Введение

Основные этапы развития электроизмерительных приборов. Перспективы развития.

Основное содержание учебной дисциплины «Электрические измерительные приборы», ее значение в подготовке к работе по специальности 190501 «Эксплуатация транспортного электрооборудования и систем автоматики», ее связь с другими дисциплинами.

Материал для изучения

Развитие электроизмерительной техники протекает весьма быстро. Главная тенденция этого развития – переход от простейших приборов непосредственной оценки и приборов сравнения к более сложным и многозвенным измерительным системам. Измерительная техника, представляющая собой совокупность методов и средств, предназначенных для получения достоверной количественной информации о свойствах веществ, материалов, изделий, о технологических процессах и физических явлениях, является одним из решающих факторов технического прогресса во всех отраслях промышленности. По существу, ни один процесс производства, ни один эксперимент невозможны без измерений, без получения измерительной информации.

Электроизмерительные приборы созданы в результате упорного труда ученых и техников разных стран, длившегося более двух столетий. В 40-х годах XVIII в. основоположник русской науки М.В.Ломоносов и его коллега академик Г.В.Рихман совместно проводили работу по изучению атмосферного электричества. В 1745 г. собранию Петербургской Академии наук Г.В.Рихман представил «указатель электрической силы», предназначенный для изучения атмосферного электричества. Это был первый электроизмерительный прибор – родоначальник электроприборов, измеряющих разность потенциалов. Он состоял из вертикально расположенной металлической линейки, к которой была прикреплена льняная нить, и деревянного квадранта с равномерно нанесенными на нем делениями. Место крепления нити было центром окружности квадранта. При соединении линейки с наэлектризованным телом нить отклонялась от вертикального положения, и по углу отклонения можно было судить об относительном значении электрического заряда.

Не менее замечательным было изобретение М.В.Ломоносовым (в 1753 г.) прибора для измерения максимальной электрической силы, в котором для получения противодействующего момента впервые была применена пружина. Вторая половина XVIII в. характерна завершением открытий в области статического электричества. Для исследования законов электростатики французский ученый Ш.О.Кулон построил и применил измерительный прибор – крутильные весы.

Начало XIX столетия ознаменовалось крупными событиями в истории изучения электричества. Разработка вопросов теории электрического тока привела к необходимости создания прибора для измерения силы тока, что и было сделано Г.С.Омом. Для относительного определения силы тока Г.С.Ом воспользовался действием проводника с током на магнитную стрелку и с помощью такого прибора в 1827 г. установил известный закон, носящий его имя.

Вторая половина XIX в. была периодом роста новой отрасли знаний – электротехники. Разработка и широкое применение трехфазных электрических установок побудили крупнейших электротехников заняться изобретением и разработкой различных электроизмерительных приборов. Особенно велики заслуги в развитии электроизмерительной техники выдающегося русского ученого М.О.Доливо-Добровольского. Им были разработаны электромагнитные амперметры, индукционные и ферродинамические ваттметры, фазометры, а также принципиально новые методы электрических и магнитных измерений, в частности определение потерь мощности в стали, находящейся в переменном магнитном поле.

Несмотря на то, что в середине XIX в. уже пользовались электроизмерительными приборами, общепринятой системы электрических и магнитных единиц еще не было. К тому времени ученые в разных странах создают меры электрических величин, применяемые ими в качестве эталонов, производят измерения в единицах, воспроизводимых этими мерами, и далее проводят сличение мер в разных лабораториях. Первые попытки ввести единство в измерение электрических величин принадлежит русскому ученому академику Б.С.Якоби, который в 1848 г. создал первую образцовую меру электрического сопротивления – прообраз будущего эталона сопротивлений.

Во второй половине XIX столетия были начаты работы по установлению обоснованной системы электрических и магнитных единиц и выработке рекомендаций по созданию эталонов этих единиц в международном масштабе. В 1880 г. имели распространение 15 единиц электрического сопротивления, 8 единиц электродвижущей силы, 5 единиц электрического тока. Ввиду такого разнообразия в единицах всякое сравнение результатов измерений и расчетов различных исследователей было практически невозможно.

Первый международный конгресс по электричеству, состоявшийся в Париже в 1881 г., установил систему электрических единиц. В работе конгресса принимали участие выдающиеся ученые того времени и среди них русских ученый А.Г.Столетов, по настоянию которого были приняты электромагнитная и электростатическая системы единиц. В последующих конгрессах и международных комиссиях, посвященных установлению систем электрических и магнитных единиц и другим вопросам измерений, участвовали русские и советские ученые М.А.Шателен, В.Ф.Миткевич, М.Ф.Маликов и другие.

Для выполнения и хранения образцовых мер и измерительных приборов, а также для организации поверки рабочих мер и измерительных приборов в 1893 г. в России по инициативе Д.И.Менделеева была учреждена Главная палата мер и весов.

Несмотря на значительные изобретения и работы русских ученых в области электроизмерительной техники, в дореволюционной России измерительная техника практически не производилась. Развитие отечественной электроприборостроительной промышленности обусловили электрификация и индустриализация народного хозяйства после Великой Октябрьской социалистической революции. В 1927 г. начал выпускать электроизмерительные приборы новый завод «Электроприбор» (ныне завод «Вибратор»). В результате успешного выполнения пятилетних планов развития народного хозяйства СССР вступили в строй и работают десятки электроприборостроительных заводов. Поддержание единства во всех областях измерений осуществляется метрологической службой Госстандарта.

В настоящее время электроизмерительная техника развивается во всех направлениях: повышаются точность и быстродействие, улучшается конструкция многообразных электроизмерительных приборов; расширяется номенклатура и улучшаются характеристики разнообразных измерительных преобразователей, широко применяемых при измерении электрических, магнитных и неэлектрических величин, а также в системах автоматического управления; совершенствуются измерительные информационные системы. Совершенствуются существующие и создаются новые государственные эталоны единиц электрических величин.

Применение электроизмерительных приборов на судах началось одновременно с электрификацией флота в конце XIX столетия. Из всех видов измерений в настоящее время наибольшее распространение получили электрические измерения, имеющие ряд преимуществ по сравнению с другими видами измерений. Электрические измерения осуществляются электроизмерительными приборами, обладающими такими достоинствами, как высокая чувствительность, широкий диапазон измерений, высокая их точность, практическая независимость от расстояния (телеизмерения), возможность измерения не только электрических, но и ряда неэлектрических величин (предварительно преобразованных в электрические). Благодаря перечисленным и другим преимуществам электрические измерения широко применяются в судостроении.

Появление электрических установок на судах явилось следствием бурного развития электротехники, начавшегося в середине XIX столетия. Прообразами электроизмерительных приборов явились индукторы, которые использовались для измерения сопротивлений в судовых электроэнергетических сетях. Потребности флота в электроизмерительных приборах увеличивались с ростом электрификации судов и мощности судовых электростанций.

Долгое время в нашей стране как до революции, так и после нее на судах в большинстве случаев использовались общепромышленные приборы иностранных фирм. В начале 20-х годов впервые был организован выпуск отечественных электроизмерительных приборов (в основном для постоянного тока) и трансформаторов тока.

С 1932 г. были начаты научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы во всех отраслях измерительной техники. Были разработаны и изготовлены приборы для измерений в сетях переменного тока.

Известно, что электрические измерения на судах имеют особенности, обусловленные внешними факторами, отличными от наземных. Поэтому к судовым приборам предъявляются повышенные требования, связанные со спецификой их эксплуатации. начиная с 40-х годов XX века на судах устанавливаются только те приборы, которые разрешены для применения на флоте и изготовлены по специальным техническим условиям, т.е. судовые приборы. В это же время разрабатываются и первые требования к условиям испытания судовых приборов. С целью обеспечения работоспособности приборов при ударах судна (о лед, во время швартовки и т.д.), тряске и ходовой вибрации производилась внешняя защитная амортизация приборов.

В 1945 г. в связи с перспективой широкого внедрения на флоте переменного тока началась промышленная разработка судовых частотомеров, фазометров и ваттметров переменного тока.

В конце 50-х годов впервые были разработаны и начали выпускаться серии судовых ударовибротряскопрочных приборов, предназначенных для работы в более тяжелых по сравнению с общепромышленными судовых условиях и удовлетворяющих как требованиям действующих стандартов, так и Правилам классификации и постройки судов Регистра. Конструктивное и схемное исполнение этих приборов рассчитано на их надежную работу при длительной качке, вибрации, возможных ударных сотрясениях, резких и значительных колебаниях температуры окружающего воздуха и его высокой влажности. В приборах предусмотрен ряд усовершенствований, связанных с улучшением эксплуатационных параметров.

Одновременно с разработкой судовых электроизмерительных приборов в 50-е годы был налажен серийный выпуск судовых измерительных трансформаторов тока и напряжений, а также шунтов.

При эксплуатации электроэнергетического, радиотехнического и другого электрифицированного оборудования современного судна требуется систематическое, а иногда и непрерывное измерение большого количества электрических величин, выполняемое с помощью электроизмерительных приборов. Электроизмерительные приборы на современных судах работают в условиях значительных механических и климатических воздействий и должны обеспечивать правильность показаний и сохранение метрологических свойств во время работы судна. В настоящее время разработаны и серийно изготовляются промышленностью новые судовые щитовые, пультовые и переносные приборы для контроля различных параметров электроэнергетических систем.