученые А.Г. Столетов, Б.С. Якоби и М.О. Доливо-Добровольский, предложивший электро­магнитные приборы.

Первые измерительные приборы использовали лишь для относительной оценки физической величины. Такое положение сохранялось до тех пор, пока не были определены электрические меры.

Вначале (середина XIX в.) эти меры, созданные отдельны­ми учеными в разных странах, не были одинаковыми. При этом в широком смысле под единством измерений понимается характеристика качества измерений, заключающая­ся в том, что их результаты выражаются в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам воспроизведенных величин, а погрешности результа­тов измерений известны с заданной вероятностью и не выходят за установленные пределы. Применительно к нашей стране, со­гласно Закону Российской Федерации «Об обеспечении единства измерений», единство измерений — состояние изме­рений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин и погрешности измерений не выходят за ус­тановленные границы с заданной вероятностью.

Неоценимый вклад в развитие техники внес академик Л.И. Мандельштам, создавший в начале XX в. прототип современного электронного осциллографа.

В настоящее время измерения почти полностью перешли на цифровые методы, воплощенные в приборах с цифровым отсче­том и регистрацией; существенно расширяются диапазоны измеряемых величин; в измерительных системах широко применя­ется микроэлектроника; появилась необходимость в измерении характеристик случайных процессов. Все это требует нового под­хода к состоянию средств электротехнических измерений, к соответствию их метрологических свойств установленным нормам. В последние годы сформировалось и успешно развивается новое направление в измерительной технике — компьютерно - измерительные системы (КИС) и их разновидность — виртуальные приборы — Virtual Instruments (виртуальный — кажущийся). Виртуальный прибор — специальная плата, устанавливаемая в персональный компьютер (в слот ISA или PCI) или внешнее устройство, подключаемое через LPT-порт в комплексе с соответствующим программным обеспе­чением. В зависимости от используемой платы и программного обеспечения пользователь получает измерительный прибор под ту или иную метрологическую задачу.