Электрические измерения

Электрические измерения, измерения электрических величин: электрического напряжения, электрического сопротивления, силы тока, частоты и фазы переменного тока, мощности тока, электрической энергии, электрического заряда, индуктивности, электрической ёмкости и др. Э. и. — один из распространённых видов измерений. Благодаря созданию электротехнических устройств, преобразующих различные неэлектрические величины в электрические, методы и средства Э. и. используются при измерениях практически всех физических величин. Область применения Э. и.: научные исследования в физике, химии, биологии и др.; технологические процессы в энергетике, металлургии, химической промышленности и др.; транспорт; разведка и добыча полезных ископаемых; метеорологические и океанологические работы; медицинская диагностика; изготовление и эксплуатация радио и телевизионных устройств, самолётов и космических аппаратов.

  Большое разнообразие электрических величин, широкие диапазоны их значений, требования высокой точности измерений, разнообразие условий и областей применения Э. и. обусловили многообразие методов и средств Э. и. Измерение «активных» электрических величин (силы тока, электрического напряжения и др.), характеризующих энергетическое состояние объекта измерений, основывается на непосредственном воздействии этих величин на средство Э. и. и, как правило, сопровождается потреблением некоторого количества электрической энергии от объекта измерений (см. Амперметр, Векторметр, Вольтметр, Логометр, Ваттметр, Счётчик электрический, Частотомер). Измерение «пассивных» электрических величин (электрического сопротивления, его комплексных составляющих, индуктивности, тангенса угла диэлектрических потерь и др.), характеризующих электрические свойства объекта измерений, требует возбуждения объекта измерений посторонним источником электрической энергии и измерения ответной реакции (см. Омметр, Мегомметр, Индуктивности измерители, Ёмкости измеритель, Добротности измеритель).

  Методы и средства Э. и. в цепях постоянного и переменного тока существенно различаются. В цепях переменного тока они зависят от частоты и характера изменения величин, а также от того, какие характеристики переменных электрических величин (мгновенные, действующие, максимальные, средние) измеряются. Для Э. и. в цепях постоянного тока наиболее широко применяют измерительные магнитоэлектрические приборы и цифровые измерительные устройства. Для Э. и. в цепях переменного тока — электромагнитные приборы, электродинамические приборы, индукционные приборы, электростатические приборы, выпрямительные электроизмерительные приборы, осциллографы, цифровые измерительные приборы. Некоторые из перечисленных приборов применяют для Э. и. как в цепях переменного, так и постоянного тока (см. Электроизмерительный комбинированный прибор).

  Значения измеряемых электрических величин заключаются примерно в пределах: силы тока — от 10^-16 до 10⁵ а, напряжения — от 10^-9 до 10⁷ в, сопротивления — от 10^-8 до 10¹⁶ ом, мощности — от 10^-16 вт до десятков Гвт, частоты переменного тока — от 10^-3 до 10¹² гц. Диапазоны измеряемых значений электрических величин имеют непрерывную тенденцию к расширению. Измерения на высоких и сверхвысоких частотах, измерение малых токов и больших сопротивлений, высоких напряжений и характеристик электрических величин в мощных энергетических установках выделились в разделы, развивающие специфические методы и средства Э. и. (см. Радиоизмерения, Диэлектрические измерения, Высоких напряжений техника, Импульсная техника, Импульсная техника высоких напряжений). Расширение диапазонов измерений электрических величин связано с развитием техники электрических измерительных преобразователей, в частности с развитием техники усиления и ослабления электрических токов и напряжений (см. Электрических сигналов усилитель, Делитель напряжения, Шунт, Измерительный трансформатор). К специфическим проблемам Э. и. сверхмалых и сверхбольших значений электрических величин относятся борьба с искажениями, сопровождающими процессы усиления и ослабления электрических сигналов, и разработка методов выделения полезного сигнала на фоне помех.

  Пределы допускаемых погрешностей Э. и. колеблются приблизительно от единиц до 10^-4%. Для сравнительно грубых измерений пользуются измерительными приборами прямого действия. Для более точных измерений используются методы, реализуемые с помощью мостовых и компенсационных электрических цепей (см. Компенсационный метод измерений, Потенциометр, Мост измерительный).

  Применение методов Э. и. для измерения неэлектрических величин основывается либо на известной связи между неэлектрическими и электрическими величинами, либо на применении измерительных преобразователей (датчиков). Для обеспечения совместной работы датчиков с вторичными измерительными приборами, передачи электрических выходных сигналов датчиков на расстояние, повышения помехоустойчивости передаваемых сигналов применяют разнообразные электрические промежуточные измерительные преобразователи, выполняющие одновременно, как правило, функции усиления (реже, ослабления) электрических сигналов, а также нелинейные преобразования с целью компенсации нелинейности датчиков. На вход промежуточных измерительных преобразователей могут быть поданы любые электрические сигналы (величины), в качестве же выходных сигналов наиболее часто используют электрические унифицированные сигналы постоянного, синусоидального или импульсного тока (напряжения). Для выходных сигналов переменного тока используется амплитудная, частотная или фазовая модуляция. Всё более широкое распространение в качестве промежуточных измерительных преобразователей получают цифровые преобразователи.

  Комплексная автоматизация научных экспериментов и технологических процессов привела к созданию комплексных средств Э. и. измерительных установок, измерительно-информационных систем, а также к развитию техники телеметрии, радиотелемеханики.

  Современное развитие Э. и. характеризуется использованием новых физических эффектов: (например, Джозефсона эффекта, Холла эффекта) для создания более чувствительных и высокоточных средств Э. и., внедрением в технику Э. и. достижении электроники, микроминиатюризацией средств Э. и., сопряжением их с вычислительной техникой, автоматизацией процессов Э. и., а также унификацией метрологических и других требований к ним. В СССР разработана агрегатированная система средств электроизмерительной техники — АСЭТ. С 1 июля 1978 введён в действие ГОСТ(государственный общесоюзный стандарт) 22261—76 «Средства измерений электрических величин. Общие технические условия», регламентирующий единые технические, в частности метрологические, требования к средствам Э. и. (см. Измерительная техника).

  Лит: Электрические измерения. Средства и методы измерений, (Общий курс), под ред. Е. Г. Шрамкова, М., 1972; Основы электроизмерительной техники, под ред. М. И. Левина М., 1972; Илюкович А. М., Техника электрометрии, М., 1976; Шваб А., Измерения на высоком напряжении, пер.(перевод) с нем.(немецкий), М., 1973; Электрические измерительные преобразователи, под ред. Р. Р. Харченко, М. — Л., 1967; Цапенко М. П., Измерительные информационные системы, 1974.

  В. П. Кузнецов.