Глава 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

2.1. Общие сведения об измерениях

В физике для описания явлений, процессов и свойств тел или систем используются количественные характеристики – физические величины. Значения физических величин получают в ходе их измерения с помощью специальных тех­нических средств. Измерить физическую величину – значит сравнить ее с однородной величиной, принятой за единицу. В результате получают числовое значение физической величины в принятых единицах.

Единицы измерения не являются объектами природы, а представляют лишь вспомогательный аппарат, применяемый для ее изучения. Поэтому в принципе возможно бесконечное множество единиц измерения. Но на практике удобно пользоваться единой системой единиц.

В СССР в 1963 г. была введена Международная система единиц СИ. В качестве основных в этой системе используются семь единиц, через которые выражаются остальные единицы, именуемые производными. Основными в системе СИ выбраны единицы следующих физических величин: массы - килограмм (кг); длины - метр (м); времени - секунда (с); силы тока - ампер (А); термодинамической температуры - кельвин (К); силы све­та - кандела (кд); количества вещества - моль (моль).

Для проведения измерений используются специальные технические средства, которые по назначению разделяются на меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи и вспомогательные средства. Совокупность различных средств измерений может образовывать измерительные установки и системы.

Мерой называется средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного раз­мера; это вещественно воспроизведенная (изготовленная) единица измерения. Различают однозначные меры, многозначные меры и наборы мер. Однозначная мера воспроизводит физическую величину одного  размера (например, конденсатор постоян­ной емкости, гиря). Многозначная мера воспроизводит ряд значений одноименных физических величин различного размера (конденсатор переменной емкости, вариометр ин­дуктивности, линейка с миллиметровыми делениями и т.п.). Набор мер представляет собой специально подобранный комплект мер для воспроизведения ряда значений однои­менных величин различного размера, причем меры могут применяться как отдельно, так и в различных сочетаниях (магазины сопротивлений, емкостей, набор гирь). Магазин мер – это набор мер, конст­руктивно объединенных в одно целое.

Измерительные приборы позволяют получить информацию о значениях измеряемой величины в форме, доступной для непосредственного вос­приятия наблюдателем. Они могут быть классифицированы по различным признакам. В частности, измери­тельные приборы подразделяются на аналоговые, показания которых являются непрерывной функцией измеряемой величины, и цифровые, которые автоматически вырабатывают дискретные сигналы измерительной информации и дают показания в цифровой форме.

В состав многих измерительных приборов и установок входят измерительные преобразователи, предназначенные для выработки сигналов изме­рительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблю­дателем. Примером являются терморезисторы, делители напряжения, измерительные механизмы электромеханических приборов и др.

Измерительная установка представляет совокупность функционально объединенных средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств. Она предназначена для вы­работки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем, и расположена в одном месте.

Совокуп­ность средств измерений и вспомогательных устройств, сое­диненных между собой каналами связи, называется измерительной системой.

Все измерения физических величин подразделяются на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямое измерение – это определение значения измеряемой величины непосредственно с помощью средств измерения. Так можно найти массу тела с помощью весов, измерить силу тока амперметром и др.

При косвенных измерениях значение физической величины определяется по формуле, связывающей ее с другими величинами, полученными в ходе прямых измерений. Например, так измеряется плотность тел по массе и объему, сопротивление по силе тока и напряжению и т.д.

При совокупных измерениях одновременно измеряют несколько однородных величин, а их искомые значения находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

Совместные измерения состоят в одновременном измерении двух или нескольких не одноименных величин для нахождения зависимости между ними.