ГЛАВА ПЕРВАЯ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ

§ 1. Основные определения. Особенности и методы измерений

Общее в качественном отношении свойство многих физических объектов (физических систем, их состояний, происходящих в них процессов) называют физической величиной. В электро-и радиотехнике физическими величинами являются электрическое напряжение, сила тока, моищость, энергия, а также электрическое сопротивление, электрическая емкость, индуктивность, частота.

Физическая величина может иметь различные значения. Определенное значение принимают в качестве единицы измерения физической величины. Как правило, таким значением является единица.

Измерение данной физической величины-это определение ее значения опытным путем. Количественный результат, т.е. результат измерений, получают, сравнивая найденное значение физической величины с единицей ее измерения.

Технические устройства, применяемые при измерениях, называют средствами измерений. К ним относят меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи, измерительные установки, измерительные информационные системы.

Мера-средство измерения, воспроизводящее с высокой точностью физическую величину данного значения. Обычно мера воспроизводит единицу измерения либо ее увеличенное или уменьшенное в 10 раз значение.

Однозначная мера воспроизводит одно из значений физической величины, например резистор (1 + 0,005) кОм, конденсатор (0,1 +0,0005) мкФ, а многозначная - ряд значений, например переменный резистор со шкалой для отсчета сопротивлений, конденсатор переменной емкости со шкалой для отсчета емкости.

Измерительный прибор-средство измерения, вырабатывающее доступный для восприятия наблюдателем сигнал, определяющий значение измеряемой величины. Приборами вы-

полняется прямое или косвенное сравнение измеряемой величины с мерой. При прямом сравнении мера используется не-, посредственно в приборе, а при косвенном-использовалась при изготовлении прибора, например при нанесении градуировки на шкалу.

Приборы, показания которых изменяются плавно в зависимости от изменения измеряемой величины, называют аналоговыми. К ним относят широко распространенные приборы со стрелочным отсчетом. Приборы, в которых показания представлены в цифровой форме и изменяются дискретно (ступенями) при плавном изменении измеряемой величины, называют цифровыми.

Измерительный преобразователь-средство измерения, преобразующее измеряемую величину в вспомогательную, более удобную для передачи, дальнейшего преобразования и обработки. Такие измерительные преобразователи, как шунты, добавочные резисторы, измерительные трансформаторы, делители напряжения и измерительные усилители, не изменяют электрического характера сигнала и позволяют расширить пределы измерений. Так, вольтметром можно измерять сравнительно малые напряжения, используя предварительный усилитель, и сравнительно большие напряжения, используя до-" бавочные резисторы, делители напряжения и другие преобразователи. Для передачи измерительной информации по каналам связи и для ее введения в ЭВМ применяют измерительные преобразователи, преобразующие измеряемую величину в соответствующий код.

Неэлектрические величины (температуру, влажность, давление, механические колебания и др.) преобразуют в удобные для измерения электрические сигналы с помощью терморезисторов, индуктивных преобразователей и других датчиков.

Электроизмерительная установка-средство измерения, объединяющее ряд других средств измерений, преобразователей и вспомогательных устройств и позволяющее рационально проводить комплекс определенных измерений.

Измерительная информационная система-средство измерения, служащее для автоматического сбора измерительных сигналов от нескольких источников, передачи их по каналам связи и преобразования в удобный для считывания, записи и переработки вид.

Результаты и точность измерений определяются метрологическими характеристиками средств измерений, на которые имеются соответствующие стандарты. Одной из главных метрологических характеристик средств измерений является по-

грешность, определяющая степень несовпадения измеренного и истинного значения измеряемой величины. Следует отметить, что истинное значение измеряемой величины всегда нстзвестно, поэтому используют ее действительное значение, измеренное точным щшбором.

К метрологическим относятся также динамические характеристики средств измерений, определяющие зависимость результата измерений от изменяющихся во времени входного сигнала, внепших влияний, нагрузки и др. Частной динамической характеристикой является время установления показаний. Кроме того, метрологическими характеристиками являются вариация (разность показаний при увеличении или уменьшении измеряемой величины до данного значения), а также входное и выходное полные сопротивления щшбора. Входное сопротивление должно быть достаточно велико, тогда подключение прибора не влияет на режим работы измеряемой цепи. В ином случае возрастает погрешность измерения. Выходное сопротивление должно быть достаточно мало, тогда подключение нагрузки не вызывает значительного увеличения погрешности.

В электротехнике измерения выполняют на постоянном токе и переменном промышленной частотой 50 Гц, используя в основном электромеханические измерительные механизмы различных (жстем со стрелочным отсчетом, В последние годы все более широкое примененне находят приборы с цифровым отсчетом. В радиотехнике измерения выполняют на переменном токе в очень широком диапазоне частот-от единиц тера. до десятков тысяч мегагерц. Электромеханические измерительные механизмы, имеющие катушки и стальные сердечники, можно использовать на частотах до 1-2 кГц. На более высоких частотах возрастающее влияние собственных емкостей и индук-тиюосгей прибора и подводящих проводов вызывает дополнительную частотную погрешность результата измерений. Сдедо-вательно, применяемые на высоких частотах щшборы должны иметь минимальные собственные емкость и индуктишость. При значительном повышении частоты изменяются методы из-мереш Так, емкость и индуктивность измеряют на низких частотах мостовым методом, а на высоких-резонансным.

Подключение щшбора не должно изменять режима работы иссдедуокяой цепи, поэтому потребляак<ая им мощность должна быть очень мала, а входное сопротивление велико. Влиянием подключения щшбора можно пренебречь, если его входное сопротивление в 20-30 раз больше сощютивления того участка исследуемой цепи, к которому он подключен.