Электрическое измерение что такое: Электрические измерения — это… Что такое Электрические измерения?

Электрические измерения — это… Что такое Электрические измерения?

        измерения электрических величин: электрического напряжения, электрического сопротивления, силы тока, частоты и фазы переменного тока, мощности тока, электрической энергии, электрического заряда, индуктивности, электрической ёмкости и др. Э. и. — один из распространённых видов измерений. Благодаря созданию электротехнических устройств, преобразующих различные неэлектрические величины в электрические, методы и средства Э. и. используются при измерениях практически всех физических величин. Область применения Э. и.: научные исследования в физике, химии, биологии и др.; технологические процессы в энергетике, металлургии, химической промышленности и др.; транспорт; разведка и добыча полезных ископаемых; метеорологические и океанологические работы; медицинская диагностика; изготовление и эксплуатация радио и телевизионных устройств, самолётов и космических аппаратов.

         Большое разнообразие электрических величин, широкие диапазоны их значений, требования высокой точности измерений, разнообразие условий и областей применения Э. и. обусловили многообразие методов и средств Э. и. Измерение «активных» электрических величин (силы тока, электрического напряжения и др.), характеризующих энергетическое состояние объекта измерений, основывается на непосредственном воздействии этих величин на средство Э. и. и, как правило, сопровождается потреблением некоторого количества электрической энергии от объекта измерений (см. Амперметр, Векторметр, Вольтметр, Логометр, Ваттметр, Счётчик электрический, Частотомер). Измерение «пассивных» электрических величин (электрического сопротивления, его комплексных составляющих, индуктивности, тангенса угла диэлектрических потерь и др.), характеризующих электрические свойства объекта измерений, требует возбуждения объекта измерений посторонним источником электрической энергии и измерения ответной реакции (см. Омметр, Мегомметр, Индуктивности измерители, Ёмкости измеритель, Добротности измеритель).
         Методы и средства Э. и. в цепях постоянного и переменного тока существенно различаются. В цепях переменного тока они зависят от частоты и характера изменения величин, а также от того, какие характеристики переменных электрических величин (мгновенные, действующие, максимальные, средние) измеряются. Для Э. и. в цепях постоянного тока наиболее широко применяют измерительные магнитоэлектрические приборы (См. Магнитоэлектрический прибор) и цифровые измерительные устройства (См. Цифровое измерительное устройство). Для Э. и. в цепях переменного тока — электромагнитные приборы (См. Электромагнитный прибор), электродинамические приборы (См. Электродинамический прибор), индукционные приборы (См. Индукционный прибор), электростатические приборы (См. Электростатический прибор), выпрямительные электроизмерительные приборы (См. Выпрямительный электроизмерительный прибор), Осциллографы, цифровые измерительные приборы. Некоторые из перечисленных приборов применяют для Э. и. как в цепях переменного, так и постоянного тока (см. Электроизмерительный комбинированный прибор).
         Значения измеряемых электрических величин заключаются примерно в пределах: силы тока — от 10^-16 до 10⁵а, напряжения — от 10^-9 до 10⁷ в, сопротивления — от 10^-8 до 10¹⁶ом, мощности — от 10^-16вт до десятков Гвт, частоты переменного тока — от 10^-3 до 10¹²гц. Диапазоны измеряемых значений электрических величин имеют непрерывную тенденцию к расширению. Измерения на высоких и сверхвысоких частотах, измерение малых токов и больших сопротивлений, высоких напряжений и характеристик электрических величин в мощных энергетических установках выделились в разделы, развивающие специфические методы и средства Э. и. (см. Радиоизмерения, Диэлектрические измерения, Высоких напряжений техника, Импульсная техника, Импульсная техника высоких напряжений). Расширение диапазонов измерений электрических величин связано с развитием техники электрических измерительных преобразователей, в частности с развитием техники усиления и ослабления электрических токов и напряжений (см. Электрических сигналов усилитель, Делитель напряжения, Шунт, Измерительный трансформатор). К специфическим проблемам Э. и. сверхмалых и сверхбольших значений электрических величин относятся борьба с искажениями, сопровождающими процессы усиления и ослабления электрических сигналов, и разработка методов выделения полезного сигнала на фоне помех.

         Применение методов Э. и. для измерения неэлектрических величин основывается либо на известной связи между неэлектрическими и электрическими величинами, либо на применении измерительных преобразователей (См. Измерительный преобразователь)(Датчиков). Для обеспечения совместной работы датчиков с вторичными измерительными приборами, передачи электрических выходных сигналов датчиков на расстояние, повышения помехоустойчивости передаваемых сигналов применяют разнообразные электрические промежуточные измерительные преобразователи, выполняющие одновременно, как правило, функции усиления (реже, ослабления) электрических сигналов, а также нелинейные преобразования с целью компенсации нелинейности датчиков. На вход промежуточных измерительных преобразователей могут быть поданы любые электрические сигналы (величины), в качестве же выходных сигналов наиболее часто используют электрические унифицированные сигналы постоянного, синусоидального или импульсного тока (напряжения). Для выходных сигналов переменного тока используется амплитудная, частотная или фазовая модуляция. Всё более широкое распространение в качестве промежуточных измерительных преобразователей получают цифровые преобразователи.
         Комплексная автоматизация научных экспериментов и технологических процессов привела к созданию комплексных средств Э. и. измерительных установок, измерительно-информационных систем (См. Измерительно-информационная система), а также к развитию техники телеметрии (См. Телеметрия), радиотелемеханики (См. Радиотелемеханика).
         Современное развитие Э. и. характеризуется использованием новых физических эффектов: (например, Джозефсона эффекта, Холла эффекта) для создания более чувствительных и высокоточных средств Э. и., внедрением в технику Э. и. достижении электроники, микроминиатюризацией средств Э. и., сопряжением их с вычислительной техникой, автоматизацией процессов Э. и., а также унификацией метрологических и других требований к ним. В СССР разработана агрегатированная система средств электроизмерительной техники — АСЭТ. С 1 июля 1978 введён в действие ГОСТ 22261—76 «Средства измерений электрических величин. Общие технические условия», регламентирующий единые технические, в частности метрологические, требования к средствам Э. и. (см. Измерительная техника).

         Лит: Электрические измерения. Средства и методы измерений, (Общий курс), под ред. Е. Г. Шрамкова, М., 1972; Основы электроизмерительной техники, под ред. М. И. Левина М., 1972; Илюкович А. М., Техника электрометрии, М., 1976; Шваб А., Измерения на высоком напряжении, пер. с нем., М., 1973; Электрические измерительные преобразователи, под ред. Р. Р. Харченко, М. — Л., 1967; Цапенко М. П., Измерительные информационные системы, 1974.

         В. П. Кузнецов.

единицы и средства, методы измерения

Потребности науки и техники включают в себя проведение множества измерений, средства и методы которых постоянно развиваются и совершенствуются. Важнейшая роль в этой области принадлежит измерениям электрических величин, находящим широчайшее применение в самых различных отраслях.

Понятие об измерениях

Измерение любой физической величины производится путем сравнения ее с некоторой величиной того же рода явлений, принятой в качестве единицы измерения. Результат, полученный при сравнении, представляется в численном виде в соответствующих единицах.

Эта операция осуществляется с помощью специальных средств измерения – технических приспособлений, взаимодействующих с объектом, те или иные параметры которого требуется измерить. При этом используются определенные методы – приемы, посредством которых проводится сравнение измеряемой величины с единицей измерения.

Существует несколько признаков, служащих основой для классификации измерений электрических величин по видам:

• Количество актов измерения. Здесь существенна их однократность или многократность.
• Степень точности. Различают технические, контрольно-поверочные, максимально точные измерения, а также равноточные и неравноточные.
• Характер изменения измеряемой величины во времени. Согласно этому критерию измерения бывают статические и динамические. Путем динамических измерений получают мгновенные значения величин, меняющихся во времени, а статических – некоторые постоянные значения.
• Представление результата. Измерения электрических величин могут быть выражены в относительной или в абсолютной форме.
• Способ получения искомого результата. По данному признаку измерения делятся на прямые (в них результат получается непосредственно) и косвенные, при которых прямо измеряются величины, связанные с искомой величиной какой-либо функциональной зависимостью. В последнем случае искомая физическая величина вычисляется по полученным результатам. Так, измерение силы тока с помощью амперметра – это пример прямого измерения, а мощности – косвенного.

Средства измерения

Приспособления, предназначенные для измерения, должны обладать нормированными характеристиками, а также сохранять на протяжении определенного времени либо воспроизводить единицу той величины, для измерения которой они предназначены.

Средства измерения электрических величин подразделяются на несколько категорий в зависимости от назначения:

• Меры. Данные средства служат для воспроизведения величины некоторого заданного размера – как, например, резистор, воспроизводящий с известной погрешностью определенное сопротивление.
• Измерительные преобразователи, формирующие сигнал в форме, удобной для хранения, преобразования, передачи. Для непосредственного восприятия информация такого рода недоступна.
• Электроизмерительные приборы. Эти средства предназначены для представления информации в доступной наблюдателю форме. Они могут быть переносными или стационарными, аналоговыми или цифровыми, регистрирующими или сигнализирующими.
• Электроизмерительные установки представляют собой комплексы вышеперечисленных средств и дополнительных устройств, сосредоточенные в одном месте. Установки позволяют проводить более сложные измерения (например, магнитных характеристик или удельного сопротивления), служат как поверочные или эталонные устройства.
• Электроизмерительные системы тоже являются совокупностью различных средств. Однако, в отличие от установок, приборы для измерения электрических величин и прочие средства в составе системы рассредоточены. С помощью систем можно измерять несколько величин, хранить, обрабатывать и передавать сигналы измерительной информации.

При необходимости решения какой-либо конкретной сложной измерительной задачи формируют измерительно-вычислительные комплексы, объединяющие ряд устройств и электронно-вычислительную аппаратуру.

Характеристики измерительных средств

Устройства измерительной аппаратуры обладают определенными свойствами, важными для выполнения их непосредственных функций. К ним относятся:

• Метрологические характеристики, такие как чувствительность и ее порог, диапазон измерения электрической величины, погрешность прибора, цена деления, быстродействие и др.
• Динамические характеристики, например амплитудные (зависимость амплитуды выходного сигнала прибора от амплитуды на входе) или фазовые (зависимость фазового сдвига от частоты сигнала).
• Эксплуатационные характеристики, отражающие меру соответствия прибора требованиям эксплуатации в определенных условиях. К ним относятся такие свойства, как достоверность показаний, надежность (работоспособность, долговечность и безотказность аппарата), ремонтопригодность, электрическая безопасность, экономичность.

Совокупность характеристик аппаратуры устанавливается соответствующими нормативно-техническими документами для каждого типа устройств.

Применяемые методы

Измерение электрических величин производится посредством различных методов, которые также можно классифицировать по следующим критериям:

• Род физических явлений, на основе которого измерение проводится (электрические или магнитные явления).
• Характер взаимодействия измерительного средства с объектом. В зависимости от него различают контактные и бесконтактные методы измерения электрических величин.
• Режим проведения измерения. В соответствии с ним измерения бывают динамическими и статическими.
• Способ осуществления измерений. Разработаны как методы непосредственной оценки, когда искомая величина прямо определяется прибором (к примеру, амперметром), так и более точные методы (нулевые, дифференциальные, противопоставления, замещения), в которых она выявляется путем сравнения с известной величиной. В качестве приборов сравнения служат компенсаторы и электроизмерительные мосты постоянного и переменного тока.

Электроизмерительные приборы: виды и особенности

Измерение основных электрических величин требует большого разнообразия приборов. В зависимости от физического принципа, положенного в основу их работы, все они делятся на следующие группы:

• Электромеханические приборы обязательно имеют в конструкции подвижную часть. К этой большой группе измерительных средств относятся электродинамические, ферродинамические, магнитоэлектрические, электромагнитные, электростатические, индукционные приборы. Например, магнитоэлектрический принцип, применяющийся очень широко, может быть положен в основу таких устройств, как вольтметры, амперметры, омметры, гальванометры. На индукционном принципе основаны счетчики электроэнергии, частотомеры и т. д.
• Электронные приборы отличаются наличием дополнительных блоков: преобразователей физических величин, усилителей, преобразователей и пр. Как правило, в приборах этого типа измеряемая величина преобразуется в напряжение, и конструктивной основой их служит вольтметр. Электронные измерительные приборы применяются в качестве частотомеров, измерителей емкости, сопротивления, индуктивности, осциллографов.
• Термоэлектрические приборы сочетают в своей конструкции измерительное устройство магнитоэлектрического типа и термопреобразователь, образуемый термопарой и нагревателем, через который протекает измеряемый ток. Приборы этого типа используются в основном при измерениях высокочастотных токов.
• Электрохимические. Принцип их работы базируется на процессах, которые протекают на электродах либо в исследуемой среде в межэлектродном пространстве. Применяются приборы этого типа для измерения электропроводности, количества электричества и некоторых неэлектрических величин.

По функциональным особенностям различают следующие виды приборов для измерения электрических величин:

• Показывающие (сигнализирующие) – это устройства, позволяющие производить только непосредственное считывание измерительной информации, такие как ваттметры или амперметры.
• Регистрирующие – приборы, допускающие возможность регистрации показаний, например, электронные осциллографы.

По типу сигнала приборы делятся на аналоговые и цифровые. Если устройство вырабатывает сигнал, представляющий собой непрерывную функцию измеряемой величины, оно является аналоговым, например, вольтметр, показания которого выдаются при помощи шкалы со стрелкой. В том случае, если в устройстве автоматически вырабатывается сигнал в виде потока дискретных значений, поступающий на дисплей в численной форме, говорят о цифровом измерительном средстве.

Цифровые приборы имеют некоторые недостатки по сравнению с аналоговыми: меньшая надежность, потребность в источнике питания, более высокая стоимость. Однако их отличают и существенные преимущества, в целом делающие применение цифровых устройств более предпочтительным: удобство эксплуатации, высокая точность и помехоустойчивость, возможность универсализации, сочетания с ЭВМ и дистанционной передачи сигнала без потери точности.

Погрешности и точность приборов

Важнейшая характеристика электроизмерительного прибора – класс точности. Измерение электрических величин, как и любых других, не может производиться без учета погрешностей технического устройства, а также дополнительных факторов (коэффициентов), влияющих на точность измерения. Предельные значения приведенных погрешностей, допускаемые для данного типа прибора, называются нормированными и выражаются в процентах. Они и определяют класс точности конкретного прибора.

Стандартные классы, которыми принято маркировать шкалы измерительных устройств, следующие: 4,0; 2,5; 1,5; 1,0; 0,5; 0,2; 0,1; 0,05. В соответствии с ними установлено разделение по назначению: приборы, принадлежащие к классам от 0,05 до 0,2, относятся к образцовым, классами 0,5 и 1,0 обладают лабораторные приборы, и, наконец, устройства классов 1,5–4,0 являются техническими.

При выборе измерительного прибора необходимо, чтобы он соответствовал по классу решаемой задаче, при этом верхний предел измерения должен быть как можно ближе к численному значению искомой величины. То есть чем большего отклонения стрелки прибора удается достичь, тем меньше будет относительная погрешность проводимого измерения. Если в распоряжении имеются только приборы низкого класса, выбирать следует такой, который обладает наименьшим рабочим диапазоном. Используя данные способы, измерения электрических величин можно провести достаточно точно. При этом также нужно учитывать тип шкалы прибора (равномерная или неравномерная, как, например, шкалы омметров).

Основные электрические величины и единицы их измерения

Чаще всего электрические измерения связаны со следующим набором величин:

• Сила тока (или просто ток) I. Данной величиной обозначается количество электрического заряда, проходящего через сечение проводника за 1 секунду. Измерение величины электрического тока проводится в амперах (A) при помощи амперметров, авометров (тестеров, так называемых «цешек»), цифровых мультиметров, измерительных трансформаторов.
• Количество электричества (заряд) q. Эта величина определяет, в какой мере то или иное физическое тело может являться источником электромагнитного поля. Электрический заряд измеряется в кулонах (Кл). 1 Кл (ампер-секунда) = 1 А ∙ 1 с. Приборами для измерения служат электрометры либо электронные зарядометры (кулон-метры).
• Напряжение U. Выражает разность потенциалов (энергии зарядов), существующую между двумя различными точками электрического поля. Для данной электрической величины единицей измерения служит вольт (В). Если для того, чтобы из одной точки переместить в другую заряд в 1 кулон, поле совершает работу в 1 джоуль (то есть затрачивается соответствующая энергия), то разность потенциалов – напряжение – между этими точками составляет 1 вольт: 1 В = 1 Дж/1 Кл. Измерение величины электрического напряжения производится посредством вольтметров, цифровых либо аналоговых (тестеры) мультиметров.
• Сопротивление R. Характеризует способность проводника препятствовать прохождению через него электрического тока. Единица сопротивления – ом. 1 Ом – это сопротивление проводника, имеющего напряжение на концах в 1 вольт, к току величиной в 1 ампер: 1 Ом = 1 В/1 А. Сопротивление прямо пропорционально сечению и длине проводника. Для измерения его используются омметры, авометры, мультиметры.
• Электропроводность (проводимость) G – величина, обратная сопротивлению. Измеряется в сименсах (См): 1 См = 1 Ом^-1.
• Емкость C – это мера способности проводника накапливать заряд, также одна из основных электрических величин. Единицей измерения ее служит фарад (Ф). Для конденсатора эта величина определяется как взаимная емкость обкладок и равна отношению накопленного заряда к разности потенциалов на обкладках. Емкость плоского конденсатора растет с увеличением площади обкладок и с уменьшением расстояния между ними. Если при заряде в 1 кулон на обкладках создается напряжение величиной 1 вольт, то емкость такого конденсатора будет равна 1 фараду: 1 Ф = 1 Кл/1 В. Измерение производят при помощи специальных приборов – измерителей емкости или цифровых мультиметров.
• Мощность P – величина, отражающая скорость, с которой осуществляется передача (преобразование) электрической энергии. В качестве системной единицы мощности принят ватт (Вт; 1 Вт = 1Дж/с). Эта величина также может быть выражена через произведение напряжения и силы тока: 1 Вт = 1 В ∙ 1 А. Для цепей переменного тока различают активную (потребляемую) мощность P_a, реактивную P_ra (не принимает участия в работе тока) и полную мощность P. При измерениях для них используют следующие единицы: ватт, вар (расшифровывается как «вольт-ампер реактивный») и, соответственно, вольт-ампер В∙А. Размерность их одинакова, и служат они для различения указанных величин. Приборы для измерения мощности – аналоговые или цифровые ваттметры. Косвенные измерения (например, с помощью амперметра) применимы далеко не всегда. Для определения такой важной величины, как коэффициент мощности (выражается через угол фазового сдвига) применяют приборы, называемые фазометрами.
• Частота f. Это характеристика переменного тока, показывающая количество циклов изменения его величины и направления (в общем случае) за период в 1 секунду. За единицу частоты принята обратная секунда, или герц (Гц): 1 Гц = 1 с^-1. Измеряют данную величину посредством обширного класса приборов, называемых частотомерами.

Магнитные величины

Магнетизм теснейшим образом связан с электричеством, поскольку и то, и другое представляют собой проявления единого фундаментального физического процесса – электромагнетизма. Поэтому столь же тесная связь свойственна методам и средствам измерения электрических и магнитных величин. Но есть и нюансы. Как правило, при определении последних практически проводится электрическое измерение. Магнитную величину получают косвенным путем из функционального соотношения, связывающего ее с электрической.

Эталонными величинами в данной области измерений служат магнитная индукция, напряженность поля и магнитный поток. Они могут быть преобразованы с помощью измерительной катушки прибора в ЭДС, которая и измеряется, после чего производится вычисление искомых величин.

• Магнитный поток измеряют посредством таких приборов, как веберметры (фотогальванические, магнитоэлектрические, аналоговые электронные и цифровые) и высокочувствительные баллистические гальванометры.
• Индукция и напряженность магнитного поля измеряются при помощи тесламетров, оснащенных преобразователями различного типа.

Измерение электрических и магнитных величин, состоящих в непосредственной взаимосвязи, позволяет решать многие научные и технические задачи, например, исследование атомного ядра и магнитного поля Солнца, Земли и планет, изучение магнитных свойств различных материалов, контроль качества и прочие.

Неэлектрические величины

Удобство электрических методов дает возможность успешно распространять их и на измерения всевозможных физических величин неэлектрического характера, таких как температура, размеры (линейные и угловые), деформация и многие другие, а также исследовать химические процессы и состав веществ.

Приборы для электрического измерения неэлектрических величин обычно представляют собой комплекс из датчика – преобразователя в какой-либо параметр цепи (напряжение, сопротивление) и электроизмерительного устройства. Существует множество типов преобразователей, благодаря которым можно измерять самые разные величины. Вот лишь несколько их примеров:

• Реостатные датчики. В таких преобразователях при воздействии измеряемой величины (например, при изменении уровня жидкости или же ее объема) перемещается движок реостата, изменяя тем самым сопротивление.
• Терморезисторы. Сопротивление датчика в аппаратах этого типа изменяется под воздействием температуры. Применяются для измерения скорости газового потока, температуры, для определения состава газовых смесей.
• Тензосопротивления позволяют проводить измерения деформации проволоки.
• Фотодатчики, преобразующие изменение освещенности, температуры либо перемещение в измеряемый затем фототок.
• Емкостные преобразователи, используемые как датчики химического состава воздуха, перемещения, влажности, давления.
• Пьезоэлектрические преобразователи работают по принципу возникновения ЭДС в некоторых кристаллических материалах при механическом воздействии на них.
• Индукционные датчики основаны на преобразовании таких величин, как скорость или ускорение, в индуктированную ЭДС.

Развитие электроизмерительных средств и методов

Большое многообразие средств измерения электрических величин обусловлено множеством различных явлений, в которых эти параметры играют существенную роль. Электрические процессы и явления имеют чрезвычайно широкий диапазон использования во всех отраслях – нельзя указать такую область человеческой деятельности, где они не находили бы применения. Этим и определяется все более расширяющийся круг задач электрических измерений физических величин. Непрерывно растет разнообразие и совершенствование средств и методов решения этих задач. Особенно быстро и успешно развивается такое направление измерительной техники, как измерение неэлектрических величин электрическими методами.

Современная электроизмерительная техника развивается в направлении повышения точности, помехоустойчивости и быстродействия, а также все большей автоматизации измерительного процесса и обработки его результатов. Средства измерений прошли путь от простейших электромеханических приспособлений до электронных и цифровых приборов, и далее до новейших измерительно-вычислительных комплексов с использованием микропроцессорной техники. При этом повышение роли программной составляющей измерительных устройств является, очевидно, основной тенденцией развития.

В чем измеряется напряжение? Единица измерения электрического напряжения

Возможно, ли представить свою жизнь без электричества? Современный человек плотно окружил себя бытовыми приборами, помогающими в жизни. Мы уже не можем представить себя и свою жизнь без умных домашних помощников.

В технике все чаще переходят на использование электроэнергии. Даже транспорт постепенно переводится на электродвигатели, что позволяет уменьшить существенный вред, наносимый природе.

Сегодня мы попытаемся дать ответ на следующие вопросы:

• Что такое электрический ток?
• Что такое электрическое напряжение?
• Как определить напряжение?
• В чем измеряется напряжение?

Что такое ток?

На заре изучения электричества его получали трением одного тела о другое. Больший запас заряда можно было получить во время грозы, используя естественный разряд – молнию. Известно, что этот способ стоил жизни ученику М. В. Ломоносова — Рихтеру.

Сам заряд использовать сложно и нерационально. Необходимо получить его направленное движение – электрический ток. Свойства тока:

• нагревание проводника;
• химическое действие;
• механическое действие;
• магнитное действие.

Их используют в быту и технике. Необходимым условием существования тока считают наличие источника тока, свободных электрических зарядов и замкнутого проводника.

История вопроса

В 1792 году известный итальянский физик, физиолог и изобретатель Алессандро Вольта заинтересовался выводами соотечественника Луиджи Гальвани о природе импульсов тока в органах животных. Длительное наблюдение за поведением лапок лягушек, закрепленных на металлических крючках, позволило ему сделать вывод, что источником электричества является не живой организм, а контакт разнородных металлов. Именно это обстоятельство способствует протеканию электричества, а реакция нервных окончаний — только физиологическое действие тока.

Уникальное открытие привело к созданию первого в мире источника постоянного тока, получившего название «Вольтов столб». Разнородные металлы (Вольта утверждал, что они должны быть удалены друг от друга в ряду химических элементов) прокладываются бумагой, пропитанной жидким «проводником второго рода».

Этот прибор стал первым источником постоянного напряжения. Единица измерения электрического напряжения увековечила имя Алессандро Вольта.

Источник постоянного тока

Основной элемент электрической цепи – источник тока. Его назначение – создавать электрическое поле, под действием которого свободные заряженные частицы (электроны, ионы) приходят в направленное движение. Накапливаемые на отдельных элементах источника заряды (их называют полюсами) имеют различные знаки. Сам заряд перераспределяется внутри источника под действием сил неэлектрической природы (механических, химических, магнитных, тепловых и так далее). Электрическое поле, созданное полюсами вне источника тока, производит работу по передвижению заряда в замкнутом проводнике. О необходимости замкнутой цепи для создания постоянного тока говорил еще Алессандро Вольта.

Поскольку в источниках под действием сил неэлектрической природы происходит движение заряда, значит, можно утверждать, что эти силы совершают работу. Назовем их сторонними. Отношение работы сторонних сил по переносу заряда внутри источника тока к величине заряда называют электродвижущей силой.

Математическая запись этого соотношения:

где Е – электродвижущая сила (ЭДС), А_ст – работа сторонних сил, q – заряд, переносимый сторонними силами в источнике.

ЭДС характеризует способность источника создавать ток, но основной характеристикой источника иногда считают электрическое напряжение (разность потенциалов).

Напряжение

Отношение работы поля по передвижению заряда в проводнике к величине заряда получило название электрического напряжения.

Чтобы его определить, нужно величину работы поля разделить на величину заряда. Пусть A — работа, совершенная электрическим полем источника тока по перемещению заряда q. U — электрическое напряжение. Математическая запись соответствующей формулы:

Как любая физическая величина, напряжение имеет единицу измерения. В чем измеряется напряжение? По фамилии изобретателя первого в мире источника постоянного тока Алессандро Вольта этой величине дали собственную единицу измерения. В системе интернациональной напряжение измеряется в вольтах (В).

Напряжением в 1 В считается напряжение электрического поля, совершающего работу в 1 Дж по перемещению заряда в 1 Кл.

• В = Дж/Кл = Н•м/(А•с) = кг•м/(А•с³).

В основных единицах системы СИ единица измерения электрического напряжения:

Необходимая величина

Почему недостаточно, характеризуя ток, вводить понятие силы тока? Проведем мысленный эксперимент. Возьмем две различные лампы: обыкновенную бытовую лампу и лампу от карманного фонарика. При подключении их к разным источникам тока (городской сети и батарейке) можно получить абсолютно одинаковое значение силы тока. При этом бытовая лампа дает больше света, то есть работа тока в ней значительно больше.

Разные источники тока имеют различное напряжение. Поэтому эта величина крайне необходима.

Полезная аналогия

Понимание физического смысла электрического напряжения приходит, если вникнуть в интересную аналогию. В сообщающихся сосудах жидкость перетекает из трубки в трубку, если в них существует разность давлений. Ток жидкости прекращается в случае равенства давлений.

Если ток жидкости сопоставить с течением электрического заряда, то разность давлений столбов жидкости играет ту же роль, что и разность потенциалов в источнике тока.

Пока внутри источника тока происходят процессы, сопровождающие перераспределение заряда на полюсах, он способен создавать ток в проводнике. Напряжение электрического тока измеряется в вольтах, разность давлений имеет единицу измерения – паскаль.

Переменный ток

Электрический ток, периодически меняющий свое направление, называется переменным. Создается он источником переменного напряжения. Чаще всего это генератор. Попробуем пояснить: в чем измеряется напряжение переменного тока?

Сам принцип генерации тока основан на явлении электромагнитной индукции. Вращение замкнутого контура в магнитном поле приводит к появлению разности потенциалов в проводнике. Напряжение тока измеряется в вольтах и в случае меняющегося тока.

Можно ли утверждать, что напряжение не меняется? Очевидно, что вследствие изменения угла между плоскостью контура и нормалью к нему, создаваемое напряжение изменяется с течением времени. Его значение растет от нуля до некоторого максимального значения, затем падает вновь до нуля. Говорить об определенной величине не приходится. Вводят так называемое действующее значение напряжения:

Каким прибором измеряется напряжение?

Прибор для измерения электрического напряжения – вольтметр. Принцип его действия основан на взаимодействии контура с током и магнитного поля постоянного магнита. Известно, что контур с током вращается в магнитном поле. В зависимости от величины тока в контуре угол поворота меняется.

Если к контуру прикрепить стрелку, то она отклоняется от нулевого значения при протекании тока в контуре (чаще катушке). В зависимости от того, в чем измеряется напряжение, градуируют шкалу прибора. Возможно применение дольных и кратных величин.

В случае низких значений электрическое напряжение измеряется в милливольтах или микровольтах. Наоборот, в высоковольтных сетях используют кратные единицы.

Любой вольтметр подключается параллельно тому участку цепи, на котором проводится измерение напряжения. Основным свойством контура прибора можно назвать высокое омическое сопротивление. Вольтметр, независимо от того, в чем измеряется напряжение, не должен влиять на силу тока в цепи. По нему пропускается незначительный ток, существенно не влияющий на основное значение.

Таблица напряжений

Практическое применение вольтметра

Для эффективного использования вольтметра стоит научиться им пользоваться. Любопытному экспериментатору можно посоветовать обратиться к школьным педагогам.

Школьные кабинеты физики снабжены лабораторными и демонстрационными приборами для измерения напряжений.

Эксплуатировать любой вольтметр стоит с осторожностью, соблюдая простые правила:

1. Вольтметр имеет максимальный предел измерения. Это наибольшее значение на его шкале. Не стоит подключать его в цепь, содержащую элемент большего напряжения.
2. Если нет другого источника или вольтметра, можно использовать систему дополнительных сопротивлений. При этом шкала вольтметра также должна быть изменена.
3. В цепь постоянного тока электроприборы подключаются в зависимости от указаний знака заряда на его клеммах. Положительная клемма источника тока обязательно подключается к положительному разъему вольтметра, отрицательная – к отрицательному. Если перепутать, то стрелки прибора могут погнуться, что крайне нежелательно.
4. Все подключения делают исключительно к обесточенной цепи.

Вредно для здоровья

Действие электрического тока может оказаться небезопасным для человека. Считается безвредным напряжение менее 24 В.

Действие тока под напряжением городской сети (220 В) достаточно ощутимо. Прикосновение к оголенным контактам сопровождается существенным «ударом тока».

Напряжение во время грозы пропускает столь высокий ток через тело человека, что грозит ему летальным исходом. Не стоит рисковать своей жизнью и здоровьем.

единицы и средства, способы измерения



Измерение электрических величин: единицы и средства, способы измерения li { font-size:1.06rem; }
}.sidebar .widget { padding-left: 20px; padding-right: 20px; padding-top: 20px; }::selection { background-color: #4f4f4f; }
::-moz-selection { background-color: #4f4f4f; }a,.themeform label .required,#flexslider-featured .flex-direction-nav .flex-next:hover,#flexslider-featured .flex-direction-nav .flex-prev:hover,.post-hover:hover .post-title a,.post-title a:hover,.sidebar.s1 .post-nav li a:hover i,.content .post-nav li a:hover i,.post-related a:hover,.sidebar.s1 .widget_rss ul li a,#footer .widget_rss ul li a,.sidebar.s1 .widget_calendar a,#footer .widget_calendar a,.sidebar.s1 .alx-tab .tab-item-category a,.sidebar.s1 .alx-posts .post-item-category a,.sidebar.s1 .alx-tab li:hover .tab-item-title a,.sidebar.s1 .alx-tab li:hover .tab-item-comment a,.sidebar.s1 .alx-posts li:hover .post-item-title a,#footer .alx-tab .tab-item-category a,#footer .alx-posts .post-item-category a,#footer .alx-tab li:hover .tab-item-title a,#footer .alx-tab li:hover .tab-item-comment a,#footer .alx-posts li:hover .post-item-title a,.comment-tabs li.active a,.comment-awaiting-moderation,.child-menu a:hover,.child-menu .current_page_item > a,.wp-pagenavi a,.entry.woocommerce div.product .woocommerce-tabs ul.tabs li.active a{ color: #4f4f4f; }.themeform input[type=»submit»],.themeform button[type=»submit»],.sidebar.s1 .sidebar-top,.sidebar.s1 .sidebar-toggle,#flexslider-featured .flex-control-nav li a.flex-active,.post-tags a:hover,.sidebar.s1 .widget_calendar caption,#footer .widget_calendar caption,.author-bio .bio-avatar:after,.commentlist li.bypostauthor > .comment-body:after,.commentlist li.comment-author-admin > .comment-body:after,.themeform .woocommerce #respond input#submit.alt,.themeform .woocommerce a.button.alt,.themeform .woocommerce button.button.alt,.themeform .woocommerce input.button.alt{ background-color: #4f4f4f; }.post-format .format-container { border-color: #4f4f4f; }.sidebar.s1 .alx-tabs-nav li.active a,#footer .alx-tabs-nav li.active a,.comment-tabs li.active a,.wp-pagenavi a:hover,.wp-pagenavi a:active,.wp-pagenavi span.current,.entry.woocommerce div.product .woocommerce-tabs ul.tabs li.active a{ border-bottom-color: #4f4f4f!important; }

.search-expand,
#nav-topbar.nav-container { background-color: #282828}@media only screen and (min-width: 720px) {
#nav-topbar .nav ul { background-color: #282828; }
} #header { background-color: #dddddd; }
@media only screen and (min-width: 720px) {
#nav-header .nav ul { background-color: #dddddd; }
]]>

Основные электрические величины и способы их измерения — Электричество — Комплексные работы

К основным электрическим величинам электрической цепи относятся сила тока, напряжение и сопротивление.

Сила тока

Под силой тока понимают электрический заряд, проходящий через поперечное сечение провода в единицу времени. Пользуясь выражениями «сила тока», «сильный ток», «слабый ток», мы должны знать, что означают эти выражения.

Выражение «сильный ток» означает, что по цепи в единицу времени протекает большой электрический заряд. Выражение «слабый ток» означает, что протекающий по цепи заряд малый. Единица измерения силы тока — ампер (сокращенно а).

Силу тока измеряют приборами, называемыми амперметрами.

Амперметр

На шкале амперметра, градуированной в амперах, обычно ставят букву А. Силу тока отсчитывают по показаниям стрелки, которая перемещается по шкале от нулевого деления. Включают амперметр в цепь при помощи двух его зажимов. У одного зажима стоит знак плюс ( + ), у другого — минус ( — ). Зажим со знаком «+» обязательно соединяют с проводом, идущим от положительного полюса источника тока. Амперметр включают в цепь последовательно с тем прибором, в котором нужно измерить ток.

Электрическое напряжение

Электрическое напряжение — это величина, являющаяся причиной возникновения тока. Чтобы ознакомиться с напряжением, проделаем такой опыт. Составим электрическую цепь, в которой приемником служит лампочка от карманного фонаря, а источником тока — аккумуляторная батарея.

Лампочка от карманного фонаря, включенная в цепь с аккумуляторной батареей

Составим другую электрическую цепь, источником тока в которой будет городская осветительная сеть. В эту сеть включим лампу, используемую для освещения помещения.

Лампа накаливания, включенная в электросеть

Измерив силу тока амперметром, увидим, что ток в обеих цепях будет приблизительно одинаковый, однако лампа, включенная в городскую сеть, дает гораздо больше света, чем лампочка от карманного фонаря. Объясняется это тем, что при равных токах электрические напряжения на лампочках разные. Лампочка от карманного фонаря горит при низком напряжении, а лампа — при большем напряжении.

Напряжение электрического тока измеряют в вольтах (сокращенно в).

Измеряют напряжение приборами, называемыми вольтметрами.

На шкале вольтметра ставят букву V. Один зажим вольтметра обязательно соединяют с проводом, идущим от положительного полюса источника тока. Вольтметр включают в цепь не последовательно с лампочкой, а так, как показано на рисунке ниже.

Включение вольтметра в цепь

а — электрическая схема.

Зажимы вольтметра присоединяют к точкам цепи, между которыми надо измерить напряжение. Такое включение прибора называют параллельным.

Электрическое сопротивление

Под электрическим сопротивлением понимают сопротивление проводников прохождению электрического тока. Электрическое сопротивление зависит от материала, длины, площади поперечного сечения или толщины проводника.

Разные металлы по-разному проводят электричество: одни — лучше, другие — хуже.

Чем длиннее проводник, тем больше его сопротивление. Чем толще проводник, тем меньше сопротивление.

Единицу сопротивления называют омом (ом). 1 ом — это сопротивление такого проводника, в котором сила тока составляет 1 а при напряжении 1 в.

Вопросы

1. Назовите основные электрические величины.
2. Что понимают под силой тока и каким прибором измеряют силу тока?
3. Что понимают под электрическим напряжением и каким прибором измеряют напряжение?
4. От чего зависит сопротивление проводника прохождению тока?

«Слесарное дело», И.Г.Спиридонов,
Г.П.Буфетов, В.Г.Копелевич

Измерение электрических параметров линий связи

На различных этапах строительно-монтажных и эксплуатационных работ производят измерения и испытания
следующих электрических параметров цепей связи постоянным током: омической асимметрии, электрического сопротивления шлейфа, электрического сопротивления изоляции проводов, электрической емкости
цепей и электрической прочности изоляции. Необходимость начинать измерения с определения значения омической асимметрии обусловлена тем, что одной из причин ее увеличения является плохой контакт в
месте соединения проводов. При измерении омической асимметрии мост питается небольшим напряжением, недостаточным для создания электрического пробоя в месте плохого контакта. Следовательно, такое
повреждение может быть сразу зафиксировано. Если же измерения начать с определения электрического сопротивления изоляции, емкости или с испытания электрической прочности изоляции, то под
действием высокого напряжения, применяемого при этих измерениях, в месте плохого контакта может произойти электрический пробой, сопровождаемый временным восстановлением контакта. Следовательно,
наличие плохого контакта в проводах не будет зафиксировано.

Измерения в зависимости от типа линии и цели подразделяются на приемо-сдаточные, профилактические, аварийные
и контрольные.

Строительно-монтажные измерения проводятся с целью контроля за качеством работ на всех этапах строительства и доведения электрических
параметров цепей до установленных норм.

Приемо-сдаточные измерения проводятся в процессе работы комиссий по приемке законченных строительством или реконструируемых линий связи с
целью проверки качества выполненных работ и соответствия электрических параметров линейных сооружений нормам.

Профилактические (плановые) измерения проводятся периодически через определенные промежутки времени, установленные руководящими документами
Министерства связи Республики Беларусь, с целью проверки соответствия нормам электрических параметров действующих линий связи.

Аварийные измерения проводятся на неисправных цепях с целью определения характера повреждения и расстояния до места
повреждения.

Контрольные измерения производятся после окончания ремонтно-восстановительных работ с целью проверки электрических параметров
восстановленной цепи.

Одним из важнейших параметров цепей связи является электрическое сопротивление проводов. В проводах линий
связи происходит основная потеря мощности электрических сигналов. При расчете нормальных режимов работы приемных устройств систем связи учитывают потери в проводах цепи. Но если электрическое
сопротивление проводов по какой-либо причине окажется больше расчетного, качество работы приемного устройства может значительно ухудшиться. Для цепей кабельных линий связи нормируется не
электрическое сопротивление отдельных проводов, а электрическое сопротивление шлейфа, составленного из двух проводов цепи.

Электрическим сопротивлением шлейфа (R_ШЛ) называется сумма
электрических сопротивлений проводов двухпроводной цепи постоянному току [58].

R_ШЛ=
R_а+
R_б                                  
(58)

Электрическое сопротивление шлейфа измеряется по схеме,
приведенной на рисунке 56.

Рисунок 56 – Схема измерения электрического

сопротивления шлейфа.

 По схеме: 

R1Rм = R2 (Rа + Rб)

т.к. R1/R2 = 1, то

Rм = Rа + Rб = Rшл

Между идеальными цепями линий связи взаимные влияния отсутствуют, но создать такие цепи практически
невозможно. Если асимметричность цепи невелика, то и взаимные влияния незначительны. Вследствие возможной неоднородности материалов, некоторого отличия диаметров проводов, коррозии, существенных
повреждений изоляции проводов или плохих контактов в местах спаек или других причин увеличивается асимметричность цепи и, как следствие, увеличивается взаимное влияние между цепями. Для оценки
степени асимметричности цепи введено понятие омической асимметрии.

Омической асимметрией (DR) называется разность электрических
сопротивлений проводов двухпроводной цепи постоянному току [59]:

DR = R_а –
R_б                                          
(59)

Омическую асимметрию цепи измеряют по схеме, приведённой на рисунке 57.

 Рисунок 57 – Схема измерения омической асимметрии цепи

По схеме:

R1 (Rм + Rб) = R2Rа

т.к. R1/R2 = 1, то

Rм + Rб = Rа

Rм = Rа — Rб = DR

 Для уменьшения потерь мощности при передаче электрических сигналов по проводным линиям связи
необходимо обеспечить минимальную утечку тока с проводов через изоляцию. Для оценки степени утечки тока введено понятие электрического сопротивления изоляции.

Электрическим сопротивлением изоляции (R_ИЗ) называется сопротивление, которое встречает ток
утечки, проходя через изоляцию (см. рисунок 58).

Рисунок 58 – Эквивалентная электрическая схема, поясняющая электрическое сопротивление изоляции

На кабельных линиях связи измеряют электрическое сопротивление изоляции между проводами R_{ИЗ аб} и
между каждым проводом и землёй  R_{ИЗ а} и R_{ИЗ б}. Электрическое сопротивление изоляции измеряется мегомметром. Схема подключения к
мегомметру приведена на рисунке 59.

 Рисунок 59 – Схема подключения к мегомметру

Цепи связи, состоящие из металлических проводников, изолированных друг от друга и от земли, обладают
электрической ёмкостью (см. рисунок 60). От её значения зависят такие важные параметры цепей связи, как волновое сопротивление, затухание, взаимное влияние между цепями. Зная ёмкость исправной и
повреждённой цепей, можно определить расстояние до места обрыва проводов. Цепи связи кроме ёмкости между проводами С_аб обладают ещё частичными ёмкостями проводов по отношению к
окружающим проводам и земле С_а, С_б (см. рисунок 60). Общая ёмкость цепи называется рабочей С_р и определяется по формуле [60]:

 Рисунок
60 – Эквивалентная электрическая схема, поясняющая емкость цепи

 Электрическую емкость цепи измеряют микрофарадметром. Схема подключения к микрофарадметру приведена на рисунке
61.

 
Рисунок 61 – Схема подключения к микрофарадметру

Электрические измерения

Электрические измерения

Введение

В этом разделе будут обсуждаться электрические измерения.

Это будет сделано с помощью простых экспериментов, которые вводят источник питания постоянного тока, мультиметр и упрощенный способ представления электрических цепей с помощью принципиальной схемы.

Масса и электрический заряд, массовый расход и электрический ток

Материя обладает рядом свойств, включая массу и электрический заряд. Масса, M (в килограммах, кг), является положительной величиной. Электрический заряд, Q (измеряется в кулонах, Кл), с другой стороны, может быть как положительным, так и отрицательным. Чистый электрический заряд — это сумма зарядов положительно заряженных ионных ядер и отрицательно заряженных электронов. В обычных условиях положительный и отрицательный электрические заряды материи взаимно нейтрализуются.Увеличение чистого электрического заряда может происходить либо за счет увеличения количества положительного заряда, либо за счет уменьшения количества отрицательного заряда. Для обычных металлов ядра положительных ионов неподвижны, а электроны составляют «электрическую жидкость».

При постоянном массовом расходе масса жидкости, которая течет по трубе, равна скорости массового расхода (или массового тока), умноженной на время. Аналогичным образом, для постоянных расходов заряда заряд, Q , который течет через провод, равен скорости потока заряда (или электрического тока, I , измеренному в амперах, А), умноженному на время, t .

Резервуары и конденсаторы, давление и напряжение, насосы и источники питания

Вода часто хранится в резервуаре или водонапорной башни. Мы можем думать о резервуаре как о резервуаре с водой под давлением. Когда два резервуара с разным давлением соединены трубкой, разница давлений заставляет воду течь по трубе от резервуара с более высоким давлением к резервуару с более низким давлением. Точно так же электрический заряд может храниться в электрических резервуарах, называемых конденсаторами , которые представляют собой металлические пластины, которые можно рассматривать как находящиеся под электрическим давлением, называемым напряжением.Когда две металлические пластины с разным напряжением соединяются проводом, разница напряжений заставляет электрический ток течь через провод от пластины с более высоким напряжением к пластине с более низким напряжением.

Высокое давление воды может быть получено с помощью водяного насоса, прикрепленного к резервуару, который быстро заменяет любую используемую воду, так что давление воды не уменьшается. Электрический эквивалент водяного насоса может быть одним гальваническим элементом (обычным элементом D на 1,5 В), батареей гальванических элементов (автомобильный аккумулятор 12 В), источником питания и т. Д.

Трубы и провода, сопротивления, цепи

Вода легко течет внутри трубы, медленно течет через почву и совсем не течет через стенки трубы (если только давление в трубе не является достаточно высоким, чтобы вызвать разрыв трубы). Точно так же электрический заряд легко течет по металлическим проводам, медленно течет по увлажненной бумаге (это свойство используется в электрофорезе, который используется для снятия отпечатков пальцев ДНК) и совсем не вытекает из материала, покрывающего провод, или от провода. в воздух (если напряжение на проводе не настолько велико, что вызывает электрический пробой).Оболочка имеет электрическое сопротивление на больше , чем провод.

Когда мы подсоединяем шланг от резервуара высокого давления к резервуару низкого давления, сначала вода может течь легко. Однако в конце концов давления выравниваются, и поток не может возникнуть. Если нам нужен непрерывный поток через трубу, и у нас нет бесконечного количества воды в наших резервуарах, мы помещаем насос в трубу и рециркулируем воду, включая обратную трубу, thu

Multiple Choice Question (MCQ) измерений стр-22 | Электроагрегаты.com

211. Разрешение цифрового амперметра с 3-значным дисплеем составляет

а) 1/10000
б) 1/1000
в) 1/4
г) 1/3
Ответ: (б)

212. Точность средств измерений на высокой частоте

а) Понижение
б) Обнуляется
в) Увеличивает
г) Не меняется
Ответ: (а)

213. Сколько катушек требуется в мегомметре?

а) Один
б) четыре
в) Два
г) пять
Ответ: (c)

214. Каким будет показание мегомметра, если измерительные клеммы разомкнуты?

а) Бесконечность
б) 500 Ом
в) ноль
г) 10000 Ом
Ответ: (а)

215.Какой из следующих инструментов будет иметь одинаковую калибровку для переменного и постоянного тока?

a) Инструменты с подвижной катушкой
б) Движущиеся железные инструменты
в) Приборы индукционного типа
г) Электродинамометрические приборы.
Ответ: (d)

216. Измерение воспроизводимости прибора при показании

а) Разрешение
б) Демпфирование
в) Эффективность
г) точность
д) точность
Ответ: (e)

217. Внутреннее сопротивление инструмента обычно основывается на критерии

а) Он потребляет большую мощность.
б) Прибор можно подключить в любую схему
в) Он не изменяет параметры цепи, к которой он подключен
г) Он потребляет минимальную мощность для своей работы
Ответ: (c)

218.Динамическая ошибка прибора определяется как

a) Разница между показаниями полной шкалы и фактическими показаниями.
б) Разница между фактическими и указанными значениями
в) Разница в двух последовательных показаниях шкалы
г) Ни один из них
Ответ: (б)

219. В мультиметре обычно используется

а) В нем столько потенциометров.
б) Единственная катушка с изменяемым числом витков
c) Множественное последовательное или шунтирующее сопротивление внутри него
г) Полностью электронная схема
Ответ: (c)

220.Стандартные резисторы обычно изготавливаются из

а) Платина.
б) Медь
в) Меганин
г) Хром
Ответ: (c)

Недавнее сообщение

PPT — Лекция по электрическим измерениям Презентация PowerPoint, скачать бесплатно