ГЛАВА VI
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
§ 32. Основные положения метрологии, классификация электроизмерительных приборов
Измерением называется физический познавательный процесс, при котором измеряемая величина сравнивается с величиной того же рода, условно принятой за единицу. Результат измерения выражается числом, показывающим отношение величины к единице измерения. Полученная цифра называется значением этой величины.
Измерения осуществляются с помощью измерительной аппаратуры, которая делится на три категории: меры; измерительные приборы; измерительные преобразователи.
Мерой называется овеществленное значение единицы данной величины, например:
мера ЭДС — нормальный гальванический элемент с постоянной величиной ЭДС; величина ЭДС такого элемента при нормальном давлении и температуре окружающей среды t—+20°C должна быть в пределах от 1,01855 до 1,01875 В;
мера электрического сопротивления — образцовые магазины сопротивлений с точностью до 0,001 %;
мера индуктивности — катушки с постоянной индуктивностью.
Измерительным прибором называется устройство, позволяющее выполнить сравнение данной величины с мерой более удобно и более точно.
Преобразователь — это устройство, преобразующее измеряемую величину в другую физическую величину, более удобную для измерения, например, измерение температуры с помощью термопары или измерение скорости судна с использованием электромагнитного лага.
Меры и измерительные приборы делятся на образцовые и рабочие.
Образцовые меры и измерительные приборы предназначены для воспроизведения и хранения единиц измерения и для проверки и градуировки рабочих мер и приборов.
Рабочие меры и измерительные приборы предназначены для практических целей и делятся на лабораторные и технические меры и измерительные приборы.
Значение измеряемой величины, определяемое с помощью образцовых мер или образцовых измерительных приборов, называется действительным значением измеряемой величины.
Разность между показанием прибора и действительным значением измеряемой величины называется абсолютной погрешностью прибора:
(192)
где ΔА — абсолютная погрешность прибора; А1 — показание измерительного прибора; А — действительное значение измеряемой величины.
Под относительной погрешностью прибора понимается отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины, выраженное в процентах:
(193)
В ГОСТах и технических условиях на измерительные приборы нормируется приведенная погрешность; при оценке точности приборов используется понятие допустимой погрешности, под которой понимается наибольшая приведенная относительная погрешность, допускаемая ГОСТом и равная:
(194)
где γд — допускаемая погрешность прибора; ∆Aнаиб — наибольшая абсолютная погрешность прибора по ГОСТу; Ав — верхний предел измерения прибора.
Точность измерений зависит от погрешностей, которые можно разделить на: систематические погрешности; случайные погрешности; промахи.
К систематическим погрешностям относятся: инструментальные погрешности, обусловленные несовершенством приборов и их неисправностью;
погрешности установки, вызванные неправильной установкой измерительной аппаратуры;
методические погрешности, связанные с недостатками методики измерений;
личные погрешности, зависящие от уровня подготовки экспериментатора.
Под случайными погрешностями понимаются переменные по величине и знаку погрешности, изменение которых не подчиняется какой-либо известной закономерности. Они обусловлены влиянием причин случайного характера.
Промахи — это погрешности, явно искажающие результаты измерений, например, неправильный отсчет по шкале, ошибочная запись наблюдений; они отбрасываются, как явно недостоверные.
Электроизмерительные приборы классифицируются по способу сравнения измеряемой величины с единицей измерения и по принципу действия. По способу сравнения измеряемой величины с единицей измерения приборы делятся на:
приборы непосредственной оценки, дающие численные значения измеряемой величины по его отсчетному приспособлению (амперметры, вольтметры, цифровые индикаторы и др.). При измерениях по этому методу мера непосредственно не используется, но она фиксируется с помощью пружины или других приспособлений.
Эти приборы отличаются удобством и быстротой измерений, но особенности конструкции и, в частности, нестабильность свойств пружины, снижают их точность;
приборы сравнения, предназначенные для сравнения измеряемой величины с мерой. Для этих приборов являются характерным использование меры при каждом измерении и отсутствие градуированной шкалы, что снижает оперативность измерений, требует использования дополнительной аппаратуры, например измерительного моста постоянного тока при измерении сопротивлений. Достоинством этих приборов является высокая точность.
За последние годы начали широко применять цифровые измерительные приборы (ЦИП). Им свойственны достоинства приборов сравнения, а автоматизация процесса измерения обеспечивает высокую оперативность. К преимуществам ЦИП относятся удобство и объективность отсчета и регистрации, высокое быстродействие за счет отсутствия электромеханических переходных процессов, свойственных обычным стрелочным приборам, широкий диапазон измерений.
Наиболее распространенные ЦИП — цифровые вольтметры имеют относительную приведенную погрешность не более 0,001%, а быстродействие — до миллиона преобразований в секунду. ЦИП наиболее полно удовлетворяют основным требованиям развития современной измерительной техники — автоматизация процесса измерений при высокой точности. К недостаткам ЦИП следует отнести сложность и высокую стоимость.
По принципу действия электроизмерительные приборы могут быть разделены на следующие группы, приведенные в табл. 2.
Таблица 2
