ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Физический факультет

Кафедра общей физики

Измерительный практикум

А. Г. Костюрина, Ю. А. Орлов

Основы измерений в электрических цепях

Учебно-методическое пособие

Новосибирск

2011

Содержание

Основные принципы измерений………………………………….4

Измерение физических величин…………………………………4

Погрешности измерения………………………………………….5

Измерительная система и её характеристики…………………..6

Структура измерительной системы……………….……………6

Характеристики измерительной системы…….……….………9

Электрические цепи……………………………………………….12

Источники электрических сигналов………………………….13

Эквивалентное представление источников………………13

Классификация режимов работы электрической цепи….18

Общие сведения об электроизмерительных приборах………20

Приборы для измерения тока, напряжения и сопротивления..20

Эквивалентные схемы амперметров и вольтметров…….21

Изменение пределов измерения аналоговых электро-…….. измерительных приборов………………………………….23

Цифровые измерительные приборы……………………………25

Приложение 1. Принцип действия некоторых

электроизмерительных приборов…………………….28

Аналоговые электромеханические приборы…………..………..28

Цифровые измерительные приборы………..…..……………….33

Приложение 2. Условные обозначения на шкалах приборов…38

Список литературы…………………………………………………..39

Основные принципы измерений

Измерение – это получение с помощью измерительных систем/приборов информации в форме результата измерения, отражающего характеристику объекта измерения. Измерение должно быть:

– избирательным, т. е. должно давать информацию только об измеряемой величине,

– объективным – не зависеть от наблюдателя. Для гарантии объективности измерений необходимо пользоваться приборами. Прибор должен преобразовать изучаемое явление к такому виду, в котором оно будет доступно любому наблюдателю, например как число на цифровом дисплее.

Различают качественные и количественные измерения. Качественные измерения производят тогда, когда ещё неизвестна структура объекта. Качественное измерение обеспечивает информацией, необходимой для того, чтобы выбрать приборы для проведения количественных измерений.

Измерение физических величин

Измерение физических величин это получение информации о физических состояниях или явлениях осуществляемое с помощью технических средств. Используемые в физике экспериментальные методы и измерительная техника весьма многообразны. Специальные методы измерений имеются не только в физике, но и в других разделах естественных и технических наук.

Целью эксперимента является поиск таких параметров физических явлений, которые можно измерить, получив при этом численные значения. Для получения правильных результатов необходимо предварительно хорошо изучить и правильно спланировать эксперимент. При этом очень важно исключить или хотя бы свести к минимуму влияние внешних факторов, влияющих на процесс измерения.

Погрешности измерения

Результат измерения физической величины должен представлять значение измеряемой величины с указанием погрешности. По характеру происхождения погрешности принято подразделять на: систематические, случайные и грубые (промахи).

Систематические погрешности – это погрешности, которые повторяются при измерении определённой физической величины с использованием одной и той же измерительной системы и при неизменных условиях проведения измерения. Возникновение систематических погрешностей можно определить или тщательным анализом измерительной системы, или проведением измерений по другому принципу и с использованием другой аппаратуры.

Случайные погрешности обусловлены одновременным действием множества неконтролируемых факторов, которые случайно меняются по величине и знаку при повторении измерений.

Грубые погрешности/промахи – это очень большие отклонения измеряемой величины от истинного значения. Их появление, как правило, связано или с неисправностью аппаратуры, или с невнимательностью экспериментатора.

Рассмотрим источники возможных погрешностей.

С

На рис. 1 приведена структурная схема измерения, состоящая из объекта измерения, измерительной системы и регистратора, находящиеся в определённой окружающей среде.

Сплошными стрелочками на рисунке показан перенос измерительной информации от объекта измерения в измерительную систему и далее к регистратору, которым может быть или измерительный прибор или человек-наблюдатель. Штриховыми стрелочками показано обратное влияние на объект измерения, которое может быть значительным, что приведёт к заметному изменению измеряемой величины. Чтобы свести это влияние к минимуму, необходимо согласовать входной каскад измерительной системы с объектом измерения. Аналогичную процедуру согласования необходимо провести между регистратором и выходом измерительной системы.

Кроме того, на измерительную систему оказывает действие окружающая среда, которая может вызывать в ней возмущения и помехи, например, за счёт влияния температуры, внешних электрических и магнитных полей и т. д.

Источником погрешностей измерения являются так же несовершенство самой измерительной системы, которое приведёт к неправильным измерениям.