Електромагнітний телеграф був першим практичним застосуванням електрики, і телеграфісти перші відчули необхідність точно вимірювати електричні явища.

Як порівняти між собою дві телеграфні лінії? На одному кінці лінії знаходиться батарея гальванічних елементів, на іншому телеграфний апарат. Чим довша лінія, тим більша батарея потрібна, щоб привести в дію телеграфний апарат. Але зате чим товще провідники лінії, тим меншою батареї вистачає для роботи апарату. Телеграфна лінія чинить опір електричному струму і цей опір залежить і від довжини лінії, і від товщини її провідників. Електричний опір – це була перша електрична величина, яку знадобилося практично вимірювати.

Вимірювати можна, лише порівнюючи невідому величину з якимось зразком – еталоном. І ось у всіх країнах, де тільки застосовувався електричний телеграф, стали готувати свої еталони, зразки або, як кажуть тепер, одиниці опорів. Усюди пропонувалося за одиницю брати опір відрізка мідного дроту, тільки в різних країнах встановлювали різну довжину і різний перетин цього відрізка. Велике поширення отримала одиниця опору академіка Якобі, запропонована ним в 1848 р

Зразкове опір Якобі було виконано з мідного дроту довжиною в 25 футів (7,62 м) і діаметром близько 2/3 мм. Точну величину діаметра вимірювати важко, і Якобі запропонував тому узаконити вага зразка. Діаметр повинен бути таким, щоб весь відрізок дроту Дратував 345 гран.

Мідний дріт – не дуже хороший матеріал для еталона. По-перше, електричний опір міді сильно залежить від температури. Потім воно залежить від чистоти міді. Різні домішки збільшують її електроопір. Натомість мідного еталона стали пропонуватися зразкові опору, зроблені з ртуті. Цей метал легше отримати хімічно чистим. Крім того, при однаковій довжині і перерізі опір ртутного провідника в 57 разів більше, ніж опір мідного. Тому ртутний еталон може бути менших розмірів. Різні вчені пропонували як зразки опорів ртутні стовпчики разйой довжини.

Але виміряти опір – це ще не все, що потрібно. Різні гальванічні елементи будуть проганяти через цей опір різні струми ,. Отже, треба ще мати одиницю для вимірювання електричного напруги. Довгий час в якості такої одиниці брали один з найбільш поширених елементів – мідно-цинковий елемент.

Всі ці одиниці були довільні – такі, як аршин, лікоть, і порівнювати вимірювання, проведені різними дослідниками в різних країнах, було дуже незручно.

На першому метрі, виготовленому 150 років тому, був вигравіруваний гордий девіз: «На всі часи, всім народам». І подальший досвід дійсно показав, які величезні зручності несе з собою єдина система заходів.

У міру розвитку практичної електротехніки необхідність встановлення однаковості вимірів ставала все більш і більш нагальною.

Встановлення єдності системи

У 1881 р в Парижі була відкрита Міжнародна електротехнічна виставка та відбувся Перший міжнародний конгрес електриків, на якому було обговорено питання про міжнародних одиницях вимірювань.

У числі делегатів від Росії на цьому конгресі був А. Г. Столетов.

На цьому конгресі вирішено було пов’язати електричні одиниці із загальною системою мір і ваг, з системою грам-метр-секунда.

Щоб зв’язати електричну систему вимірювань із загальною системою вимірювань, треба було порівняти сили електричні та сили тяжіння. Для цього були побудовані спеціальні ваги.

До чашці терезів підвішується одна котушка. Інша котушка, нерухома, кріпиться на ящику, в якому стоять ваги. Через котушки пропускався електричний струм. Тоді вони притягувалися одна до іншої. Сила тяжіння котушок врівноважувалася гирьками, які клалися на іншу чашку. Так вироблялися точні еталонні вимірювання струмів. Але ваги з чашками – це не самий зручний інструмент для вимірювань. У наші дні адже і в торгівлі ваги з чашками все більше витісняються вагами пружинними зі стрілкою.

І для електричних вимірювань силу струму стали врівноважувати маленької пружинкою – так утвердилася загальноприйнята тепер конструкція електричного вимірювального приладу.

Електрифікована математика

Сума сил струмів в розгалуженні завжди дорівнює току в головній ланцюга. На підставі цього закону можна електричним шляхом виробляти операцію складання. Струми в гілках задаються як окремі складові, а струм, який вийде в головній ланцюга, буде сумою всіх цих доданків. За цією ж схемою проводиться і віднімання. Здається струм в головному ланцюзі, з нього віднімаються струми відгалужень і в останньому з відгалужень залишається шукана різниця.

Можна також робити операції додавання і віднімання не по току, а по напрузі. Вольтметр відзначатиме суму і різницю задаються напруг.

Існують суммирующие прилади, в яких складаються не сили струмів, а кількості імпульсів. У вимірювальній системі є ряд датчиків і кожен з них виробляє імпульси з частотою, пропорційною вимірюваній величині. Чим більше ця величина, тим більше імпульсів в секунду посилає датчик. Простими пристосуваннями мож! Але отримати суму або різницю приходять від багатьох датчиків імпульсів.

Імпульсні системи дуже гарні для дальнеізмеренія. Сила струму або напругу можуть ослабнути в дорозі, але число імпульсів ні при якому стані лінії зв’язку не зміниться. Bd багатьох енергосистемах на головному диспетчерському пункті є прилад, який показує сумарне навантаження всієї системи. Це суммирующий ватметр, до нього сходяться імпульси від підсумкових приладів окремих електростанцій.

Множення і ділення

Сила взаємодії між двома котушками пропорційна добутку струмів в цих котушках. Електровимірювальний прилад з двома котушками є множить механізмом. Так сконструйовані електродинамічні ватметри. За їх нерухомою котушці йде струм, споживаний навантаженням, а до рухомої котушці підводиться напруга навантаження. Відхилення рухомої котушки пропорційно добутку струму на напругу.

Але іноді електрики виробляють операцію множення по-іншому. Є прилади з квадратичною залежністю, т. Е. Такі, що їх відхилення пропорційно квадрату прикладеної величини. Беруть два таких прилади і підводять до одного суму, а до іншого різниця тих величин, які потрібно перемножити. Відхилення одного приладу буде квадрат суми, а іншого – квадрат різниці. А різниця цих квадратів дає величину суми і різниці, пропорційну твору.

Квадратичну залежність можна отримати від електростатичних, теплових, лампових, електродинамічних приладів.

Розподіл однієї величини на іншу проводиться в електричних приладах, званих логометри. У них влаштовані дві рамки, які тягнуть вказівну стрілку в, різні боки. Встановлює пружини в цих приладах немає. Положення стрілки на шкалі визначається відношенням двох величин, підведених до рамок, т. Е. Стрілка показує приватне.

Диференціювання та інтегрування

Нескладно виробляти електричним шляхом і операції вищої математики. Взяти похідну від какойлибо величини – це визначити, як ця величина змінюється в кожній даній точці. Якщо пропустити струм через котушку з малим активним опором і великою індуктивністю, то напруга на цій котушці буде пропорційно НЕ силі струму, а зміни в часі сили струму. Котушка виробляє операцію диференціювання, бере похідну від функції зміни струму. Якщо сила струму не змінюється, то напруга на котушці дорівнює нулю, як то і слід з визначення похідної; для постійної величини вона дорівнює нулю. А чим швидше змінюється струм, тим більша напруга. Якщо струм через котушку змінюється за законом синуса, то напруга буде змінюватися, як косинус.

Можно) подати отриманий результат на другий котушку і таким чином отримати другу похідну. При бажанні можна взяти третю, четверту і т. Д. Підсумовування послідовних значень змінної величини можна проводити за допомогою конденсатора. Напруга на конденсаторі пропорційно влити в нього заряду. А заряд – це струм, помножений на час. Якщо до конденсатора підвести струм, що змінюється в часі, то результуюча напруга на конденсаторі з’явиться сумою всіх окремих значень струму. Конденсатор проінтегрірует криву зміни сили струму. Крива зміни напруги на конденсаторі – це інтегральна крива від кривої зміни сили струму. Вийшло на конденсаторі напругу можна подати на наступний конденсатор і таким чином повторити операцію інтегрування.

За допомогою ємностей і самоіндукції можна інтегрувати і диференціювати процеси, які відбуваються в короткі частки секунди. Для відносно повільно відбуваються процесів застосовуються і Інші пристосування.

Дуже поширений електроінтегрірующій прилад-це звичайний лічильник. Швидкість обертання його якоря пропорційна потужності, яка споживається в контрольованій лічильником ланцюга. А повне число обертів, яке якір лічильника зробить за який-небудь відрізок часу, пропорційно інтегралу від цієї потужності за часом за нас цікавить час. Цей інтеграл, т. Е. Спожиту енергію, і показують цифри за віконечком лічильника.

Розумні машини

Електричні вимірювальні прилади з’явилися могутніми помічниками людських органів чуття. Вони дозволили нам глибше проникнути в навколишній світ, більш тонко і точно пізнати його складну структуру.

Електричними методами зручно вимірювати і дуже маленькі, і дуже великі величини. З електронним ^ підсилювачами можна «почути», як росте трава.

За допомогою фотоелементів і трансформаторів часу можна «побачити» політ снаряда в каналі знаряддя.

Точність і швидкість вимірювань все зростають.

Електрична ж вимірювальна техніка породила новий тип машин, що допомагають не тільки органам почуттів, а й розумовим процесам. Це машини, здатні аналізувати явища природи, зіставляти їх, знаходити закономірності, що керують цими явищами.

У лабораторіях Радянського Союзу розробляють і досліджують все нові електровичіслітельние машини. За допомогою цих машин вирішуються найскладніші завдання аеродинаміки, балістики, метеорології. У кілька хвилин така машина виконує роботу, яку група обчислювачів, озброєних простими арифмометрами, повинна була б робити багато днів.

* *

*

Чим більше робіт виконує машина, чим складніше ці роботи, тим кваліфікованішими стає людина, тим більше простору для його вищої інтелектуальної дятельноеті в умовах соціалістичного суспільства.

Джерело: Електрика працює Г.І.Бабат 1950-600M