Набор тем Электрические измерение. 1. Введение. История электроизмерительной науки. Ключевой слов
 Скачать 2.29 Mb.
|
|
1-тема. Цели и задачи электроизмерительной науки. План: 1.Введение. 2. История электроизмерительной науки. Ключевой слов: измерительная техника, средства электрических измерений, система единицы, физический величины. Измерительная техника, представляющая собой совокупность методов и средств получения достоверной количественной информации о характеристиках веществ, материалов, изделий, технологических процессов и физических явлений, является одним из решающих факторов технического прогресса во всех областях науки, техники, производства. Средства электрических измерений, выпускаемые заводами, широко используются в различных отраслях промышленности, особенно в электроэнергетике. В настоящее время электроизмерительная техника интенсивно развивается во всех направлениях: − повышается точность и быстродействие, расширяется частотный диапазон, совершенствуются конструкции многообразных электроизмерительных приборов. В ряде приборов наряду с отсчетными и записывающими устройствами предусматриваются контакты для цепей сигнализации определенных значений измеряемой величины и автоматического управления производственными процессами; − расширяется номенклатура измерительных преобразователей, широко применяемых при измерениях различных физических величин и других целей; − выпускаются и совершенствуются измерительные информационные системы, предназначенные для автоматического получения, передачи, обработки и представления информации в той или иной форме и значениях измеряемых или контролируемых физических величин. Эта информация может обрабатываться с помощью вычислительных машин, передаваться по каналам связи и использоваться для автоматического управления. Производство измерений требует знания методов измерений и свойств измерительных приборов, а следовательно, и их устройства, умения выбрать надлежащий метод измерения и подобрать измерительную аппаратуру, уменья собрать схему, произвести наблюдения и записи, обработать полученные данные и произвести поверку измерительных приборов. Исторически первой системой единиц физических величин была принятая в 1791 г. Национальным собранием Франции метрическая система мер. Она не являлась еще системой единиц в современном понимании, а включала в себя единицы длин, площадей, объемов, вместимостей и веса, в основу которых были положены две единицы: метр и килограмм. В 1832 г. немецкий математик К. Гаусс предложил методику построения системы единиц как совокупности основных и производных. Он построил систему единиц, в которой за основу были приняты три произвольные, независимые друг от друга единицы - длины, массы и времени. Все остальные единицы можно было определить с помощью этих трех. Такую систему единиц, связанных определенным образом с тремя основными, Гаусс назвал абсолютной системой. За основные единицы он принял миллиметр, миллиграмм и секунду. В дальнейшем с развитием науки и техники появился ряд систем единиц физических величин, построенных по принципу, предложенному Гауссом, базирующихся на метрической системе мер, но отличающихся друг от друга основными единицами. Рассмотрим главнейшие системы единиц физических величин. Система СГС. Система единиц физических величин СГС, в которой основными единицами являются сантиметр как единица длины, грамм как единица массы и секунда как единица времени, была установлена в 1881 г. Система МКГСС. Применение килограмма как единицы веса, а в последующем как единицы силы вообще, привело в конце XIX века к формированию системы единиц физических величин с тремя основными единицами: метр - единица длины, килограмм-сила - единица силы и секунда - единица времени. Система МКСА. Основы этой системы были предложены в 1901 г. итальянским ученым Джорджи. Основными единицами системы МКСА являются метр, килограмм, секунда и ампер. Наличие ряда систем единиц физических величин, а также значительного числа внесистемных единиц, неудобства, связанные с пересчетом при переходе от одной системы единиц к другой, требовало унификации единиц измерений. Рост научно-технических и экономических связей между разными странами обусловливал необходимость такой унификации в международном масштабе. Требовалась единая система единиц физических величин, практически удобная и охватывающая различные области измерений. При этом она должна была сохранить принцип когерентности (равенство единице коэффициента пропорциональности в уравнениях связи между физическими величинами). В 1954 г. Генеральная конференция по мерам и весам установила шестьосновных единиц (метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кандела + моль). Система, основанная на утвержденных в 1954г. шестиосновных единицах, была названаМеждународнойсистемой единиц, сокращенно СИ (SI - начальные буквы французского наименования Systeme International). Был утвержден перечень шести основных, двух дополнительных и первый список двадцати семи производных единиц, а также приставки для образования кратных и дольных единиц. Технологический процесс современных предприятий осуществляется с помощью многочисленных электродвигателей, электропечей, электросварочных аппаратов, различного рода высокочастотных установок для закалки, термической обработки деталей, для получения специальных сплавов. Развитие науки и техники позволило убрать с наиболее ответственных и сложных участков людей, заменив их роботами. Нормальная работа такого предприятия, не говоря о работе электросетей и электростанций, невозможна без применения большого числа разнообразных электроизмерительных приборов. Зачастую технологический процесс управляется только по показаниям приборов, в том числе и с помощью систем автоматического управления. Научно – технический прогресс привел не только к облегчению участи человека на производстве, но и возложил большую ответственность на измерительные приборы. Контроль технологических процессов в различных отраслях промышленности, контроль качества материалов и готовых изделий производится путем измерения неэлектрических величин, но осуществляются они в основном при помощи электроизмерительных приборов. Таким образом, измерение электрических величин в наше время является одной из важнейших составляющих производственного процесса. Электроизмерительные приборы используются в машиностроении, топливной промышленности, медицине и во всех остальных отраслях народного хозяйства. Контрольные вопросы 1.Какую роль измерения играют в жизни человека? 2.Какой вклад в измерения внес немецкий математик К. Гаусс? 3.Охарактеризуйте системы единиц физических величин. 4.Перечислите шесть основных единиц. 5.Что такое принцип когенентности? 2-тема. Роли электрических измерение в технике. План: 1.Применение в технике. 2. Измерение величины. Ключевой слов: электрическая энергия, тепловая энергия, электрические величины, неэлектрическое величины. Промышленные предприятия и жилищно-коммунальное хозяйство характеризуются потреблением электрической и тепловой энергии. Для изучения режимов потребления энергии (аудита) необходимо измерять и регистрировать электрические и неэлектрические величины с использованием приборов и измерительных преобразователей различного принципа действия. В электроснабжении измеряют ток (I), напряжение (U), активную и реактивную мощности (P, Q), электроэнергию (Ph, Qh), активное, реактивное и полное сопротивления (R, X, Z), частоту (f), коэффициент мощности (cos φ); в теплоснабжении – температуру (θ), давление (p), расход энергоносителя (G), энергию (E) [2; 7]. Электрические величины измеряются аналоговыми либо цифровыми приборами с масштабирующими преобразователями. Масштабирующий преобразователь служит для изменения пределов измерения и не изменяет вид энергии. Аналоговые приборы имеют измерительный механизм, являющийся, строго говоря, также преобразователем, поскольку преобразует электрическую величину в показания счетного устройства. В цифровом приборе электрическая величина преобразуется из аналоговой в цифровую форму и отображается на табло. Измерительный механизм здесь отсутствует. Аналоговые и цифровые приборы могут регистрировать графики в реальном времени. В аналоговых приборах для регистрации графика счетное устройство совмещается с регистрирующим, а в цифровых используется цифровая печать. Неэлектрические величины, измеряемые электрическими приборами, требуют преобразования вида энергии, масштабирования и даже преобразования формы сигнала, что усложняет приборы и ухудшает их точность. Номенклатура приборов, используемых в энергоснабжении для измерения электрических и неэлектрических величин, весьма разнообразна по методам измерений и по принципам реализации. Наряду с методом непосредственной оценки часто используются компенсационный и дифференциальный методы, повышающие точность. Однако сложилась устойчивая тенденция применять ограниченное число методов для измерения электрических и неэлектрических величин как в условиях эксплуатации, так и при аудите систем промышленного энергоснабжения. В условиях эксплуатации обычно используются следующие методы: непосредственной оценки – для измерения электрических величин и компенсационный – неэлектрических. Так как приборы сосредоточены на диспетчерском пункте, то отсутствуют проблемы преобразования сигнала и их электроснабжения. Можно использовать аналоговые и регистрирующие приборы различных систем. При аудите, в случае использования методов непосредственной оценки и компенсационного, когда приборы рассредоточены по местам измерений, возникает проблема помехоустойчивости информации, электропитания приборов и унификации выходных сигналов для осуществления многоканальной регистрации, поэтому часто применяют специальные приборы с автономным питанием и запоминающими устройствами. Существующая номенклатура приборов не позволяет решать все задачи в полной мере, в основном из-за трудностей измерения неэлектрических величин, поэтому устройства для их измерения электрическими методами постоянно развиваются и весьма разнообразны по принципам действия и техническому выполнению. Контрольные вопросы 1.Какие величины измеряют в электроснабжении? 2.Какие устройства используются для измерения электрических величин? 3.Можно ли измерять неэлектрические величины электрическими приборами? 4.Какие методы обычно используют в условиях эксплуатации для измерения электрических и неэлектрических величин? 3-тема. Особенности использования на железнодорожного транспорта. План: 1.Роль измерительных устройств в обеспечении качественной бесперебойной работы средств связи на ж.д. транспорте. 2. Основные этапы развития технологии измерительных средств связи. 3. Измерения физических величин. Ключевой слов: постоянные ток, переменные ток, эксплуатационные измерения, исследовательские измерения, производственные измерения. Роль измерительных устройств в обеспечении качественной бесперебойной работы средств связи на ж.д. транспорте На железнодорожном транспорте измеряются: измерение параметров элементов аппаратуры и линий (сопротивления, индуктивности и т.п.); измерение величин, определяющих работу блоков или всей аппаратуры и линий (напряжения, частоты, мощности, усиления, затухания и т.п.); снятие электрических характеристик аппаратуры (амплитудных, частотных характеристик затухания, усиления и др.); измерение величин, определяющих искажения передаваемых сигналов и различного рода помехи; измерение, связанное с определением характера и места повреждения линий. В технике связи измерения производят постоянным и переменным током в зависимости от рода измерений и характера измеряемых величин. В зависимости от назначения, объекта и места производства измерений специальные электрические измерения можно подразделить на несколько категорий: Исследовательские измерения представляют собой точные электрические измерения с применением сложной специальной аппаратуры. Производственные измерения, выполняются на заводах, в производственных мастерских для проверки и настройки всевозможной аппаратуры после ее изготовления, монтажа и ремонта. Эти измерения производятся с помощью специальных измерительных установок, обеспечивающих простоту и быстроту процесса измерений. Эксплуатационные измерения охватывают наиболее обширный круг измерений, проводимых в устройствах связи. Различают приемо-сдаточные, периодические и аварийные измерения. Основные этапы развития технологии измерительных средств связи. Потребность в измерениях возникла в древние времена, поскольку человеку в повседневной жизни приходилось измерять различные величины: расстояния, площади земельных участков, размеры и массы предметов, время и т.п. Вначале это были примитивные измерения, которые зачастую производились на глаз. При этом человек сравнивал наблюдаемые им предметы, например, с размерами собственного тела, которое выполняло роль мер, воспроизводящих единицы различных величин. Таким образом, в те времена меры и единицы величин были произвольными, что затрудняло сравнение результатов измерений. С течением времени люди пришли к пониманию ценности специальных вещественных мер для измерений. Например, водяные часы использовали в качестве меры, воспроизводящей определенный интервал времени. Затем стали вводить в практику «естественные» меры. Такой мерой стала Земля, период вращения которой использовался для воспроизведения единицы времени. Дальнейшее развитие человеческого общества – развитие торговли и мореходства, появление промышленности, развитие наук требовали создания специальных технических средств – средств измерений различных величин. В связи с изучением явлений электричества стали создаваться электроизмерительные приборы. Измерения физических величин Под измерениями понимают способ количественного познания свойств физических объектов. Физические величины различают в качественном и количественном отношении. Качественная сторона определяет «вид» величины, а количественная – ее «размер». Размерность физической величины представляет собой произведение обозначений основных величин, возведенных в соответствующие степени, и является ее качественной характеристикой. Физическая величина является размерной, если в ее размерность входит хотя бы одна из основных величин, возведенная в степень, не равную нулю. Безразмерные физические величины представляют собой отношение данной физической величины к одноименной, применяемой в качестве исходной.(дБл, промилли, актава, %) Принципиальная особенность измерения заключается в отражении размера физической величины числом. Число может быть выражено любым принятым способом, например комбинацией цифр, комбинацией уровней электрических напряжений и т.д. Контрольные вопросы 1.Какие измерение бывают на ж.д транспорте? 2.Какие устройства используются для измерения электрических величин? 3. Подразделение специальные электрические измерения по категориям? 4-тема. Диагностика на железнодорожном транспорта. План: Прогнозирование случайных процессов. Функциональная диагностика. Прогнозирование случайных процессов. Ключевой слов: технической диагностики, дефектов технических объектов, технический диагноз, функциональная диагностика. |