1.2 Назначение и особенности электротехнических измерений

Можно выделить три главные функции электротехнических измерений в современном мире:

• контроль и регулирование технологических процессов;

• контроль физических величин, технических параметров, характе­ристик

процессов при научных исследованиях;

• учет продукции при различных формах хозяйствования.

Основными видами электротехнических измерений, выполняемых на постоянном и переменном токе промышленной частоты 50 Гц, являются определение силы тока, напряжения, со­противления, мощности и энергии. Для отсчета значений этих параметров служат стрелочные индикаторы электро­магнитной, магнитоэлектрической, электродинами- ческой или ферродинамической системы, к чувствительности ко­торых не предъявляют жестких требований, так как из­мерения выполняют в цепях большой мощности. При этом потребляемый индикатором ток должен быть гораздо мень­ше токов в контролируемых цепях.

Электротехнические измерения широко используются во многих сферах жизни:

• медицине (компьютерная томография, кардиографы);

• торговле (весовая измерительная база, терминалы);

• службе ГИБДД (определение скорости перемещения автомобиля);

• службе времени (разнообразные часы);

• быту (счетчики для учета расхода воды, электроэнергии, тепла). В этой связи электротехническим измерениям характерны:

• расширение пределов измеряемых величин и повышение точности их измерений;

• разработка новых методов измерений и приборов с использо­ванием новейших физических принципов действия;

• внедрение автоматизированных измерительных систем, обла­дающих высокой точностью, быстродействием и надежностью.

Электротехническим измерениям свойственен ряд особенностей:

1. широкий диапазон измеряемых величин: по мощности - от долей микроватт (10^-6;) до десятков и сотен мегаватт (10⁶); по напряжению - от долей микровольт (10^-6) до десятков киловольт (10³); по времени - от нескольких пикосекунд (10 ¹²) до нескольких секунд. Такие широкие диапазоны не могут быть перекрыты приборами одного типа, одной конструкции или одно­ го принципа действия.

2. применение приборов для наблюдения и регистрации колебаний (осциллографов, анализаторов спектров) и источников электрических колебаний (измерительных генераторов).

3. разнообразие измерений даже в одном эксперименте, необходимость комплексного их проведения, быстродействие, точность, а следовательно, автома­тизация измерений.

4. при увеличении частоты (до сотен и тысяч мегагерц) возрастает влияние собственных индуктивностей и емкостей приборов, имеющих катушки и стальные сердечники, Зависимость индуктивного, емкостного и комплексного сопротивления выражается известными формулами:

В области низких частот, когда емкостное сопротивление Х_С (Х_С = 1/2f*С_вх) велико по сравнению с активным сопротивлением Х_С » R_BX, практически входное сопротивление измерительного прибора Z_BX = Х_С.

В области высоких частот входное сопротивление прибора определяется в основном активным сопротивлением и Z_BX= R_BX так как R_BX » Х_С

Х_L = ωL_С

Х_С = 1/ωС

Следовательно, стрелочные индикато­ры, использо­вать нельзя. Емкость подводящих проводов должна быть снижена. При работе с прибором следует знать его частот­ные возможности, т. е. диапазон частот, в котором частот­ная погрешность не превышает допускаемого значения. Особо жесткие требования в отношении минимальной входной емкости предъявляют к приборам, подключаемым к колебательным турам: входная емкость прибора должна быть значительно меньше емкости контура, тогда его подключение незначительно уменьшит резонансную частоту контура.

5. В цепях электронной аппаратуры протекают сравни­тельно малые токи, поэтому следует использовать приборы очень высокой чувствительности, значительные перемеще­ния указателя которых вызываются малыми значениями измеряемой величины. В радиоизмерительные приборы для повышения чувствительности вводят соответствую­щие усилители.

6. Входное сопротивление приборов должно быть доста­точно велико, чтобы их подключение незначительно ме­няло режим работы исследуемой схемы. Если считать, что наибольшие сопротивления резисторов в схемах составляют 1 МОм, необходимы приборы, имеющие входные сопро­тивления 10—20 МОм, подключение которых почти не оказывает шунтирующего влияния на контролируемые участкитки схемы. Однако большинство приборов не имеет больших входных сопротивлений и оказывает некоторое шунтирующее влияние, особенно на высокоомные участки исследуемой схемы, что вызывает снижение показаний по сравнению с действительными.