1. Основы электрических измерений

1.1. Основные понятия и определения

Одним из важных понятий в теории и практике измерений является понятие физической величины. Физическая величина – свойство, в качественном отношении общее для многих объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

Измерение физической величины представляет собой нахождение ее значения экспериментальным путем с помощью специальных технических средств. По способу получения числового значения измеряемой величины все измерения делят на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямые измерения основаны на методе сравнения измеряемой величины с мерой этой величины или на методе непосредственной оценки значения измеряемой величины по отсчетному устройству, шкала которого проградуирована в единицах измеряемой величины. Примером прямых измерений может служить измерение силы тока амперметром.

Косвенные измерения – измерения, результат которых получают после прямых измерений величин, связанных с измеряемой величиной известной зависимостью. Так, измерение электрического сопротивления в цепи постоянного тока производится путем прямых измерений силы тока амперметром и напряжения вольтметром с последующим вычислением искомого значения сопротивления.

Совокупные измерения представляют собой неоднократные, обычно прямые измерения одной или нескольких одноименных величин с получением общего результата измерений путем решения системы уравнений, составляемых по частным результатам измерений. В качестве примера приведем процесс определения взаимной индуктивности между двумя катушками путем двукратного измерения их общей индуктивности. Сначала катушки соединяют так, чтобы их магнитные поля складывались, и измеряют общую индуктивность: L₀₁ = L₁ + L₂ + 2M, где М – взаимная индуктивность; L₁, L₂ – индуктивности первой и второй катушек. Затем катушки соединяют так, чтобы их магнитные поля вычитались, и измеряют общую индуктивность: L₀₂ = L₁ + L₂ – 2M. Искомое значение М определяют решением этих уравнений: М = (L₀₁ - L₀₂)/4.

Совместные измерения состоят в одновременном измерении двух или более неодноименных величин с последующим вычислением результата путем решения системы полученных при измерениях уравнений. Пусть, например, требуется найти температурные коэффициенты A , B терморезистора R_т = R₀(1+AT +BT²) , где R₀ – значение сопротивления при T₀ = 20 ^оС, Т – температура среды. Измерив значения сопротивлений R₀, R₁, R₂ терморезистора при значениях температуры T₀, T₁, T₂, определяемой с помощью термометра, и решив полученную систему из трех уравнений, найдем значения величин А и В.

Средство измерений – техническое устройство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики. К средствам измерений относятся меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы и измерительные системы.

Мера – средство измерений, предназначенное для хранения и воспроизведения физической величины заданного размера. К мерам относятся нормальные элементы, магазины сопротивлений, генераторы стандартных сигналов, градуированные шкалы показывающих приборов.

Измерительные преобразователи – средства измерений, предназначенные для преобразования измерительного сигнала в форму, удобную для передачи, хранения и обработки.

Измерительные приборы – средства измерений, предназначенные для выработки сигнала измерительной информации, функционально связанного с числовым значением измеряемой величины, и отображения этого сигнала на отсчетном устройстве или его регистрации.

Измерительная система – комплекс средств измерений и вспомогательных устройств, обеспечивающий получение измерительной информации на исследуемом объекте в заданном объеме и заданных условиях.

Наиболее важными свойствами средств измерений являются метрологические свойства. К метрологическим свойствам (характеристикам) относятся точность, диапазон измерений, чувствительность, быстродействие и др.