Преимущества электрических методов измерения физических величин. Средства и меры измерений

Преимущества электрических методов измерения физических величин. Средства и меры измерений

Предметом раздела электрических измерений является изучение средств и методов измерений значений физических величин, характеризующих электромагнитные процессы, в которых излучение электромагнитной энергии не играет существенной роли.

Электрические измерения представляют собой часть более общей науки об измерениях — метрологии. В соответствии с этим изучение средств и методов, используемых при электрических измерениях, а также изучение вопросов, связанных с обеспечением требуемой точности и единства измерений, должно базироваться на общих метрологических понятиях и определениях.

Измерением называется процесс сравнения данной физической величины с некоторым ее значением, принятым за единицу. Результатом измерения является количественная характеристика физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

Для обеспечения единства измерений и сопоставимости результатов измерений необходимо, чтобы измерения выполнялись в общепринятых единицах. Такие единицы устанавливаются в каждой стране соответствующими законодательствами с учетом рекомендаций международных организаций.

Для осуществления измерения требуется наличие меры или измерительного прибора. Мерами называются средства измерений, воспроизводящие физическую величину заданного размера. Измерительный прибор - средство измерений, предназначенное для выдачи количественной информации о значении измеряемой величины в доступной для восприятия форме.

В приборах сравнения измеряемая величина сравнивается с мерой. При отсутствии меры данные приборы для проведения измерений непригодны.

В зависимости от формы представления результата измерения электроизмерительные приборы разделяют на аналоговые и цифровые. Показания аналоговых приборов являются непрерывными функциями измеряемых величин. В цифровых приборах показания представляются в дискретной (цифровой) форме.

Объектами электрических измерений являются все электрические и магнитные величины: ток, напряжение, магнитный поток и т. д.

Электроизмерительные устройства широко применяются и для измерения неэлектрических величин (температуры, давления и т. д.), которые для этой цели преобразуются в пропорциональные им электрические величины. Такие методы измерений известны под общим названием электрических измерений неэлектрических величин. Применение электрических методов измерений дает возможность относительно просто передавать показания приборов на дальние расстояния (телеизмерение), управлять машинами и аппаратами (автоматическое регулирование), выполнять автоматически математические операции над измеряемыми величинами, записывать (например, на ленту) ход контролируемых процессов и т. д.

Для исследования сложных объектов применяются автоматические измерительные системы, представляющие собой совокупность датчиков, измерительных и регистрирующих приборов, устройств их сопряжения (интерфейс) и управления.

Любой объект окружающего мира характеризуется своими свойствами.

Свойство — философская категория, выражающая такую сторону объекта (процесса, явления), которая обусловливает его общность или различие с другими объектами (процессами, явлениями) и обнаруживается в его отношениях к ним. По своей сути свойство — категория качественная. Для количественного описания различных свойств процессов и физических тел вводится понятие величины.

Величина — свойство чего-либо, которое может быть выделено среди других свойств и оценено тем или иным способом, в том числе и количественно. Величина не существует сама по себе, она имеет место лишь постольку, поскольку существует объект со свойствами, выраженными данной величиной. Анализ величин позволяет разделить их на два вида: идеальные и реальные.

Идеальные величины главным образом относятся к области математики и являются обобщением (моделью) конкретных реальных понятий. Они вычисляются тем или иным способом.

Реальные величины, в свою очередь, делятся на физические и нефизические. Физическая величина в общем случае может быть определена как величина, свойственная материальным объектам (процессам, явлениям), изучаемым в естественных (физика, химия) и технических науках. К нефизическим следует отнести величины, присущие общественным (нефизическим) наукам — философии, социологии, экономике и т.д.

Физическая величина — свойство, общее в качественном отношении для множества объектов, физических систем, их состояний и происходящих в них процессов, но индивидуальное в количественном отношении для каждого из них. Качественная сторона понятия «физическая величина» определяет «род» величины (например, электрическое сопротивление как общее свойство проводников электричества), а количественная - ее «размер» (сопротивление конкретного проводника). Не вызывает сомнения тот факт, что числовое значение результата измерения будет зависеть от выбора единицы физической величины. В частности, в популярном детском мультфильме при измерении длины удава в качестве единицы длины была выбрана длина попугая. Если же за единицу длины выбрать общепринятую единицу — метр, то числовое значение длины удава будет иным, хотя размер его остался прежним. Следует отметить, что размер физической величины существует объективно, независимо от того, определили мы его или не определили.

Нахождение истинного значения измеряемой физической величины является главной проблемой метрологии. Одним из постулатов метрологии является положение о том, что истинное значение физической величины существует, однако определить его путем измерения невозможно.

Истинным значением физической величины называется 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 называется значение физической величины, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него. Для действительного значения физической величины всегда можно указать границы более или менее узкой зоны, в пределах которой с заданной вероятностью находится истинное значение физической величины. Действительное значение физической величины определяют по образцовым мерам и приборам, погрешностями которых можно пренебречь по сравнению с погрешностями применяемых средств измерения.

Под измеренным значением понимается значение величины, отсчитанное по отсчетному устройству средства измерения.

Таблица 1. Единицы Международной системы

Величины	Единицы
Наименование	Размерность	Наименование	обозначение
международное	Русское
Основные единицы
Длина	L	метр	m	м
Масса	М	килограмм	kg	кг
Время	Т	секунда	s	С
Сила электрического тока	I	Ампер	А	А
Термодинамическая температура	θ	Кельвин	К	К
Количество вещества	N	моль	mol	моль
Сила света	J	кандела	сd	кд
Дополнительные единицы
Плоский угол	-	радиан	rad	рад
Телесный угол	-	стерадиан	sr	cр

Метр равен длине пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды.

Секунда равна 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.

Килограмм — единица массы, равная массе международного прототипа килограмма.

Ампер — сила неизменяющегося тока, который, проходя по двум нормальным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади круглого поперечного сечения, расположенным на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, вызывает между проводниками силу взаимодействия, равную 2-10^-7 Н (Генри) на каждый метр длины.

Кельвин — единица термодинамической температуры — 1/273,16 термодинамической температуры тройной точки кипения воды.

Производные единицы СИ образуются из основных и дополнительных единиц. В табл. приведены производные единицы, наиболее употребляемые в радиоэлектронике и радиосвязи.

Так как диапазон реальных значений большинства измеряемых физических величин чрезвычайно велик, применение целых единиц СИ иногда неудобно, поскольку в результате измерений получаются большие или малые их значения. Поэтому в СИ были установлены десятичные кратные и дольные единицы системы измерений СИ, которые образуются с помощью множителей.

Кратная единица физической величины — единица, большая в целое число раз системной, например килогерц (10³герц), мегаватт (10⁶ ватт).

Дольная единица физической величины определяется как единица, меньшая в целое число раз системной, например микрогенри (10^-6 генри), пикофарад (10^-12 фарад).

Таблица 2. Производные единицы Международной системы

Наименование величины	Единица
наименование	обозначение
международное	русское
Частота	Герц	Hz	Гц
Энергия, работа, количество теплоты	Джоуль	J	Дж
Мощность, поток энергии	Ватт	W	Вт
Количество электричества, (электрический заряд)	Кулон	С	Кл
Электрическое напряжение, электрический потенциал, электродвижущая сила, разность электрических потенциалов	Вольт	V	В
Электрическая емкость	Фарад	F	Ф
Электрическое сопротивление	Ом	Ω	Ом
Электрическая проводимость	Сименс	S	См
Поток магнитной индукции, магнитный поток	Вебер	Wb	Вб
Индуктивность, взаимная индуктивность	Генри	Н	Гн

Дата добавления: 2015-08-27