Измерения играют большую роль в жизни человека. Благодаря измерениям люди избавились от многих неправильных выводов и заключений, которые были сделаны ранее на основании наблюдений за явлениями природы: так, было установлено, что неподвижные звезды в действительности смещаются относительно друг друга, что географический и магнитный полюсы не совпадают, что Земля не есть шар и т. д. Измерения и измерительные приборы дополняют наши органы чувств и позволяют нам воспринимать невидимый свет, познавать и оценивать электрические и магнитные поля. Можно привести еще много примеров, показывающих значение измерений в точных науках, в познании окружающей нас природы.
С помощью измерений осуществляется связь формул теории с экспериментом.
Что касается роли измерений в технике, то достаточно напомнить, что основной современный технический принцип — взаимозаменяемость деталей — неосуществим без широко развитой и технически совершенной измерительной базы. Все вопросы, связанные с качеством продукции, экономичностью производства, борьбой с браком и т. д., также в конечном счете определяются измерениями.
Из всех видов измерений электрические измерения имеют особое значение, так как электрические и магнитные величины, как правило, непосредственно не воспринимаются органами чувств человека. Поэтому обнаружение электрических и магнитных величин, количественное определение их, а также изучение электрических и магнитных явлений возможно только при помощи средств измерения электрических и магнитных величин.
Посредством магнитных измерений решается весьма широкий круг
научных и прикладных задач, к которым можно отнести: исследование
свойств магнитных материалов; исследование всевозможных электромагнитных механизмов и приборов для выявления распределения магнитных потоков и МДС; испытание постоянных магнитов; измерение
магнитных полей постоянных магнитов и электромагнитов; контроль качества магнитных материалов и изделий из них; определение физических свойств материалов по их магнитным характеристикам (магнитная
дефектоскопия); изучение магнитного поля Земли и других планет; разведка полезных ископаемых; изучение структуры сильных магнитных
полей, создаваемых различными установками; исследование слабых
магнитных полей космического пространства и полей биологических
Магнитные измерения. Принципы построения приборов, способы измерения
... с какой силой магнитное поле действует на заряд, движущийся в магнитном поле с определенной скоростью. Единица измерения в системе СИ: Тесла. Напряжённость магнитного поля Е -- ... высокополимерного диэлектрика. Магнитодиэлектрики и ферриты отличаются от металлических магнитных материалов большими значениями удельного электрического сопротивления. Это значительно снижает потери на вихревые токи, ...
объектов и т. д.
Измерительная техника является важнейшим фактором научного и технического прогресса практически во всех областях народного хозяйства.
Измерительная информация широко используется для регулирования и автоматического управления различными объектами и технологическими процессами.
Интенсивное развитие средств электронной техники значительно расширило
Одно из современных направлений
Новые горизонты открыло перед электроизмерительной техникой появление ЭВМ, использующих новейшие достижения электронной техники..
Говоря о роли и значении измерительной техники в научном и техническом прогрессе, нельзя забывать, что для успешного выполнения этих задач необходимо поддержание единства измерений, обеспечивающих требуемую точность и сопоставимость результатов измерений. Единством измерений называется такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах, а погрешности известны с заданной вероятностью.
Развитие электроизмерительной техники весьма эффективно способствует углублению знаний, новым открытиям и всестороннему прогрессу во всех отраслях науки и техники. /1/
1 Основные понятия
В данной главе мы ознакомимся с основными понятиями и
Измерения являются одним из основных способов познания природы, служат предпосылкой и составной частью исследований и открытий.
Измерения – это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.
Физическая величина – это свойство, общее в качественном отношении для множества объектов и индивидуальное в количественном отношении для каждого из них.
Метод измерений – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом.
Различают 2 метода измерения:
Метод непосредственной оценки – метод измерения, при котором значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерения. Отсчетное устройство показывающего средства заранее проградуировано в единицах измеряемой физической величины. Метод прост, но точность его невысока.
Метод сравнения с мерой – метод измерения, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Например, измерения напряжения постоянного тока на компенсаторе сравнением с известной ЭДС нормального элемента. Этот метод по сравнению с методом непосредственной оценки более точен, но несколько сложен.
Средство измерений –
Все единицы измерения, используемые в электротехнике, могут быть выведены из четырех основных. Для того чтобы число основных единиц было минимальным, были выбраны три единицы, применяемые в механике: метр (м), килограмм (кг) и секунда (с) и добавлена к ним четвертая основная единица из электротехники – единица силы электрического тока ампер (А).
Из этих четырех основных единиц могут быть образованы все другие электрические единицы.
С 1946 г. ампер определяют следующим образом: это сила неизменяющегося тока, который, проходя по двум параллельным тонким проводникам (проволокам), расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызывает между этими проводниками силу взаимодействия, равную 2*10 Н на 1 м длины.
Единица электрической мощности – ватт – получается прямым приравниванием единице механической мощности:
1 Вт =1 = 1
Вольт, единица электрического напряжения, связана с ампером через электрическую мощность:
Р=UI,
1Вт=1В 1А.
Ом – единица электрического сопротивления, определяется согласно закону Ома по силе тока и напряжению:
R = ,
1Ом = .
Все другие электрические единицы измерения также являются производными. Обзор электрических величин и единицы их измерения представлены в таблице 1.3
Таблица 1-Электрические величины и их единицы измерения
|
Величина |
Обозначение в формулах |
Наименование единицы |
Символ |
Равнозначные выражения |
|
Сила тока |
I, i |
Ампер |
А |
− |
|
Мощность |
Р |
Ватт |
Вт |
|
|
апряжение |
U, u |
Вольт |
В |
− |
|
Сопротивление |
R |
Ом |
Ом |
|
|
Энергия, работа |
W |
Джоуль |
Дж |
1Дж= 1Вт 1с=1Н 1м |
|
Емкость |
С |
Фарада |
Ф |
= |
|
Индуктивность |
L |
Генри |
Гн |
Магнитные измерения относятся к области
Несмотря на разнообразие задач, решаемых с помощью магнитных измерений,
Одной из основных характеристик магнитного поля является вектор магнитной индукции В, который может быть определен по силе F, с которой поле действует на заряд q, перемещающийся в поле со скоростью v:
F = q[vB].
Единицей магнитной индукции в международной системе СИ является тесла (Тл).
Поток вектора магнитной индукции B через поверхность s называют магнитным потоком
Ф =∫ B ds.
Единица магнитного потока в системе СИ — вебер (Вб).
Единица напряженности магнитного ноля в системе СИ — ампер на метр (А/м).
Векторы В и Н связаны между собой в вакууме и воздухе соотношением
В = μ 0 Н,
где μ 0 = 4π 10-7 — магнитная постоянная, Гн/м.
Для среды с магнитной проницаемостью μr связь между В и Н имеет вид
В = μr μ 0 Н.
Важной характеристикой магнитного поля является
магнитный момент. Магнитный момент может быть определен
двояким образом:
- для контура с током:
М м = I s,
где I — ток в контуре, а s— векторное обозначение площади контура;
- для тела:
М м = J V,
где J — намагниченность тела; V— объем тела.
Единица магнитного момента — ампер — квадратный метр (А м 2 ).
Очевидно, что намагниченность тела
,
а единица намагниченности — ампер на метр (А/м), т.е. такая же, как напряженности магнитного поля.
Намагниченность может быть определена через напряженность магнитного поля
J = к Н,
где к — магнитная восприимчивость. В общем случае эта
зависимость нелинейная.
Основные величины, характеризующие магнитное поле в средах, В, Н и J связаны между собой соотношением
В = μ 0 (Н + J).
Связь межу магнитной проницаемостью и магнитной восприимчивостью имеет вид
μr = к + 1.
2 Классификация методов и приборов измерения электрических и магнитных величин
Измерение любого вида электрических и магнитных величин может быть осуществлено различными методами и средствами измерения в зависимости от условий измерения, вида измеряемой величины, требуемой точности и т.д.
Проанализировав литературу, изучающую вопросы методов и средств измерения электрических и магнитных измерений, мы можем дать следующую классификацию:
1 Методы электрических измерений.
1.1 Метод непосредственной оценки.
1.2 Метод сравнения.
2 Средства и методы измерения электрических величин.
2.1 Средства измерений постоянных токов и напряжений.
2.1.1 Магнитоэлектрический амперметр.
2.1.2 Магнитоэлектрический вольтметр.
2.2 Средства измерений действующих значений
2.2.1 Электромагнитный прибор.
2.2.2 Электродинамический прибор.
2.2.3 Ферродинамический прибор.
2.2.4 Электростатический прибор.
2.2.5 Термоэлектрический прибор.
2.3 Средства измерения средних и амплитудных
2.3.1 Выпрямительный прибор.
2.3.2 Ламповый прибор.
2.4 Средства измерения сопротивления.
2.4.1 Омметр.
2.4.2 Амперметр – вольтметр.
2.5 Методы измерения сопротивления.
2.5.1 Метод амперметра – вольтметра.
2.5.2 Мостовые методы.
2.6 Методы измерения емкости.
2.6.1 Метод амперметра – вольтметра.
2.6.2 Метод резонанса.
2.6.3 Метод разряда конденсатора.
2.6.4 Мостовой метод.
2.7 Методы измерения индуктивности.
2.7.1 Метод амперметра – вольтметра
