Лекция 15
ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Основные понятия и общие сведения из теории измерений
Показания (сигналы) электроизмерительных приборов используют для оценки работы различных электротехнических устройств и состояния
электрооборудования, в частности состояния изоляции. Электроизмери-
тельные приборы отличаются высокой чувствительностью, точностью
измерений, надежностью и простотой исполнения.
Наряду с измерением электрических величин — тока, напряжения,
мощности электрической энергии, магнитного потока, емкости, частоты
и т. д. — с их помощью можно измерять и неэлектрические величины.
Показания электроизмерительных приборов можно передавать на
дальние расстояния (телеизмерение), они могут использоваться для не-
посредственного воздействия на производственные процессы (автомати-
ческое регулирование); с их помощью регистрируют ход контролируемых
процессов, например путем записи на ленте и т. д.
Применение полупроводниковой техники существенно расширило
область применения электроизмерительных приборов.
Измерить какую-либо физическую величину — это значит найти ее значение опытным путем с помощью специальных технических средств.
Для различных измеряемых электрических величин существуют свои средства измерений, так называемые меры. Например, мерами э. д. с.
служат нормальные элементы, мерами электрического сопротивления —
измерительные резисторы, мерами индуктивности — измерительные ка-
тушки индуктивности, мерами электрической емкости — конденсаторы
постоянной емкости и т. д.
На практике для измерения различных физических величин приме-
няют различные методы измерения. Все измерения в зависимости от
способа получения результата делятся на прямые и косвенные. При прямом измерении значение величины получают непосредственно из опытных данных. При косвенном измерении искомое значение величины находят путем подсчета с использованием известной зависимости между этой величиной и величинами, получаемыми на основании прямых измерений. Так, определить сопротивление участка цепи можно путем измерения протекающего по нему тока и приложенного напряжения с последующим подсчетом этого сопротивления из закона Ома. Наиболь-
шее распространение в электроизмерительной технике получили методы
прямого измерения, так как они обычно проще и требуют меньших
затрат времени.
В электроизмерительной технике используют также метод сравнения, в основе которого лежит сравнение измеряемой величины с воспроизводимой мерой. Метод сравнения может быть компенсационным и мостовым. Примером применения компенсационного метода служит из-
мерение напряжения путем сравнения его значения со значением э. д. с.
нормального элемента. Примером мостового метода является измерение
сопротивления с помощью четырехплечной мостовой схемы. Измерения
компенсационным и мостовым методами очень точные, но для их прове-
дения требуется сложная измерительная техника.
При любом измерении неизбежны погрешности, т. е. отклонения
результата измерения от истинного значения измеряемой величины,
которые обусловливаются, с одной стороны, непостоянством параметров
элементов измерительного прибора, несовершенством измерительного
механизма (например, наличием трения и т. д.), влиянием внешних
факторов (наличием магнитных и электрических полей), изменением
температуры окружающей среды и т. д., а с другой стороны, несовер-
шенством органов чувств человека и другими случайными факторами.
Разность между показанием прибора АП и действительным значением
измеряемой величины Ад, выраженная в единицах измеряемой величины,
называется абсолютной погрешностью измерения:
(9.1)
Величина, обратная по знаку абсолютной погрешности, носит назва-
ние поправки:
(9.2)
Для получения истинного значения измеряемой величины необходи-
мо к измеренному значению величины прибавить поправку:
(9.3)
Для оценки точности произведенного измерения служит относитель-
ная погрешность δ, которая представляет собой отношение абсолютной
погрешности к истинному значению измеряемой величины, выраженное
обычно в процентах:
(9.4)
Следует отметить, что по относительным погрешностям оценивать
точность, например, стрелочных измерительных приборов весьма неудоб-но, так как для них абсолютная погрешность вдоль всей шкалы
практически постоянна, поэтому с уменьшением значения измеряемой
величины растет относительная погрешность (9.4). Рекомендуется при
работе со стрелочными приборами выбирать пределы измерения вели-
чины так, чтобы не пользоваться начальной частью шкалы прибора, т. е.
отсчитывать показания по шкале ближе к ее концу.
Точности измерительных приборов оценивают по приведенным
погрешностям, т. е. по выраженному в процентах отношению абсолют-
ной погрешности к нормирующему значению Ан:
(9.5)
Нормирующим значением измерительного прибора называется условно принятое значение измеряемой величины, могущее быть равным
верхнему пределу измерений, диапазону измерений, длине шкалы
и др.
Погрешности приборов подразделяют на основную, присущую
прибору при нормальных условиях применения вследствие несовершен-
ства его конструкции и выполнения, и дополнительную, обусловленную
влиянием на показания прибора различных внешних факторов.
Нормальными рабочими условиями считают температуру окружаю-
щей среды (20 
5)°С при относительной влажности (65 15)%,
атмосферном давлении (750 30) мм рт. ст., в отсутствие внешних'
магнитных полей, при нормальном рабочем положении прибора и т. д.
В условиях эксплуатации, отличных от нормальных, в электроизмери-
тельных приборах возникают дополнительные погрешности, которые
представляют собой изменение действительного значения меры (или
показания прибора), возникающее при отклонении одного из внешних
факторов за пределы, установленные для нормальных условий.
Допустимое значение основной погрешности электроизмерительного
прибора служит основанием для определения его класса точности. Так,
электроизмерительные приборы по степени точности подразделяются на
восемь классов: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0, причем цифра,
обозначающая класс точности, указывает на наибольшее допустимое
значение основной погрешности прибора (в процентах). Класс точности
указывается на шкале каждого измерительного прибора и представляет
собой цифру, обведенную кружком.
Шкалу прибора разбивают на деления. Цена деления (или постоян-
ная прибора) есть разность значений величины, которая соответ-
ствует двум соседним отметкам шкалы. Определение цены деления,
например, вольтметра и амперметра производят следующим образом:
CU = UH/N - число вольт, приходящееся на одно деление шкалы;
CI = IH/N - число ампер, приходящееся на одно деление шкалы; N -
число делений шкалы соответствующего прибора.
Важной характеристикой прибора является чувствительность S, которую, например, для вольтметра SU и амперметра SI, определяют
следующим образом: SU = N/UH - число делений шкалы, приходящееся
на 1 В; SI = N/IН — число делений шкалы, приходящееся на 1 А.
