Электрическая цепь
Электри'ческая цепь , совокупность источников, приёмников электрической энергии и соединяющих их проводов. Кроме этих элементов, в Э. ц. могут входить выключатели, переключатели, предохранители и другие электрические аппараты защиты и коммутации, а также измерит, и контрольные приборы. В Э. ц. осуществляются передача, распределение и преобразование электрической (электромагнитной) или других видов энергии, связанные с наличием в цепи электрического тока , разности потенциалов , электродвижущей силы (эдс) и т. п. В источниках осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в электрическую, приёмники преобразуют электрическую энергию в тепловую, механическую и др. Режим Э. ц. характеризуется значениями токов и напряжений на всех участках. Связь между токами, эдс и напряжениями в Э. ц. описывается законами Кирхгофа (см. Кирхгофа правила ). Основные элементы Э. ц. резисторы , в которых электрическая энергия преобразуется в тепловую, индуктивности катушки , запасающие энергию в магнитных полях токов, проходящих в их обмотках, и конденсаторы электрические , накапливающие энергию в электрических полях зарядов на обкладках.
Э. ц. называется цепью с сосредоточенными параметрами, если каждый из её элементов может быть отнесён к одной точке цепи. Процессы в таких цепях описываются обыкновенными дифференциальными уравнениями. Э. ц. называется цепью с распределёнными параметрами, если необходимо учитывать геометрические размеры её элементов. Такие цепи описываются дифференциальными уравнениями в частных производных.
Э. ц. называется линейной, если она состоит из элементов, у которых зависимость между током и напряжением, током и потокосцеплением, зарядом и напряжением линейная. В противном случае Э. ц. называется нелинейной. Для линейных Э. ц. законы Кирхгофа записываются в виде системы линейных уравнений, в результате решения которой определяется режим работы Э. ц. В линейных Э. ц. справедлив суперпозиции принцип . Расчёт нелинейных Э. ц. производится графическими или численными методами с использованием приближения и интерполирования функций.
Различают Э. ц. постоянного тока и Э. ц. переменного тока, среди последних наиболее распространены цепи гармонического тока. В них эдс и токи представляют собой синусоидальные функции времени одной частоты. При расчёте режимов Э. ц. гармонического тока пользуются символическим методом. Большое распространение получили трёхфазные цепи . Э. ц. можно представить в виде соединения двухполюсников (источники, приёмники электрической энергии), четырехполюсников (линии связи, усилители, трансформаторы и др.) или многополюсников (сумматоры ЭВМ, запоминающие устройства и др.). Понятие Э. ц. применяют в электротехнике, радиотехнике, автоматике, бионике и др.
Лит.: Основы теории цепей. 4 изд., М., 1975.
П. В. Ермуратский.
Электри'ческие измере'ния, 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.
