Прикладные вопросы электрических измерений

Министерство транспорта Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное образовательное 
 учреждение высшего образования 
 «Российский университет транспорта (МИИТ)» 

Институт транспортной техники и систем управления 
Кафедра «Электроэнергетика транспорта» 
 
 
 
 
ПРИКЛАДНЫЕ ВОПРОСЫ 
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ 

 
 
 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва – 2018 

Министерство транспорта Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное образовательное 
 учреждение высшего образования 
 «Российский университет транспорта (МИИТ)» 

Институт транспортной техники и систем управления 
Кафедра «Электроэнергетика транспорта» 
 
 
 
 
 
ПРИКЛАДНЫЕ ВОПРОСЫ 
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ 

 
 
 
 
Учебное пособие 
для подготовки бакалавров по направлению  
27.03.01 «Стандартизация и метрология» 
 
 
 
 
 
 
 
Москва – 2018 

УДК 621.317 
П75 
 
Прикладные вопросы электрических измерений: Учебное 
пособие/Рябцев Г.Г., Семенов И.В., Желтов К.С., 
Ермаков И.А.–3-е изд., перераб. и доп. – М.: РУТ 
(МИИТ), 2018. – 134 с. 
 

Изложены основные теоретические положения и 

приведены примеры решения практических задач по 
определению метрологических характеристик средств 
электрических 
измерений, 
обработке 
результатов 

измерений и расчету измерительных цепей с аналоговыми 
преобразователями электрических величин. 

Учебное пособие предназначено для студентов, 

изучающих 
вопросы 
метрологии 
и 
измерительной 

техники. 

Илл. 23, табл. 11, библиогр. назв. 7. 

Рецензенты: главный специалист Д.М. Углянкин 

 
(ЦТех ОАО «РЖД»), 

 д.т.н., 
зав.кафедрой 
«Электропоезда 
и 
локомотивы»  РУТ (МИИТ) О.Е. Пудовиков.
  
 
 
РУТ(МИИТ), 2018 
 

ВВЕДЕНИЕ 

При 
обобщении 
опыта 
преподавания 
курса 
метрологии и измерительной техники можно сделать 
вывод, что для приобретения студентами практических 
навыков в определении метрологических характеристик 
средств измерений, обработке результатов измерений и 
расчетах элементов измерительных цепей необходима 
учебная литература с примерами решения конкретных 
задач. 
Настоящее пособие является дополнением к известной 
учебной литературе по метрологии и измерительной 
технике 
в 
плане 
решения 
конкретных 
вопросов 
электрических измерений. В пособии изложены основные 
теоретические положения по указанным выше разделам и 
приведены примеры соответствующих расчетов. 
В первом разделе пособия рассмотрены вопросы 
определения основных метрологических характеристик 
средств измерений на примере электромеханических 
измерительных приборов непосредственной оценки, так 
как эти приборы отличаются хорошей наглядностью. 
Рассмотрены 
также 
метрологические 
характеристики 
цифровых измерительных приборов. 
В разделе «Обработка результатов измерений» методы 
оценки различных видов погрешностей рассмотрены по 
отдельности, хотя на результат измерения они оказывают 
совместное 
влияние. 
Такой 
подход 
позволяет 
акцентировать внимание на особенностях каждого метода. 

В третьем разделе рассмотрены измерительные цепи с 
аналоговыми преобразователями, так как эти цепи находят 
наиболее широкое применение в практике электрических 
измерений. 
Учебное 
пособие 
написано 
в 
соответствии 
с 
программами дисциплин «Метрология» и «Электрические 
измерения». 
 

1. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 
СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ 

1.1. Средства измерительной техники 

Средства измерительной техники – это обобщающее 
понятие, охватывающее технические средства, специально 
предназначенные для измерений. К ним относят: 
• эталоны единиц физических величин; 
• средства измерений; 
• измерительные установки; 
• измерительные системы; 
• измерительные принадлежности. 
Эталон единицы физический величины – это средство, 
предназначенное 
для 
воспроизведения 
и 
хранения 
единицы физической величины и передачи ее размера 
средствам измерений. 
Средство измерений – это техническое средство, 
предназначенное 
для 
измерения 
с 
заданными 
метрологическими 
характеристиками 
конкретной 
физической величины. 

Измерительная 
установка 
– 
это 
совокупность 
различных 
элементов 
измерительной 
техники, 
функционально объединенных и расположенных в одном 
месте с целью измерения конкретных видов физических 
величин. 
Измерительная 
система 
– 
это 
совокупность 
определенных средств измерений, размещенных в разных 
точках 
объекта 
измерений 
и 
функционально 
объединенных 
общей 
цепью 
управления 
с 
целью 
измерения величин, характеризующих различные свойства 
объекта измерений. 
Измерительные 
принадлежности 
– 
это 
вспомогательные средства, обеспечивающие необходимые 
условия для выполнения измерений с заданной точностью. 

 

1.2. Эталоны единиц физических величин 

Эталоны 
подразделяют 
по 
подчиненности 
на 
первичные и вторичные. 
Первичные эталоны воспроизводят, хранят единицы и 
передают 
их 
размеры 
с 
наивысшей 
точностью, 
достижимой в заданной области измерений. 
Первичные эталоны могут иметь разновидность – 
специальные первичные эталоны, которые воспроизводят, 
хранят и передают размеры единиц специфических 
физических величин (сверхвысоких частот, температур, 
давлений, энергий, особых состояний вещества и т.п.). 

Первичные 
и 
специальные 
эталоны 
являются 
исходными для страны и их утверждают в качестве 
государственных эталонов с присвоением наименования « 
Государственный 
первичный 
эталон» 
или 
«Государственный специальный эталон». 
Государственный эталон создает, хранит и применяет 
Федеральное 
агентство 
РФ 
по 
техническому 
регулированию 
и 
метрологии 
(Росстандарт) 
через 
подчиненные 
ему 
Государственные 
научные 
метрологические центры. В настоящее время в РФ 
действует около 130 государственных первичных и 
специальных эталонов. 
Вторичные эталоны подразделяют на: 
• эталоны-свидетели; 
• эталоны-сравнения; 
• эталоны-копии; 
• рабочие эталоны. 
Эталоны-свидетели 
служат 
для 
контроля 
работоспособности первичных эталонов. 
Эталоны-сравнения предназначены для взаимного 
сличения при необходимости нескольких однородных 
первичных эталонов, которые по каким-либо причинам 
непосредственно сличать друг с другом не представляется 
возможным. 
Эталоны-копии предназначены для передачи размера 
единицы от первичного эталона рабочим эталонам. 
Рабочие эталоны предназначены для передачи размера 
единицы от эталона-копии к средствам измерений 

различного 
уровня 
точности. 
Рабочие 
эталоны 
подразделяют на разряды. В этом случае передачу 
единицы осуществляют через цепочку соподчиненных по 
разрядам рабочих эталонов. 
В РФ на текущий момент применяют немногим более 
300 эталонов-копий и более 100 тысяч рабочих эталонов. 
Структура 
системы 
передачи 
размера 
единицы 
величины 
от 
государственных 
первичных 
(или 
специальных) эталонов к средствам измерений показана на 
схеме (рис. 1.1). 
 

1.3. Средства измерений 

Средства 
измерений 
подразделяют 
по 
виду 
выполняемых ими функций на: 
• меры; 
• измерительные преобразователи; 
• измерительные приборы. 
Мера – это средство, воспроизводящее в процессе 
проведения измерительного эксперимента физическую 
величину заданного размера с целью сравнения с ней 
измеряемой величины. 
Измерительный преобразователь – это средство для 
получения и преобразования информации об измеряемой 
величине в форму, удобную для обработки, хранения, 
дальнейших преобразований, индикации или передачи. 
Измерительный 
преобразователь, 
на 
который 
непосредственно 
воздействует 
измеряемая 
величина, 

называют чувствительным элементом или первичным 
измерительным преобразователем. 
 

Государственный первичный
(специальный) эталон

Эталон - копия

Рабочий эталон I-го разряда

Рабочий эталон II-го
разряда

Рабочий эталон III-го
разряда

Рабочий эталон IV-го
разряда

Эталон - сравнения

Средства
измерений
наивысшей
точности

Средства
измерений
высокой точности

Средства
измерений низкой
точности

Средства
измерений
средней точности

Рис. 1.1. Схема передачи размера единицы физической величины 
Конструктивно 
обособленные 
первичные 
преобразователи или совокупность первичных и других 
измерительных преобразователей называют датчиками. 
Измерительные преобразователи подразделяют по 
виду преобразуемых величин на электромеханические, 

электрические, 
преобразователи 
магнитных 
и 
неэлектрических величин 
Электромеханические 
преобразователи 
служат 
основой электромеханических приборов. Они преобразуют 
электрические 
величины 
(ток 
или 
напряжение) 
в 
механическое 
перемещение 
указателя 
отсчетного 
устройства прибора. 
Электрические 
преобразователи 
осуществляют 
преобразование электрических сигналов по уровню, форме 
и роду тока. Такими преобразователями, к примеру, 
являются трансформаторы напряжения и тока, усилители, 
делители 
напряжения, 
преобразователи 
аналоговых 
(непрерывных) 
сигналов 
в 
сигналы 
прерывной 
(дискретной) 
формы 
– 
аналогово-цифровые 
преобразователи, детекторы. 
Преобразователи магнитных величин в электрические 
используют для измерения параметров магнитного поля и 
характеристик магнитных материалов. 
Преобразователи 
неэлектрических 
величин 
в 
электрические 
используют 
при 
измерениях 
электрическими методами различных по физической 
природе неэлектрических величин (линейных и угловых 
перемещений, скорости и ускорения, температуры, силы, 
давления и др.). 
Измерительные приборы включают в себя один или 
несколько 
измерительных 
преобразователей 
и 
вспомогательные устройства, которые в совокупности 
обеспечивают представление измерительной информации