Измерение электрических и магнитных величин

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 19 Мая 2013 в 11:50, курсовая работа

Краткое описание

Измерения играют большую роль в жизни человека. Благодаря измерениям люди избавились от многих неправильных выводов и заключений, которые были сделаны ранее на основании наблюдений за явлениями природы: так, было установлено, что неподвижные звезды в действительности смещаются относительно друг друга, что географический и магнитный полюсы не совпадают, что Земля не есть шар и т. д. Измерения и измерительные приборы дополняют наши органы чувств и позволяют нам воспринимать невидимый свет, познавать и оценивать электрические и магнитные поля. Можно привести еще много примеров, показывающих значение измерений в точных науках, в познании окружающей нас природы.

Прикрепленные файлы: 1 файл

Копия (2) Копия Миси 2.doc

— 1.57 Мб (Скачать документ)

Введение

 

Измерения играют большую  роль в жизни человека. Благодаря  измерениям люди избавились от многих неправильных выводов и заключений, которые были сделаны ранее на основании наблюдений за явлениями природы: так, было установлено, что неподвижные звезды в действительности смещаются относительно друг друга, что географический и магнитный полюсы не совпадают, что Земля не есть шар и т. д. Измерения и измерительные приборы дополняют наши органы чувств и позволяют нам воспринимать невидимый свет, познавать и оценивать электрические и магнитные поля. Можно привести еще много примеров, показывающих значение измерений в точных науках, в познании окружающей нас природы.

С помощью измерений  осуществляется связь формул теории с экспериментом.

Что касается роли измерений в технике, то достаточно напомнить, что основной современный технический принцип — взаимозаменяемость деталей — неосуществим без широко развитой и технически совершенной измерительной базы. Все вопросы, связанные с качеством продукции, экономичностью производства, борьбой с браком и т. д., также в конечном счете определяются измерениями.

Из всех видов измерений электрические измерения имеют особое значение, так как электрические и магнитные величины, как правило, непосредственно не воспринимаются органами чувств человека. Поэтому обнаружение электрических и магнитных величин, количественное определение их, а также изучение электрических и магнитных явлений возможно только при помощи средств измерения электрических и магнитных величин.

Посредством магнитных измерений решается весьма широкий круг 
научных и прикладных задач, к которым можно отнести: исследование 
свойств магнитных материалов; исследование всевозможных электромагнитных механизмов и приборов для выявления распределения магнитных потоков и МДС; испытание постоянных магнитов; измерение 
магнитных полей постоянных магнитов и электромагнитов; контроль качества магнитных материалов и изделий из них; определение физических свойств материалов по их магнитным характеристикам (магнитная 
дефектоскопия); изучение магнитного поля Земли и других планет; разведка полезных ископаемых; изучение структуры сильных магнитных 
полей, создаваемых различными установками; исследование слабых 
магнитных полей космического пространства и полей биологических 
объектов и т. д. 

Измерительная техника  является важнейшим фактором научного и технического прогресса практически  во всех областях народного хозяйства.

Измерительная информация широко используется для регулирования и автоматического управления различными объектами и технологическими процессами.

 Интенсивное развитие  средств электронной техники  значительно расширило возможности  электроизмерительной техники. 

Одно из современных  направлений электроизмерительной техники, базирующееся на достижениях  электроники, — создание цифровых измерительных приборов. Измерительную информацию можно представить в непрерывной и дискретной форме в виде непрерывных или дискретных сигналов.

Новые горизонты открыло  перед электроизмерительной техникой появление ЭВМ, использующих новейшие достижения электронной техники..

Говоря о роли и  значении измерительной техники  в научном и техническом прогрессе, нельзя забывать, что для успешного выполнения этих задач необходимо поддержание единства измерений, обеспечивающих требуемую точность и сопоставимость результатов измерений. Единством измерений называется такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах, а погрешности известны с заданной вероятностью.

Развитие электроизмерительной техники весьма эффективно способствует углублению знаний, новым открытиям и всестороннему прогрессу во всех отраслях науки и техники. /1/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Основные  понятия

 

В данной главе мы ознакомимся  с основными понятиями и определениями.

Измерения являются одним из основных способов познания природы, служат предпосылкой и составной частью исследований и открытий.

Измерения – это нахождение значения физической величины опытным  путем с помощью специальных  технических средств.

Физическая величина – это свойство, общее в качественном отношении для множества объектов и индивидуальное в количественном отношении для каждого из них.

Метод измерений –  прием или совокупность приемов  сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с  реализованным принципом.

Различают 2 метода измерения:

    • метод непосредственной оценки;
    • метод сравнения с мерой.

Метод непосредственной оценки – метод измерения, при  котором значение величины определяют непосредственно по показывающему  средству измерения. Отсчетное устройство показывающего средства заранее проградуировано в единицах измеряемой физической величины. Метод прост, но точность его невысока.

Метод сравнения с мерой –  метод измерения, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой  мерой. Например, измерения напряжения постоянного тока на компенсаторе сравнением с известной ЭДС нормального элемента. Этот метод по сравнению с методом непосредственной оценки более точен, но несколько сложен.

Средство измерений – техническое  средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течении известного интервала времени. /2/

Все единицы измерения, используемые в электротехнике, могут быть выведены из четырех основных. Для того чтобы  число основных единиц было минимальным, были выбраны три единицы, применяемые в механике: метр (м), килограмм (кг) и секунда (с) и добавлена к ним четвертая основная единица из электротехники – единица силы электрического тока ампер (А).

Из этих четырех основных единиц могут быть образованы все другие электрические единицы.

С 1946 г. ампер определяют следующим  образом: это сила неизменяющегося  тока, который, проходя по двум параллельным тонким проводникам (проволокам), расположенным  на расстоянии 1 м один от другого  в вакууме, вызывает между этими проводниками силу взаимодействия, равную 2*10  Н на 1 м длины.

Единица электрической мощности –  ватт – получается прямым приравниванием единице механической мощности:

1 Вт =1 = 1                                                    (1)

Вольт, единица электрического напряжения, связана с ампером  через электрическую мощность:

Р=UI,                                                      (2)

1Вт=1В 1А.                                                (3)

Ом – единица электрического сопротивления, определяется согласно закону Ома по силе тока и напряжению:

R = ,                                                            (4)

       1Ом = .                                                          (5)

 

Все другие электрические  единицы измерения также являются производными. Обзор электрических величин и единицы их измерения представлены в таблице 1.3

Таблица 1-Электрические величины и их единицы измерения

Величина

Обозначение в формулах

Наименование единицы

Символ

Равнозначные выражения

Сила тока

I, i

Ампер

А

Мощность

Р

Ватт

Вт

апряжение

U, u

Вольт

В

Сопротивление

R

Ом

Ом

Энергия, работа

W

Джоуль

Дж

1Дж= 1Вт 1с=1Н 1м

Емкость

С

Фарада

Ф

=

Индуктивность

L

Генри

Гн


Магнитные измерения  относятся к области измерительной  техники, занимающейся измерением магнитных величин для определения характеристик магнитных полей, веществ и материалов.

    Несмотря на  разнообразие задач, решаемых  с помощью магнитных измерений,  определяются в основном несколько  магнитных величин: магнитный  поток Ф, магнитная индукция В, напряженность магнитного поля H, намагниченность J, магнитный момент Мм.

Одной из основных характеристик магнитного поля является вектор магнитной индукции  В, который может быть определен по силе F, с которой поле действует на заряд q, перемещающийся в поле со скоростью v:

F = q[vB].                                                   (6)

Единицей магнитной  индукции в международной системе СИ является тесла (Тл).

 Поток вектора магнитной  индукции B через поверхность s называют магнитным потоком

Ф =∫ B ds.                                                    (7)

Единица магнитного потока в системе СИ — вебер (Вб). Единица  напряженности магнитного ноля в  системе СИ — ампер на метр (А/м).

Векторы В и Н связаны между собой в вакууме и воздухе соотношением

В = μ0 Н,                                                      (8)

где  μ 0= 4π 10-7 - магнитная постоянная, Гн/м.

Для среды с магнитной  проницаемостью  μr связь между В и Н имеет вид

В = μr μ0 Н.                                                    (9)

Важной характеристикой  магнитного поля является 
магнитный момент. Магнитный момент может быть определен 
двояким образом:

  1. для контура с током:

Мм = I s,                                                      (10)               

где I — ток в контуре, а s— векторное обозначение площади контура;

  1. для тела:

Мм = J V,                                                 (11)

где J — намагниченность тела; V— объем тела.

Единица магнитного момента  — ампер - квадратный метр (А м2).  

Очевидно, что намагниченность тела

,                                              (12)

а единица намагниченности  — ампер на метр (А/м), т.е. такая  же, как напряженности магнитного поля.

Намагниченность может  быть определена через напряженность магнитного поля

J = к Н,                                                  (13)

где к — магнитная восприимчивость. В общем  случае эта 
зависимость нелинейная. 

  Основные величины, характеризующие  магнитное поле в средах, В, Н и J связаны между собой соотношением

В = μ0(Н + J).                                            (14)

Связь межу магнитной проницаемостью и магнитной восприимчивостью имеет вид


μr = к + 1.                                              (15)

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Классификация  методов и приборов измерения  электрических и магнитных величин

 

Измерение любого вида электрических  и магнитных величин может  быть осуществлено различными методами и средствами измерения в зависимости  от условий измерения, вида измеряемой величины, требуемой точности и т.д.

Проанализировав литературу, изучающую вопросы методов и средств измерения электрических и магнитных измерений, мы можем дать следующую классификацию:

1 Методы электрических  измерений.

1.1 Метод непосредственной  оценки.

1.2 Метод сравнения.

2 Средства и методы  измерения электрических величин.

2.1 Средства измерений  постоянных токов и напряжений.

2.1.1 Магнитоэлектрический  амперметр.

2.1.2 Магнитоэлектрический  вольтметр.

2.2 Средства измерений  действующих значений переменных  токов и напряжений.

2.2.1 Электромагнитный  прибор.

2.2.2 Электродинамический прибор.

2.2.3 Ферродинамический  прибор.

2.2.4 Электростатический  прибор.

2.2.5 Термоэлектрический  прибор.

2.3 Средства измерения  средних и амплитудных значений  переменного тока.

2.3.1 Выпрямительный прибор.

2.3.2 Ламповый прибор.

2.4 Средства измерения сопротивления.

2.4.1 Омметр.

2.4.2 Амперметр – вольтметр.

2.5 Методы измерения  сопротивления.

2.5.1 Метод амперметра  – вольтметра.

2.5.2 Мостовые методы.

2.6 Методы измерения  емкости.

2.6.1 Метод амперметра – вольтметра.

2.6.2 Метод резонанса.

2.6.3 Метод разряда конденсатора.

2.6.4 Мостовой метод.

2.7 Методы измерения  индуктивности.

2.7.1 Метод амперметра  – вольтметра

Информация о работе Измерение электрических и магнитных величин