Электрические измерения

Введение

Основным способом получения такой  информации являются измерения, при правильном выполнении которых находится результат измерения с большей или меньшей точностью, отражающий интересующие свойства объекта познания. Зарождение в нашей стране метрологической службы следует отнести к 1842г., когда был издан закон о мерах и весах, предусматривающий создание первого в России метрологического учреждения – Депо образцовых мер. В 1893 г. по указу императора была основана Главная плата мер и весов, директором который был назначен Д.И. Менделеев. В задачи платы входило не только хранение эталонов и обеспечение поверки по ним средств измерений, но и проведение научных исследований в области метрологии. История развития техники электрических измерений связана с именами русских ученых М.В.Ломоносов и Г.В. Рихмана, которые в 40-х годах 18в. Сконструировали первые в мире электроизмерительный прибор, называемый авторами указатель электрической силы. При этом в широком смысле под единством измерений понимается характеристика качества измерений, заключающаяся в том, что их результаты выражаются в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерами воспроизводимых величин, а погрешности результатов измерений известны с заданной вероятностью и не выходят за установленные пределы. Применительно к нашей стране, согласно закону РФ «Об обеспечений единства измерений», единство измерений состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин и погрешности измерений не выходят за установленные границы с задачной вероятностью. Такой базой является метрология. Основные термины и определения: метрология- наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства  и способах достижения требуемой точности. Главным предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью. Средства метрологии - совокупность средств измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих их рациональное использование. Научная метрология, являясь базой измерительной техники, занимается изучением проблем измерений в целом и образующих измерение элементов: средств и приборов измерений, физических величин и их единиц, методов и методик измерений, результатов и погрешности измерении и пр. Нормативно – технической основой метрологического обеспечения является комплекс государственных стандартов. Организационной основой метрологического обеспечения нашего гос-ва является метрологическая служба РФ. Благодаря действию в нашей стране комплекса государственных стандартов, объеденных в Государственную систему обеспечения единства измерений (ГСОЕИ, упрощенное – ГСИ), установлена единая номенклатура стандартных взаимосвязанных правил и положений, требований и норм, относящихся к организации, методике оценивания и обеспечения точности измерений. Раздел метрологии, включающий комплексы взаимосвязанных общих правил, требований и норм, а так же вопросы регламентации и государственного контроля, направленные на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений, наз. законодательной метрологией. В последние годы  сформировалось и успешно развивается новое исправление в измерительной технике компьютерно – измерительные системы (КИС) и их разновидность – виртуальные приборы –Virtual Instruments ( виртуальные – кажущиеся).

Основные сведения измерения  физических величин

Свойство- философская категория и по свой сути категория качественная. Величина – свойство чего-либо, которое может быть выделено среди других свойств и оценено тем или иным способом, в том числе и количественно. Физическая величина – свойство, общее в качественном отношении для множества объектов, физических систем, их состояний и происходящих в них процессов, но индивидуальное в количественном отношении для каждого из них. Измеряемые физические величины можно выразить количественно определенным числом установленных единиц измерения. Для оцениваемых физических величин по каким-либо причинам нельзя ввести единицу измерения, и их можно лишь оценить. Размер физической величины количественная определенность величины, присущая конкретному предмету, системе, явлению или процессу. Оценивание – приписывание данной физической величины определенного числа принятых для нее единиц, проведенное установленными правилами. По степени условной независимости от других величин данной группы различают основные, производные и дополнительные физ.величины. По наличию размерности физ.величины делят на размерные и безразмерные. Значение физ.величины оценка размера физ.величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц измерения. Числовое значение физ.величины отвлеченное число, выражающее отношение значения физ.величины к соответствующей единице данной физ.величины (напр., 10В значение амплитуды напряжения, причем самое само число 10 и есть числовое значение). Для обозначения частных особенностей физ.величины применяют термины «параметр». Истинным значением физ.величины наз.значение физ.величины, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство объекта. Погрешность измерения – отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Действительным значением физ.величины наз. ее значение, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для определенной цели может быть использовано вместо него. Под измеренным значением понимают значение величины, отсчитанное по индикаторному устройству средства измерения. Важную роль в процессе измерения играют условия измерения -  совокупность влияющих величин, описывающих состояние окружающей среды и средства измерений. Влияющая физ.величина – физ.величина, непосредственно не измеряемая средством измерения, но при своих измерениях оказывающая влияние на результат измерения. При нормальных условиях измерений влияющие величины имеют нормальные или находящиеся в пределах нормальной области значения. Нормальная область значения влияющей величины – область значений, в которой изменением результата измерений под воздействием влияющей величины можно пренебречь. Рабочими наз.условия измерений,  при которых влияющие величины находятся в пределах своих рабочих областей. Предельные условия измерений характеризуют экстремальными значениями измеряемой и влияющих величин, которые средство измерения может выдержать без разрушений и ухудшения характеристик. Постоянная физ.величина – физ.величина, размер которой по условиям измерительной задачи можно считать постоянным за время, превышающее длительность измерения. Переменная физ.величина – физ.величина, изменяющаяся по размеру в процессе измерения. Физический параметр – физ.величина, характеризующая частную особенность измеряемой величины. Единица физ.величины – величина фиксированного размера, которой условно присвоено стандартное числовое значение равное единице. Единицы физических величин делят на основные и производные и объединяют по определенным принципам в системы единиц физ.величины.

Международная система  единиц

Совокупность основных и производных  единиц физ.величины, образованная в соответствии с принятыми принципами, наз.системой единиц физ.величины. Единица основной физ.величины является основной единицей системы. Международная система единиц ( система СИ; SI – от франц. System International – The International System of Units) была принята в XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г.

Основные методы измерений

При методе непосредственной оценки численное значение измеряемой физ.величины определяют непосредственно по показанию  измерительного прибора (напр., измерение напряжения вольтметром, силы тока амперметром). Метод сравнения – метод измерений, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Различают следующие разновидности метода сравнения: нулевой метод, при котором действие измеряемой величины полностью уравновешивается образцовой; дифференциальный метод, когда измеряется  разница между измеряемой величиной и близкой ей по значению известной эталонной (напр., измерение электрического сопротивления методом неуравновешенного моста); метод замещения, при котором действие измеряемой величины замещается образцовой. Нулевой метод обеспечивает наибольшую точность измерений физ.величины. Его разновидностями являются: компенсационный метод, при котором действия измеряемой величины компенсируется образцовой; мостовой метод, когда достигают нулевого значения  тока в измерительной диагонали моста, в которую включается чувствительный индикаторный прибор (обычно нуль – индикатор). По способу преобразования измеряемой величины и форме представления результата измерения делятся на аналоговые и цифровые. При аналоговых измерениях измерительный прибор непрерывно преобразует измеряемую величину, результатом которого является перемещение указателя относительно шкалы. В случае цифровых измерений сравнение физ.величины с рядом образцовых значений осуществляется в приборе автоматически, оператор же получает численное значение измеренной величины в цифровой форме. По характеру изменения измеряемой физ.величины во времени различают статический и динамический режимы измерений. Статический режим измерений – режим, при котором средство измерений  работает в статическом режиме, при этом выходной сигнал остается неизменным в течение времени его исследования или меняется очень медленно. Динамический режим измерений – режим, результатом которого является функциональная зависимость измеряемой величины от времени, т.е. выходной сигнал изменяется во времени в соответствии с изменением во времени измеряемой величины.  В зависимости от метода измерения и свойств применяемых средств измерений, все виды измерений могут выполняться либо однократным, либо с многократными наблюдения. Наблюдением наз.единичную экспериментальную операцию, итог которой – результат наблюдения – всегда имеет случайный характер и представляет собой одно из значений измеряемой величины, подлежащей совместной обработке для получения результата измерения. На практике многократные наблюдения при прямых измерениях осуществляются одним экспериментатором, в одинаковых условиях и с помощью одного и того же средства измерения. Такие измерения наз.равноточными. При равноточных измерениях предполагают, что дисперсии или средние квадратические отклонения (СКО) результатов всего ряда измерении равны между собой. Однако часто необходимо определить наиболее точную оценку измеряемой величины на основании результатов наблюдений, полученных разными экспериментаторами, в разных условиях, с применением разных методов и средств измерения. Результаты таких наблюдений имеют различную точность, и их относят к неравноточным. По необходимой точности оценки погрешности измерений делят на следующие виды: высшей точности (прецизионные); технические измерения, в которых погрешность результата определяют характеристиками средств измерений, регламентированными условиями измерений, и оценивают до проведения измерений; контрольно-поверочные, погрешность которых не должна превышать некоторых заранее заданных задачей.

Измерительный генератор

Общие сведения

Измерительные генераторы – источники сигналов разнообразных форм и частот, предназначенные для работ с радиотехническими схемами. В зависимости от форм выходных сигналов различают измерительные генераторы гармонических, релаксационных ( импульсных) и шумовых колебаний. В спектре выходного сигнала генератора гармонических колебаний имеется одна или несколько гармоник. Выходные колебания релаксационного генератора содержат множество гармоник с соизмеримыми амплитудами. По частному диапазону генераторы делят на : инфранизкочастотные (0,01..20 Гц), низкочастотные, или генераторы звукового диапазона (20…300 000Гц), генераторы высоких частот (0,3…300МГц),сверхвысокочастотные (СВЧ, свыше 300МГц). Особую группу представляют генераторы случайных колебаний (сигналов) – измерительные генераторы шумовых сигналов. Необходимо отметить также генераторы псевдослучайных и линейно-изменяющихся напряжений (ГЛИН), которые относятся к релаксационным генераторам. Эти генераторы используют как измерительные, так и в качестве генераторов разверток. Генератор состоит из усилителя, цепи положительной обратной связи и источника питания постоянного тока. Обратной связью наз. воздействие выходной цепи усилителя на ее входную цепь. Электрическая цепь соединяющая выход усилителя с входом наз. цепью обратной связью. Обратная связь считается положительной, если она приводит к увеличению коэффициента усилителя.