Είδη και μέθοδοι ηλεκτρικών μετρήσεων

Όταν κάποιος σπουδάζει ηλεκτρολόγος μηχανικός, πρέπει να ασχολείται και να μετράει ηλεκτρικά, μαγνητικά και μηχανικά μεγέθη.

Η μέτρηση μιας ηλεκτρικής, μαγνητικής ή άλλης ποσότητας σημαίνει τη σύγκριση με μια άλλη ομοιογενή ποσότητα που λαμβάνεται ως μονάδα.

Αυτό το άρθρο εξετάζει την πιο σημαντική ταξινόμηση μετρήσεων για θεωρία και πρακτική των ηλεκτρικών μετρήσεων… Αυτή η ταξινόμηση μπορεί να περιλαμβάνει την ταξινόμηση των μετρήσεων από μεθοδολογική άποψη, π.χ. ανάλογα με τις γενικές μεθόδους λήψης των αποτελεσμάτων μέτρησης (τύποι ή κατηγορίες μετρήσεων), την ταξινόμηση των μετρήσεων ανάλογα με τη χρήση αρχών και συσκευών μέτρησης (μέθοδοι μέτρησης) και την ταξινόμηση των μετρήσεων ανάλογα με τη δυναμική των μετρούμενων τιμών.

Είδη ηλεκτρικών μετρήσεων

Ανάλογα με τις γενικές μεθόδους απόκτησης του αποτελέσματος, οι μετρήσεις χωρίζονται στους ακόλουθους τύπους: άμεσες, έμμεσες και κοινές.

Για άμεσες μετρήσεις περιλαμβάνονται εκείνες των οποίων το αποτέλεσμα λαμβάνεται απευθείας από πειραματικά δεδομένα.Η άμεση μέτρηση μπορεί συμβατικά να εκφραστεί με τον τύπο Υ = Χ, όπου Υ είναι η επιθυμητή τιμή της μετρούμενης τιμής. X — τιμή που λαμβάνεται απευθείας από πειραματικά δεδομένα. Αυτός ο τύπος μέτρησης περιλαμβάνει μετρήσεις διαφόρων φυσικών μεγεθών χρησιμοποιώντας όργανα βαθμονομημένα σε καθιερωμένες μονάδες.

Για παράδειγμα, μετρήσεις ρεύματος με αμπερόμετρο, θερμοκρασίας με θερμόμετρο κ.λπ. Αυτός ο τύπος μέτρησης περιλαμβάνει επίσης μετρήσεις όπου η επιθυμητή τιμή μιας ποσότητας προσδιορίζεται με άμεση σύγκριση με ένα μέτρο. Τα μέσα που χρησιμοποιούνται και η απλότητα (ή η πολυπλοκότητα) του πειράματος δεν λαμβάνονται υπόψη κατά την απόδοση μιας ευθείας γραμμής μέτρησης.

Έμμεση ονομάζεται μια τέτοια μέτρηση, στην οποία η επιθυμητή τιμή της ποσότητας βρίσκεται με βάση τη γνωστή σχέση μεταξύ αυτής της ποσότητας και των ποσοτήτων που υποβάλλονται σε άμεσες μετρήσεις. Για έμμεσες μετρήσεις, η αριθμητική τιμή της μετρούμενης τιμής προσδιορίζεται με τον υπολογισμό του τύπου Y = F (Xl, X2 ... Xn), όπου Y — η απαιτούμενη τιμή της μετρούμενης τιμής. NS1, X2, Xn — οι τιμές των μετρούμενων μεγεθών. Ένα παράδειγμα έμμεσων μετρήσεων είναι η μέτρηση ισχύος σε κυκλώματα συνεχούς ρεύματος με αμπερόμετρο και βολτόμετρο.

Κοινές μετρήσεις ονομάζονται εκείνες για τις οποίες καθορίζονται οι απαιτούμενες τιμές διαφορετικών ποσοτήτων με την επίλυση του συστήματος εξισώσεων που συνδέει τις τιμές των απαιτούμενων ποσοτήτων με τις άμεσα μετρούμενες ποσότητες. Ως παράδειγμα κοινών μετρήσεων, μπορεί να δοθεί ο ορισμός των συντελεστών στον τύπο που σχετίζονται με την αντίσταση αντίστασης με τη θερμοκρασία του: Rt = R20 [1 + α (T1-20) + β (T1-20)]

Ηλεκτρικές μέθοδοι μέτρησης

Ανάλογα με το σύνολο των τεχνικών για τη χρήση των αρχών και των οργάνων μέτρησης, όλες οι μέθοδοι χωρίζονται σε μια μέθοδο άμεσης αξιολόγησης και σε μεθόδους σύγκρισης.

Η ουσία της μεθόδου άμεσης αξιολόγησης συνίσταται στο γεγονός ότι η τιμή της μετρούμενης ποσότητας υπολογίζεται από τις μετρήσεις μιας συσκευής (άμεσες μετρήσεις) ή περισσότερων (έμμεσων μετρήσεων), προβαθμονομημένες σε μονάδες της μετρούμενης ποσότητας ή σε μονάδες άλλα μεγέθη από τα οποία εξαρτάται το μετρούμενο μέγεθος.

Το απλούστερο παράδειγμα μεθόδου άμεσης εκτίμησης είναι η μέτρηση κάθε ποσότητας με μια συσκευή της οποίας η κλίμακα είναι βαθμολογημένη στις κατάλληλες μονάδες.

Η δεύτερη μεγάλη ομάδα μεθόδων ηλεκτρικών μετρήσεων συνδυάζεται με τις μεθόδους σύγκρισης γενικής ονομασίας... Περιλαμβάνουν όλες εκείνες τις μεθόδους ηλεκτρικών μετρήσεων στις οποίες η μετρούμενη τιμή συγκρίνεται με την τιμή που αναπαράγεται από το μέτρο. Έτσι, ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα των μεθόδων σύγκρισης είναι η άμεση συμμετοχή των μέτρων στη διαδικασία μέτρησης.

Οι μέθοδοι σύγκρισης χωρίζονται στα εξής: μηδενική, διαφορική, αντικατάσταση και αντιστοίχιση.

Μηδενική μέθοδος Αυτή είναι μια μέθοδος σύγκρισης μιας μετρούμενης τιμής με ένα μέτρο στο οποίο το αποτέλεσμα της επίδρασης των τιμών στο μέτρο μειώνεται στο μηδέν. Έτσι, όταν επιτευχθεί η ισορροπία, ένα συγκεκριμένο φαινόμενο εξαφανίζεται, για παράδειγμα, το ρεύμα σε ένα τμήμα ενός κυκλώματος ή η τάση σε αυτό, το οποίο μπορεί να καταγραφεί με τη βοήθεια συσκευών που εξυπηρετούν αυτόν τον σκοπό. — μηδενικοί δείκτες. Λόγω της υψηλής ευαισθησίας των μηδενικών δεικτών, αλλά και επειδή οι μετρήσεις μπορούν να πραγματοποιηθούν με μεγάλη ακρίβεια, επιτυγχάνεται επίσης υψηλή ακρίβεια μέτρησης.

Ένα παράδειγμα εφαρμογής της μηδενικής μεθόδου θα ήταν η μέτρηση της ηλεκτρικής αντίστασης μέσω μιας πλήρως ισορροπημένης γέφυρας.

Στη διαφορική μέθοδο, όπως και στη μηδενική μέθοδο, η μετρούμενη τιμή συγκρίνεται άμεσα ή έμμεσα με το μέτρο και η τιμή της μετρούμενης τιμής ως αποτέλεσμα της σύγκρισης κρίνεται από τη διαφορά μεταξύ των επιπτώσεων που παράγονται ταυτόχρονα από αυτές τις τιμές και η γνωστή τιμή που αναπαράγεται από το μέτρο. Έτσι, με τη διαφορική μέθοδο, προκύπτει μια ατελής εξισορρόπηση της μετρούμενης τιμής και αυτή είναι η διαφορά μεταξύ της διαφορικής μεθόδου και του μηδενός.

Η διαφορική μέθοδος συνδυάζει ορισμένα από τα χαρακτηριστικά της μεθόδου άμεσης εκτίμησης και μερικά από τα χαρακτηριστικά της μεθόδου μηδενικής εκτίμησης. Μπορεί να δώσει ένα πολύ ακριβές αποτέλεσμα μέτρησης μόνο εάν η μετρούμενη τιμή και το μέτρο διαφέρουν ελαφρώς μεταξύ τους.

Για παράδειγμα, εάν η διαφορά μεταξύ αυτών των δύο μεγεθών είναι 1% και μετράται με σφάλμα έως και 1%, τότε το σφάλμα μέτρησης της επιθυμητής ποσότητας μειώνεται έτσι στο 0,01% εάν δεν ληφθούν υπόψη τα σφάλματα μέτρησης. Παράδειγμα εφαρμογής της διαφορικής μεθόδου είναι η μέτρηση της διαφοράς μεταξύ δύο τάσεων με ένα βολτόμετρο, εκ των οποίων η μία είναι γνωστή με μεγάλη ακρίβεια και η άλλη είναι η επιθυμητή τιμή.

Μια μέθοδος αντικατάστασης αποτελείται από τη διαδοχική μέτρηση της επιθυμητής τιμής με μια συσκευή και τη μέτρηση με την ίδια συσκευή ενός μέτρου που αναπαράγει μια τιμή που είναι ομοιογενής με τη μετρούμενη τιμή. Η επιθυμητή τιμή μπορεί να υπολογιστεί από τα αποτελέσματα δύο μετρήσεων.Λόγω του γεγονότος ότι και οι δύο μετρήσεις γίνονται από την ίδια συσκευή υπό τις ίδιες εξωτερικές συνθήκες και η επιθυμητή τιμή καθορίζεται από την αναλογία των μετρήσεων της συσκευής, το σφάλμα του αποτελέσματος της μέτρησης μειώνεται σημαντικά. Δεδομένου ότι το σφάλμα του οργάνου συνήθως δεν είναι το ίδιο σε διαφορετικά σημεία της κλίμακας, η υψηλότερη ακρίβεια μέτρησης επιτυγχάνεται με τις ίδιες μετρήσεις του οργάνου.

Ένα παράδειγμα εφαρμογής της μεθόδου υποκατάστασης θα ήταν η μέτρηση ενός σχετικά μεγάλου DC ηλεκτρική αντίσταση μετρώντας διαδοχικά το ρεύμα που διαρρέει την ελεγχόμενη αντίσταση και το δείγμα. Το κύκλωμα πρέπει να τροφοδοτείται από την ίδια πηγή ρεύματος κατά τη διάρκεια των μετρήσεων. Η αντίσταση της πηγής ρεύματος και της συσκευής που μετρά το ρεύμα πρέπει να είναι πολύ μικρή σε σύγκριση με τις μεταβλητές αντιστάσεις και τις αντιστάσεις του δείγματος.

Μέθοδος αντιστοίχισης Αυτή είναι μια μέθοδος κατά την οποία η διαφορά μεταξύ της μετρούμενης τιμής και της τιμής που αναπαράγεται από τη μέτρηση μετράται χρησιμοποιώντας την αντιστοίχιση της ένδειξης της κλίμακας ή των περιοδικών σημάτων. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται ευρέως στην πρακτική των μη ηλεκτρικών μετρήσεων.

Ένα παράδειγμα αυτού είναι η μέτρηση του μήκους δαγκάνα βερνιέ… Στις ηλεκτρικές μετρήσεις, ένα παράδειγμα είναι η μέτρηση της ταχύτητας του σώματος με ένα στροβοσκόπιο.

Θα υποδείξουμε επίσης μια ταξινόμηση των μετρήσεων με βάση τη διαχρονική μεταβολή της μετρούμενης τιμής... Ανάλογα με το αν η μετρούμενη τιμή αλλάζει με την πάροδο του χρόνου ή παραμένει αμετάβλητη κατά τη διαδικασία μέτρησης, γίνεται διάκριση μεταξύ στατικών και δυναμικών μετρήσεων. Στατικά αναφέρεται σε μετρήσεις σταθερών ή στατικών τιμών.Αυτές περιλαμβάνουν μετρήσεις των τιμών rms και πλάτους των ποσοτήτων, αλλά σε σταθερή κατάσταση.

Εάν μετρώνται στιγμιαίες τιμές χρονικά μεταβαλλόμενων μεγεθών, τότε οι μετρήσεις ονομάζονται δυναμικές... Εάν κατά τις δυναμικές μετρήσεις τα όργανα μέτρησης σάς επιτρέπουν να παρατηρείτε συνεχώς τις τιμές της μετρούμενης ποσότητας, τέτοιες μετρήσεις ονομάζονται συνεχείς.

Είναι δυνατή η πραγματοποίηση μετρήσεων οποιασδήποτε ποσότητας μετρώντας τις τιμές της σε ορισμένα χρονικά σημεία t1, t2 κ.λπ. Ως αποτέλεσμα, δεν θα είναι γνωστές όλες οι τιμές της μετρούμενης ποσότητας, αλλά μόνο οι τιμές στους επιλεγμένους χρόνους. Τέτοιες μετρήσεις ονομάζονται ξεχωριστές.