Введение
Развитие науки и техники всегда было тесно связано с прогрессом в области измерений. Большое значение измерений для науки подчёркивали некоторые учёные.
Г. Галилей: «Измеряй всё доступное измерению и делай доступное всё недоступное ему».
Д.И. Менделеев: «Наука начинается с тех пор, как начинают измерять, точная наука немыслима без меры».
Кельвин: «Каждая вещь известна лишь в той степени, в какой её можно измерить».
Измерения являются одним из основных способов познания природы, её явлений и законов. Каждому, новому открытию в области естественных и технических наук предшествует большое число различных измерений. (Г. Ом – закон Ома; П. Лебедев – давление света).
Важную роль играют измерения в создании новых машин, сооружений, повышении качества продукции. Например, во время испытания стендового крупнейшего в мире турбогенератора 1200 МВт, созданного на Ленинградском объединении «Электросила», измерения производились в 1500 различных его точках.
Особо важную роль играют электрические измерения как электрических так и не электрических величин.
Первый в мире электроизмерительный прибор «указатель электрической силы» был создан в 1745 году, академиком Г.В. Рохманом, соратником М.В. Ломоносова.
Это был электрометр – прибор для измерения разности потенциалов. Однако только со второй половины XIX века в связи с созданием генераторов электрической энергии остро встал вопрос о разработке различных электроизмерительных приборов.
Вторая половина XIX века, начало XX века, – русский электротехник М.О. Доливо-добровольский разработал амперметр и вольтметр, электромагнитный системы; индукционный измерительный механизм; основы ферродинамических приборов.
Тогда же – русский физик А.Г. Столетов – закон изменения магнитной проницаемости, её измерение.
Тогда же – академик Б.С. Якоби – приборы для измерения сопротивления электрической цепи.
Тогда же – Д.И. Менделеев – точная теория весов, введение в России метрической системы мер, организация отделения по проверке электроизмерительных приборов.
1927 год – Ленинград построен первый отечественный приборостроительный завод «Электроприбор» (сейчас – Вибратор выпуск счётчиков).
30 годы – построены приборостроительные заводы в Харькове, Ленинграде, Москве, Киеве и в других городах.
С 1948 по 1967 год объём продукции приборостроения возрос в 200 раз.
В последующих пятилетках развитие приборостроения идёт неизменно опережающими темпами.
Основные достижения:
Аналоговые приборы непосредственной оценки улучшенных свойств;
Узко профильные аналоговые сигнализирующие контрольные приборы;
Прецизионные полуавтоматические конденсаторы, мосты, делители напряжения, другие установки;
Цифровые измерительные приборы;
Применение микропроцессоров;
Измерительный компьютер.
Современное производство немыслимо без современных средств измерений. Электроизмерительная техника постоянно совершенствуется.
В приборостроении широко используется достижения радиоэлектроники, вычислительной техники, и другие достижения науки и техники. Всё чаще применяют микропроцессоры и микро ЭВМ.
Изучение курса «Электрических измерений» ставит цель:
Изучение устройства и принцип действия электроизмерительных приборов;
Классификация измерительных приборов, знакомство с условными обозначениями на шкалах приборов;
Основные методики измерений, подбор тех или иных измерительных приборов в зависимости от измеряемой величины и требования к измерению;
Ознакомление с основными направлениями современного приборостроения.
Основные понятия, методы измерений и погрешностей
Измерением называется нахождение значений физической величины опытным путём с помощью специальных технических средств.
Измерения должны выполняться в общепринятых единицах.
Средствами электрических измерений называются технические средства, использующиеся при электрических измерениях.
Различают следующие виды средств электрических измерений:
– Меры;
– Электроизмерительные приборы;
– Измерительные преобразователи;
– Электроизмерительные установки;
– Измерительные информационные системы.
Мерой называется средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера.
Электроизмерительным прибором называется средство электрических измерений, предназначенное для выработки сигналов измерительной информации в форме доступной непосредственного восприятия наблюдателя.
Измерительным преобразователем называется средство электрических измерений, предназначенное для выработки сигналов измерительной информации в форме удобной для передачи, дальнейшего преобразования, хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию.
Электроизмерительная установка состоит из ряда средств измерений и вспомогательных устройств. С её помощью можно производить более точные и сложные измерения, поверку и градуировку приборов и т.д.
Измерительные информационные системы представляют собой совокупность средств измерений и вспомогательных устройств. Предназначены для автоматического получения измерительной информации от ряда её источников, для её передачи и обработки.
Классификация измерений:
а). В зависимости от способа получения результата прямые и косвенные:
Прямыми называются измерения, результат которых получается непосредственно из опытных данных (измерение тока амперметром).
Косвенные называются измерения, при которых искомая величина непосредственно не измеряется, а находится в результате расчёта по известным формулам. Например: P=U·I, где U и I измерены приборами.
б). В зависимости от совокупности приёмов использования принципов и средств измерений все методы делятся на методы непосредственной оценки и методы сравнения.
Метод непосредственной оценки – измеряемая величина определяется непосредственно по отсчётному устройству измерительного прибора прямого действия (измерение тока амперметром). Этот метод прост, но отличается низкой точностью.
Метод сравнения – измеряемая величина сравнивается с известной (например: измерение сопротивления путём сравнения его с мерой сопротивления – образцовой катушкой сопротивления). Метод сравнения подразделяют на нулевой, дифференциальный и замещения.
Нулевой – измеряемая и известная величина одновременно воздействуют на прибор сравнения, доводя его показания до нуля (например: измерение электрического сопротивления уравновешенным мостом).
Дифференциальный – прибор сравнения измеряет разность между измеряемой и известной величиной.
Метод замещения – измеряемая величина заменяется в измерительной установке известной величиной.
Этот метод наиболее точен.