8 средства измерений мера измерительный прибор диапазон измерений

Метрология, стандартизация и сертификация
Демидова Н В

8. Средства измерений и их характеристики

В научной литературе средства технических измерений делят на три большие группы. Это: меры, калибры и универсальные средства измерения, к которым относятся измерительные приборы, контрольно-измерительные приборы (КИП), и системы.

1. Мера представляет собой такое средство измерений, которое предназначается для воспроизведения физической величины положенного размера.

2. Калибры представляют собой некие устройства, предназначение которых заключается в использовании для контролирования и поиска в нужных границах размеров, взаиморасположения поверхностей и формы деталей.

3. Измерительный прибор, представленный в виде устройства, вырабатывающего сигнал измерительной информации в форме, понятной для восприятия наблюдателей.

4. Измерительная система, понимаемая как некая совокупность средств измерений и неких вспомогательных устройств, которые соединяются между собой каналами связи.

5. Универсальные средства измерения, предназначение которых находится в использовании для определения действительных размеров. Любое универсальное измерительное средство характеризуется назначением, принципом действия.

При контрольном измерении угловых и линейных показателей применяют прямые измерения, реже встречаются относительные, косвенные или совокупные измерения. В научной литературе среди прямых методов измерений выделяют, как правило, следующие:

1) метод непосредственной оценки, представляющий собой такой метод, при котором значение величины определяют по отсчетному устройству измерительного прибора;

2) метод сравнения с мерой, под которым понимается метод, при котором данную величину возможно сравнить с величиной, воспроизводимой мерой;

3) метод дополнения, под которым обычно подразумевается метод, когда значение полученной величины дополняется мерой этой же величины с тем, чтобы на используемый прибор для сравнения действовала их сумма, равная заранее заданному значению;

4) дифференциальный метод, который характеризуется измерением разности между данной величиной и известной величиной, воспроизводимой мерой;

5) нулевой метод, который, по сути, аналогичен дифференциальному, но разность между данной величиной и мерой сводится к нулю;

6) метод замещения, представляющий собой сравнительный метод с мерой, в которой измеряемую величину заменяют известной величиной, которая воспроизводится мерой.

Существуют и нестандартизованные методы.

1) метод противопоставления;

2) метод совпадений.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

3. Классификация измерений
Классификация средств измерений может проводиться по следующим критериям.1. По характеристике точности измерения делятся на равноточные и неравноточные.Равноточными измерениями физической величины называется ряд измерений некоторой

Основные характеристики измерений

5. Основные характеристики измерений
Выделяют следующие основные характеристики измерений:1) метод, которым проводятся измерения;2) принцип измерений;3) погрешность измерений;4) точность измерений;5) правильность измерений;6) достоверность измерений.Метод измерений –

Эталоны и образцовые средства измерений

8. Эталоны и образцовые средства измерений
Все вопросы, связанные с хранением, применением и созданием эталонов, а также контроль за их состоянием, решаются по единым правилам, установленным ГОСТом «ГСИ. Эталоны единиц физических величин. Основные положения» и ГОСТом

Метрологические характеристики средств измерений и их нормирование

11. Метрологические характеристики средств измерений и их нормирование
Метрологические свойства средств измерения – это свойства, оказывающие непосредственное влияние на результаты проводимых этими средствами измерений и на погрешность этих

Погрешность измерений

13. Погрешность измерений
В практике использования измерений очень важным показателем становится их точность, которая представляет собой ту степень близости итогов измерения к некоторому действительному значению, которая используется для качественного сравнения

2 Классификация измерений

2 Классификация измерений
Классификация средств измерений может проводиться по следующим критериям.1. По характеристике точности измерения делятся на равноточные и неравноточные.Равноточными измерениями физической величины называется ряд измерений некоторой

3. Основные характеристики измерений
Выделяют следующие основные характеристики измерений:1) метод, которым проводятся измерения;2) принцип измерений;3) погрешность измерений;4) точность измерений;5) правильность измерений;6) достоверность измерений.Метод измерений – это

7. Эталоны и образцовые средства измерений
Все вопросы, связанные охранением, применением и созданием эталонов, а также контроль за их состоянием, решаются по единым правилам, установленным ГОСТом «ГСИ. Эталоны единиц физических величин. Основные положения» и ГОСТом

Средства измерений и их характеристики

8. Средства измерений и их характеристики
В научной литературе средства технических измерений делят на три большие группы. Это: меры, калибры и универсальные средства измерения, к которым относятся измерительные приборы, контрольно-измерительные приборы (КИП), и

11.Метрологические характеристики средств измерений и их нормирование
Метрологические свойства средств измерения – это свойства, оказывающие непосредственное влияние на результаты проводимых этими средствами измерений и на погрешность этих

13. Погрешность измерений
В практике использования измерений очень важным показателем становится их точность, которая представляет собой ту степень близости итогов измерения к некоторому действительному значению, которая используется для качественного сравнения

Погрешности средств измерений

16. Погрешности средств измерений
Погрешности средств измерений классифицируются по следующим критериям:1) по способу выражения;2) по характеру проявления;3) по отношению к условиям применения.По способу выражения выделяют абсолютную и относительную погрешности.

6 Оценка неопределенности измерений

5.4.6 Оценка неопределенности измерений
5.4.6.1 Калибровочная лаборатория или испытательная лаборатория, осуществляющая свои собственные калибровки, должна иметь и применять процедуру оценки неопределенности измерений при всех калибровках и типах калибровок.5.4.6.2

6 Прослеживаемость измерений

5.6 Прослеживаемость измерений

5.6.1 Общие положения
Все оборудование, используемое для проведения испытаний и/или калибровок, включая оборудование для дополнительных измерений (например окружающих условий), имеющее существенное влияние на точность и достоверность

Общие вопросы измерений

Общие вопросы измерений

Когда измерение становится проблемой
Во-первых, когда предполагается измерять какую-то новую величину. Тут есть тонкость — что значит «новая величина»? Физики и инженеры считают, что существует то, что можно измерить. В величину, которую мы

Методы и средства измерений

Методы и средства измерений: термины и смыслы
Измерения бывают прямые и косвенные. На самом деле то, что обычно считается прямыми измерениями, является косвенными, осуществляемыми посредством сложной цепочки преобразований. Например, в стрелочном приборе это

9.Классификация средств измерения

Средство измерения (СИ) – это техническое средство или совокупность средств, применяющееся для осуществления измерений и обладающее нормированными метрологическими характеристиками. При помощи средств измерения физическая величина может быть не только обнаружена, но и измерена.

Средства измерения классифицируются по следующим критериям:

1) по способам конструктивной реализации;

2) по метрологическому предназначению.

По способам конструктивной реализации средства измерения делятся на:

1) меры величины;

2) измерительные преобразователи;

3) измерительные приборы;

4) измерительные установки;

5) измерительные системы.

Меры величины – это средства измерения определенного фиксированного размера, многократно используемые для измерения. Выделяют:

1) однозначные меры;

2) многозначные меры;

3) наборы мер.

К однозначным мерам принадлежат стандартные образцы (СО). Различают два вида стандартных образцов:

1) стандартные образцы состава;

2) стандартные образцы свойств.

Стандартный образец состава или материала – это образец с фиксированными значениями величин, количественно отражающих содержание в веществе или материале всех его составных частей.

Стандартный образец свойств вещества или материала – это образец с фиксированными значениями величин, отражающих свойства вещества или материала (физические, биологические и др.).

Каждый стандартный образец в обязательном порядке должен пройти метрологическую аттестацию в органах метрологической службы, прежде чем начнет использоваться.

Стандартные образцы могут применяться на разных уровнях и в разных сферах. Выделяют:

1) межгосударственные СО;

2) государственные СО;

3) отраслевые СО;

4) СО организации (предприятия).

Измерительные преобразователи (ИП) – это средства измерения, выражающие измеряемую величину через другую величинsу или преобразующие ее в сигнал измерительной информации, который в дальнейшем можно обрабатывать, преобразовывать и хранить. Выделяют:

1) аналоговые преобразователи (АП);

2) цифроаналоговые преобразователи (ЦАП);

3) аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Измерительные преобразователи могут занимать

различные позиции в цепи измерения. Выделяют:

1) первичные измерительные преобразователи, которые непосредственно контактируют с объектом измерения;

2) промежуточные измерительные преобразователи, которые располагаются после первичных преобразователей.

10 Измерительные приборы

Измерительный прибор – это средство измерения, посредством которого получается значение физической величины, принадлежащее фиксированному диапазону. В конструкции прибора обычно присутствует устройство, преобразующее измеряемую величину с ее индикациями в оптимально удобную для понимания форму.

В соответствии с методом определения значения измеряемой величины выделяют:

1) измерительные приборы прямого действия;

2) измерительные приборы сравнения.

Измерительные приборы прямого действия –

это приборы, посредством которых можно получить значение измеряемой величины непосредственно на отсчетном устройстве.

Измерительный прибор сравнения – это прибор, посредством которого значение измеряемой величины получается при помощи сравнения с известной величиной, соответствующей ее мере.

Измерительные приборы могут осуществлять индикацию измеряемой величины по-разному. Выделяют:

1) показывающие измерительные приборы;

2) регистрирующие измерительные приборы.

Отсчетное устройство – конструктивно обособленная часть средства измерений, которая предназначена для отсчета показаний. Отсчетное устройство может быть представлено шкалой, указателем, дисплеем и др.

Измерительная установка – это средство измерения, представляющее собой комплекс мер, ИП, измерительных приборов и прочее, выполняющих схожие функции, используемые для измерения фиксированного количества физических величин и собранные в одном месте. В случае, если измерительная установка используется для испытаний изделий, она является испытательным стендом.

Измерительная система – это средство измерения, представляющее собой объединение мер, Ип, измерительных приборов и прочее, выполняющих схожие функции, находящихся в разных частях определенного пространства и предназначенных для измерения определенного числа физических величин в данном пространстве.

Рабочие средства измерения (РСИ) – это средства измерения, используемые для осуществления технических измерений. Рабочие средства измерения могут использоваться в разных условиях.

Эталоны – это средства измерения с высокой степенью точности, применяющиеся в метрологических исследованиях для передачи сведений о размере единицы. Более точные средства измерения передают сведения о размере единицы и так далее, таким образом образуется своеобразная цепочка, в каждом следующем звене которой точность этих сведений чуть меньше, чем в предыдущем.

Сведения о размере единицы предаются во время проверки средств измерения. Проверка средств измерения осуществляется с целью утверждения их пригодности.

Измерения тока
Вопрос. В каких цепях выполняются измерения тока?Ответ. Выполняются в цепях всех классов напряжений, где необходим систематический контроль технологического процесса или работы оборудования (1.6.6).Вопрос. В каких цепях выполняются измерения постоянного

Измерения напряжения

Измерения напряжения
Вопрос. Где выполняются измерения напряжения?Ответ. Как правило, выполняются:на секциях сборных шин переменного и постоянного тока, которые могут работать раздельно, а также на линиях электропередачи при отсутствии сборных шин РУ подстанции (схемы

Измерения мощности

Измерения мощности
Вопрос. В каких цепях выполняются измерения мощности?Ответ. Выполняются в цепях:у генераторов – активной и реактивной мощности; конденсаторных батарей мощностью 25 Мвар и более и синхронных компенсаторов – реактивной мощности;трансформаторов и

Измерения частоты

Измерения частоты
Вопрос. Где выполняются измерения частоты?Ответ. Измерения частоты выполняются:на каждой секции шин генераторного напряжения;на каждом генераторе блочной электростанции;на каждой системе (секции) шин высших напряжений электростанции;в узлах

Измерения при синхронизации

Измерения при синхронизации
Вопрос. Какие приборы предусматриваются для измерений при точной (ручной или полуавтоматической) синхронизации?Ответ. Предусматриваются два вольтметра, два частотомера и синхроноскоп

Единицы измерения

4. Единицы измерения
В 1960 г. на XI Генеральной конференции по мерам и весам была утверждена Международная система единиц (СИ).В основе Международной системы единиц лежат семь единиц, охватывающих следующие области науки: механику, электричество, теплоту, оптику,

Классификация средств размещения

9. Классификация средств размещения
Средства размещения туристов – любой объект, предназначенный для проживания туристов (гостиница, отель, туристическая база и т. п.)Средства размещения, согласно Постановлению Госстандарта Российской Федерации от 9 июля 1998 г.,

Классификация средств измерения

9.Классификация средств измерения
Средство измерения (СИ) – это техническое средство или совокупность средств, применяющееся для осуществления измерений и обладающее нормированными метрологическими характеристиками. При помощи средств измерения физическая величина

42. Классификация средств размещения
Средства размещения туристов – любой объект, предназначенный для проживания туристов (гостиница, отель, туристическая база и т. п.)Средства размещения, согласно Постановлению Госстандарта Российской Федерации от 9 июля 1998 г.,

Единицы измерения СИ

1. Единицы измерения СИ
Основные единицыЗаконы Физики выражают фундаментальные взаимосвязи между определенными физическими величинами.В Физике много различных величин. Чтобы упростить измерения и построить физические теории, некоторые из этих величин принимаются за

Конкретные измерения

Конкретные измерения

Электрические измерения: напряжение, ток, сопротивление, мощность
Измерять в быту электрические параметры приходится не часто, а некоторым — и никогда.Напряжение в сети либо есть, либо его нет, и определяют это просто подключив нагрузку — проще

Медицинские измерения

Медицинские измерения
В медицине измеряют множество разных величин, например концентрации каких-либо веществ в каких-либо средах, механические величины (вес, линейные размеры, перемещение, давление, силу, объем выдыхаемого воздуха), частоты (пульса, дыхания),

Классификация средств измерений (меры, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы) и средств измерительной техники (измерительные преобразователи).

Классификация средств измерений (меры, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы) и средств измерительной техники (измерительные преобразователи).

Средство измерений – техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизодящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным в пределах установленной погрешности в течение известного интервала времени.

По конструктивновному исполнению средства измерений подразделяются на: меры; измерительные приборы; измерительные установки; измерительные системы.

Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.

Различают: однозначные меры (гиря 1 кг, нормальный элемент), многозначные меры (линейка-штриховая мера длины, магазин сопротивлений) и набор мер (набор гирь).

Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапозоне, в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

В зависимости от формы представления информации различают аналоговые и цифровые приборы. Аналоговым называют измерительный прибор, показания которого являются непрерывной функцией измеряемой величины (стрелочный вольтметр). В цифровом приборе осуществляется преобразование аналогового сигнала измеряемой информации в цифровой код, и результат измерения отражается на цифровом табло.

Различают: показывающие; регистрирующие измерительные приборы; приборы прямого действия; приборы сравнения.

Измерительная установка – совокупность функционально объединённых мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других вспомогательных устройств, предназначенных для измерений одной или нескольких физических величин и расположенная в одном месте.

Измерительная система – совокупность функционально объединённых мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещённых в разных точках контролируемого объекта и т.п. с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту и выработки измерительных сигналов в разных целях.

В зависимости от назначения различают: измерительные информационные; измерительные контролирующие; измерительные управляющие и др.

Измерительный преобразователь – техническое средство с нормированными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи.

Различают: первичные, промежуточные, передающие и масшабные.

Меры электрических величин: э.д.с., сопротивления, индуктивности,

Взаимной индуктивности, емкости.

Мера э.д.с. В качестве мер э.д.с. применяются нормальные элементы. Нормальные элементы представляют собой специальные гальвонические элементы, эдс которых точно известна.

Меры электрического сопротивления выполняются в виде катушек сопротивления (однозначные меры0 или магазинов сопротивлений (многозначные меры). Катушки выпрлняются из манганинового провода (ТКС=0) и наматываются бифилярно (для исключения влияния индуктивности). Номинальное сопротивление удовлетворяет условию R= 10n Ом, где n – целое число от -5 до +10.

Меры индуктивности и взаимной индуктивности выполняются в виде отдельгных образцовых катушек или магазинов. Катушки выполняются из медного провода. Катушки взаимной индуктивности имеют две обмотки на одном каркасе. Номинальное значение индуктивности или взаимной индуктивности удовлетворяет условию L=10n Гн, М= 10т Гн, где n – целое число от -4 до 0. Рабочая частота до 100кГц.

Меры ёмкости представляют собой воздушные и слюдяные конденсаторы постоянной и переменной ёмкости. К ним предъявляются основные требования: минимальная зависимость ёмкости от времени, температуры и частоты; малые потери в диэлектрике, характеризуемые тангенсом угла потерь (tgδ ); почность изоляции. Слюдяные конденсаторы имеют номинальное значение ёмкости от 1нФ до 1мкФ, воздушные от 1 пФ до 0, 01 мкФ.

По способу нахождения искомого значения измеряемой физической величины различают: прямые; косвенные; совокупные и совместные измерения.

Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение физической величины находят непосредственно по показаниям средства измерений (измерение напряжение вольтметром).

Косвенное измерение – измерение, при котором искомое значение физической величины определяют на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной (измерение сопротивления на основании закона Ома для учатка цепи, когда вольтметром измеряют падение напряжения на сопротивлении и амперметром силу тока через сопротивление: R=U/I). Косвенное измерение применяют, когда нет возможности выполнить прямое измерение или когда они обеспечивают более высокую точность.

Совокупные измерения – измерения, проводимые одновременно для нескольких одноимённых величин, при которых их искомые значения находят решением системы уравнений, состовляемых по резуьтатм прямых измерений различных сочетаний этих величин (измерение сопротивлений резисторов, соединённых треугольником, путём измерений сопротивлений между различными вершинами треугольника).

Совместные измерения – одновременные измерения двух или нескольких разнородных величин для определения зависимости между ними (определяют зависимость сопротивления терморезистора от температуры).

Под методом измерений понимают приём или совокупность приёмов сравнения измеряемой величины с её единицей в соответствии с реализованным принципом измерений.

Принцип измерений – физическое явление или эффект, положенное в основу измерений.

В зависимости от способа применения меры различают: методы непосредственной оценки и методы сравнения.

При измерении методом непосредственной оценки искомое значение величины определяют непосредственно по отсчётному устройству средства измерения, которое проградуировано в соответствующих единицах.

Метод сравнения с мерой – метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.

Таким образом, отличительной чертой методов сравнения является участие меры в прцедуре измерения.

Группа методов сравнения с мерой включает в себя следующие разновидности: нулевой, дифференциальный, замещения, совпадения и противопоставления.

Нулевой метод – это метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на устройстве сравнения доволят до нуля (измерение массы на равноплечих весах, когда воздействие на весы массы полностью уравновешивается массой гирь).

Дифференциальный метод – это метод измерений, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, и при котором измеряется разность между этими двумя величинами (измерение массы на равноплечих весах, когда воздействие массы на весы частично уравновешивается массой гирь, а разность масс отсчитывается по шкале весов, градуированной в единицах массы).

Метод измерений замещением – метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой, т.е. производится поочерёдное подключение на вход устройства сравнения измеряемой величины и известной величины и по двум показаниям прибора оценивают значение неизвестной величины (взвешивание на пружинных весах – измерение производят в два приёма, в начале на чашу весов помещают взвешиваемую массу и отмечают положение указателя весов, затем массу m замещают массу гирь, подбирая её так, чтобы указатель весов установился точно в том же положении, что и в первом случае.

Мосты постоянного тока

Мосты постоянного тока используются для измерения активных сопротивлений. Различают одинарные (четырёхплечие) и двойные (шестиплечие) мосты.

Одинарные мосты. Ветви АС, СВ, ВД и ДА называются плечами моста. Диагональ АВ, к которой подключён источник постоянного тока, называется диагональю питания, а диагональ СД – измерительной диагональю. В измерительной диагонали включён прибор Р, который называется указателем равновесия. В настоящее время для этих целей чаще применяют электронные нуль-индикаторы, имеющие более высокую чувствительность.

Режим работы такой схемы, когда в измерительной диагонали ток равен нулю, называется равновесием моста. Условие равновесия можно получить из системы уравнений, составленных на основании II-го закона Кирхгофа.

, тогда R1R3=R2R4, т.е. условием равновесия одинарного моста является равенство произведений сопротивлений противоположных плеч.

Одинарные мосты позволяют измерять с высокой точностью средние сопротивления в пределах от 10 Ом до 106 Ом. При меньших значениях сопротивления точность уменьшается за счёт влияния сопротивлений контактов и соединительных проводов.

Двойные мосты. Для измерения с большой точностью малых сопротивлений (< 10 Ом) применяют так называемые двойные мосты. Двойной шестиплечий мост работает по принципу сравнения измеряемого сопротивления Rx, с мерой сопротивления R0. Для уменьшения влияния переходных сопротивлений контактов измеряемое сопротивление включается в цепь через специальное четырёхзажимное приспособление.

Плесами двойного моста служат: измеряемое сопротивление Rx, образцовое сопротивление R0 и две пары сопротивлений R1, R3 и R2, R4, которые имеют значения не меньше 10 Ом каждое.

Условие равновесия двойного моста, решённое относительно измеряемого сопротивления Rx, имеет вид:

Для приведения этого уравнения к удобному виду необходимо второе слагаемое сделать равным нулю, т.е. получить условие

При работе с двойными мостами следует иметь в виду, что при протекании рабочего тока в цепи Rx и R0 возможно появление термо-ЭДС в местах контакта разных металлов при их нагревании. Для исключения влияния этих эффектов на результат измерения, каждое измерение на двойном мосте должно производиться обязательно дважды, при различных направлениях тока. Это приводит к тому, что возникающие термо-ЭДС сначала увеличивают, а затем уменьшают результат измерения, а среднее арифметическое двух замеров позволяет полностью устранить их влияние.

Мосты переменного тока

Мосты переменного тока используются для точных измерений ёмкости, индуктивности, тангенса угла потерь конденсаторов, добротности катушек и некоторых других величин. Наибольшее распространение получили четырёхплечие мосты переменного тока, работающие в равновесном режиме.

Мост переменного тока отличается от одинарного моста постоянного тока тем, что: 1) в диагональ питания подключается источник переменного синусоидального напряжения (обычно повышенной частоты); 2) сопротивления плеч в общем случае являются комплексными.

Условие равновесия моста переменного тока: Z1Z3=Z2Z4. Для равновесия моста переменного тока необходимо равенство произведений комплексов сопротивлений противолежащих плеч.

Условие равновесия моста переменного тока в показательной форме: Z1Z3

Получаем два отдельных и обязательных условия моста переменного тока: по модулям Z1Z3=Z2Z4 и фазам φ 1+φ 3=φ 2+φ 4. Из этих уравнений следует, что для равновесия моста переменного тока необходимо, чтобы произведения модулей и суммы фазовых углов сопротивлений противолежащих плеч были равны одновременно.

Фазовое условие показывает, что уравновесить мост переменного тока можно только при определённом характере сопротивлений его плеч и при определённом их включении.

Для упрощения схемы моста два его плеча обычно выполняются чисто активными, а два других плеча содержат сравниваемые реактивные сопротивления (измеряемое и образцовое).

Если активные сопротивления включены в смежные плечи моста, например, R3 и R2, то мост уравновешивается только при условии, если сопротивления оставшейся смежной пары плеч будут давать одинаковый по фазе сдвиг. φ 2=φ 3=0 и φ 1=φ 4.

При таком включении активных сопротивлений измерения ёмкости и индуктивности могут производиться лишь путём их сравнения с образцовыми ёмкостью и индуктивностью соответственно.

Если активные сопротивления включены в противолежащие плечи моста, например, R4 и R2, то мост уравновешивается лишь в том случае, если в оставшуюся пару противолежащих плеч будут включены сопротивления, дающие сдвиги противоположных фаз. В данном случае φ 2=φ 4=0 и φ 1= -φ 3. Т. о. если в одно из оставшихся противолежащих плеч включена ёмкость С, то второе из них должно содержать индуктивность L.

18. Компенсаторы постоянного тока

Компенсаторы – приборы сравнения, в основу работы которых положен принцип компенсации эдс или напряжения.

Здесь: Ех – измеряемая эдс с внутренним сопротивлением Rx; Ek – компенсирующая эдс с внутренним сопротивлением Rk; РА – нуль-индикатор (гальванометр высокой чувствительности или электронный прибор).

Если Ех=Ек, то ток в данной электрической цепи протекать не будет (I=0).

Сущность измерения заключается в том, что изменяя Ек добиваются нулевого показания нуль-индикатора РА и по величине Ек судят о величине Ех.

В качестве регулируемой компенсации эдс обычно используется падение напряжения на точно известном регулируемом сопротивлении при протекании по нему точно известного тока.

Процесс измерения эдс компенсатором состоит из двух этапов: 1) установления рабочего тока; 2) компенсации измеряемой эдс или напряжения.

На первом этапе переключатель SA ставят в положение 1 и, изменяя сопротивление R, добиваются, чтобы ток I равнялся нулю, т.е. чтобы нуль-индикатор РА установился в нулевое положение. При этом будет выполняться равенство (по II-му закону Кирхгофа): Ен=IpR0, откуда Ip=EH/R0.

Затем переключатель SA ставят в положение 2 и, перемещая движок Rk, добиваются отсутствия тока I (нулевого показания прибора РА). Т.к. ток I равен нулю, то через Rk будет протекать тот же рабочий ток Ip, что был установлен на первом этапе. При этом Ip

Точность измерения Ех определяется точностью эдс нормального элемента Ен и точностью резисторов RK и R0, которые могут выполняться с малыми погрешностями.

Отличительной особенностью измерения компенсатором является то, что в режиме полной компенсации ток через нуль-индикатор не протекает, а значит, прибор в момент измерения не потребляет мощность из измеряемой цепи, т.е. входное сопротивление компенсатора (со стороны измеряемой величины – эдс или напряжения) равно бесконечности.

Диапазон измерения компенсаторов постоянного тока не превышает 2 В, для измерения больших напряжений применяют делители напряжения.

Благодаря высокой точности компенсаторы также используются при косвенных измерениях постоянных токов, а также сопротивлений.

19. Электронные аналоговые приборы

В электронных вольтметрах измеряемое напряжение преобразуется с помощью аналоговых устройств в постоянный ток, который подаётся на магнитоэлектрический ИМ со шкалой, градуированной в единицах напряжения. Электронные вольтметры обладают высокой чувствительностью и широким диапазоном измеряемых напряжений, большим входным сопротивлением (более 1 Мом), могут работать в широком частотном диапазоне. Наиболее часто в электронных вольтметрах применяют схемы с прямым преобразованием сигналов.

По своему назначению и принципу действия наиболее распространённые вольтметры могут быть подразделены на вольтметры постоянного тока и вольтметры переменного тока.

Вольтметры постоянного тока. Д – входной делитель напряжения; УПТ – усилитель постоянного тока; ИМ – магнитоэлектрический ИМ.

Последовательное соединение делителя напряжения и усилителя является характерной особенностью постоения всех электронных вольтметров. Такая структура позволяет делать вольтметры высокочувствительными и многопредельными за счёт изменения в широких пределах их общего коэффициента преобразования.

Для уменьшения влияния нестабильности УПТ в вольтметрах предусмативают возможность регулировки перед измерением «нуля» и коэффициента преобразования усилителя.

Вольтметры переменного тока. Такие вольтметры состоят из преобразователя переменного напряжения в постоянное, усилителя и магнитоэлектрического ИМ. Возможны две обобщённые структурные схемы вольтметров переменного тока, различающиеся своими характеристиками.

В вольтметрах по 1 схеме измеряемое напряжение ux сначала преобразуется в постоянное напряжение, которое затем подаётся на УПТ и ИМ, являющиеся, по существу, вольтметром постоянного тока. Преобразователь Пр представляет собой малоинерционное нелинейное звено, поэтому вольтметры с такой структурой могут работать в широком частотном диапазоне. Недостатки УПТ и особенности работы нелинейных элементов при малых напряжениях не позволяют делать такие вольтметры высокочувствительными.

В вольтметрах, выполненных по 2 схеме, благодаря предварительному усилию удаётся повысить чувствительность. Однако создание усилителей переменного тока с большим коэффициентом усиления, работающих в широком диапазоне часот, – недостаточно трудная техническая задача. Поэтому такие вольтметры имеют относительно низки частотный диапазон.

В зависимости от вида преобразователя переменного напряжения в постоянное, отклонения указателя ИМ вольтметров могут быть пропорциональны амплитудному (пиковому), среднему (средневыпрямленному) или действующему значениям измеряемого напряжения. В связи с этим вольтметры называют соответственно вольтметрами амплитудного, среднего или действующего значения.

В основе работы электронных омметров лежит преобразование измеряемого сопротивления в функционально связанное с ним напряжение постоянного тока, которое затем подаётся на магнитоэлектрический ИМ; при этом шкала ИМ градуируется в единицах сопротивления.

ИСН – источник стабильного напряжения U0; УПТ – усилитель постоянного тока; R0 – образцовый резистор (мера сопротивления); Rx – измеряемое сопротивление; Р – магнитоэлектрический ИМ.

Учитывая, что входное сопротивление усилителя постоянного тока очень велико, можно считать, что Iвх≈ 0. Тогда I=

; и соответственно Ux=

20. Электронно-лучевые осциллографы

Электронно-лучевой осциллограф – прибор для визуального наблюдения электрических процессов, представленных в форме напряжения, а также измерения различных параметров сигналов, определяющих их мгновенные значения и временные характеристики. Кроме того, осциллограф может быть использован для измерения фазового сдвига между синусоидальными напряжениями, а также для измерения частоты.

Одним из основных узлов осциллографа является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), представляющая собой стеклянную колбу, в которой создан вакуум и расположены определенные конструктивные элементы. Группа электродов, включающая катод с нитью накала, модулятор и аноды (фокусирующий и ускоряющий) образуют так называемую электронную пушку, предназначенную для получения узкого пучка электронов – электронного луча. Отклоняющая система ЭЛТ состоит из двух пар пластин: горизонтальные пластины используются для отклонения луча по вертикали и называются вертикально отклоняющими, вертикальные пластины – для отклонения луча по горизонтали и называются горизонтально отклоняющими. Экран трубки покрывается специальным веществом – люминофором, обладающим способностью светиться под действием ударяющихся в него электронов (электронного луча).

Для получения на экране осциллографа изображения мгновенных значений сигнала, т.е. осциллограммы изменения сигнала во времени, исследуемый сигнал подается на вертикально отклоняющие пластины ОП y и одновременно электронный луч отклоняется с постоянной скоростью в горизонтальном направлении с помощью линейно изменяющегося (пилообразного) напряжения, приложенного к горизонтально отклоняющим пластинам ОПx. Напряжение, отклоняющее луч в горизонтальном направлении, называют развертывающим.

По окончании цикла развертки развертывающее напряжение принимает первоначальное значение, при этом луч возвращается в исходное положение и цикл повторяется. В течение второго и последующих периодов луч и пятно на экране будут повторять свое движение. Световая инерция экрана способствует получению на нем не мелькающей кривой, повторяющей в определенном масштабе исследуемый сигнал. Условием неподвижного изображения является кратность отношения периода развертывающего напряжения к периоду исследуемого сигнала, т.е. Тp /Т = N, где N – целое число. Если N = 1, то на экран создается изображение одного периода исследуемого сигнала; если N = 2, то наблюдатель видит на экране два периода, и т.д.

21. Общие сведения по устройству и принципу действия цифровых измерительных приборов (ЦИП) (к)