Typer og metoder for elektriske målinger

Når man studerer elektro, må man forholde seg til og måle elektriske, magnetiske og mekaniske størrelser.

Å måle en elektrisk, magnetisk eller annen størrelse er å sammenligne den med en annen homogen størrelse tatt som en enhet.

Denne artikkelen diskuterer den viktigste målingsklassifiseringen for teori og praksis for elektriske målinger… Denne klassifiseringen kan inkludere klassifisering av målinger fra et metodisk synspunkt, dvs. avhengig av de generelle metodene for å oppnå måleresultatene (typer eller klasser av målinger), klassifiseringen av målinger avhengig av bruken av prinsipper og måleutstyr (målemetoder) og klassifiseringen av målinger avhengig av dynamikken til de målte verdiene.

Typer elektriske målinger

Avhengig av de generelle metodene for å oppnå resultatet, er målinger delt inn i følgende typer: direkte, indirekte og felles.

For direkte målinger inkluderer de hvis resultat er hentet direkte fra eksperimentelle data.Direkte måling kan konvensjonelt uttrykkes med formelen Y = X, hvor Y er den ønskede verdien av den målte verdien; X — verdi hentet direkte fra eksperimentelle data. Denne typen målinger innebærer målinger av ulike fysiske størrelser ved hjelp av instrumenter kalibrert i etablerte enheter.

For eksempel målinger av strøm med amperemeter, temperatur med termometer osv. Denne typen målinger inkluderer også målinger hvor ønsket verdi av en mengde bestemmes ved direkte sammenligning med et mål. Midlene som brukes og enkelheten (eller kompleksiteten) av eksperimentet tas ikke i betraktning når man tilskriver en rettlinjet måling.

Indirekte kalles slik måling, der ønsket verdi av mengden er funnet på grunnlag av den kjente sammenhengen mellom denne mengden og mengdene som er utsatt for direkte målinger. For indirekte målinger bestemmes den numeriske verdien av den målte verdien ved å beregne formelen Y = F (Xl, X2 ... Xn), hvor Y - den nødvendige verdien av den målte verdien; NS1, X2, Xn — verdiene til de målte mengdene. Et eksempel på indirekte målinger er måling av effekt i likestrømskretser med et amperemeter og et voltmeter.

Fellesmålinger kalles de som de nødvendige verdiene for forskjellige mengder bestemmes for ved å løse ligningssystemet som forbinder verdiene til de nødvendige mengder med de direkte målte mengdene. Som et eksempel på fellesmålinger kan definisjonen av koeffisientene i formelen som gjelder motstandsmotstanden med dens temperatur gis: Rt = R20 [1 + α (T1-20) + β (T1-20)]

Elektriske målemetoder

Avhengig av settet med teknikker for bruk av prinsippene og måleinstrumentene er alle metodene delt inn i en direkte vurderingsmetode og sammenligningsmetoder.

Essensen av den direkte vurderingsmetoden består i det faktum at verdien av den målte mengden estimeres fra avlesningene til en (direkte målinger) eller flere (indirekte målinger) enheter, forhåndskalibrert i enheter av den målte mengden eller i enheter av andre størrelser som den målte størrelsesmengden avhenger av.

Det enkleste eksemplet på en direkte estimeringsmetode er måling av hver mengde med en enhet hvis skala er gradert i de riktige enhetene.

Den andre store gruppen av elektriske målemetoder er kombinert under det generelle navnet sammenligningsmetoder... De inkluderer alle de elektriske målemetodene der den målte verdien sammenlignes med verdien som reproduseres av tiltaket. Et særtrekk ved sammenligningsmetoder er således direkte involvering av tiltak i måleprosessen.

Sammenligningsmetoder er delt inn i følgende: null, differensial, substitusjon og matching.

Nullmetode Dette er en metode for å sammenligne en målt verdi med et mål der resultatet av verdienes påvirkning på målet reduseres til null. Således, når likevekt er nådd, forsvinner et visst fenomen, for eksempel strømmen i en del av en krets eller spenningen over den, som kan registreres ved hjelp av enheter som tjener dette formålet. — null indikatorer. På grunn av den høye følsomheten til nullindikatorene, og også fordi målingene kan utføres med stor nøyaktighet, oppnås også en høy målenøyaktighet.

Et eksempel på en anvendelse av nullmetoden vil være måling av elektrisk motstand gjennom en fullt balansert bro.

I differensialmetoden, som i nullmetoden, sammenlignes den målte verdien direkte eller indirekte med målet, og verdien av den målte verdien som et resultat av sammenligningen bedømmes ut fra forskjellen mellom effektene som samtidig produseres av disse verdiene og den kjente verdien reprodusert av tiltaket. Med differensialmetoden oppnås altså en ufullstendig balansering av måleverdien, og dette er forskjellen mellom differensialmetoden og null.

Differensialmetoden kombinerer noen av egenskapene til den direkte estimeringsmetoden og noen av egenskapene til nullmetoden. Det kan gi et svært nøyaktig måleresultat bare hvis den målte verdien og målet er litt forskjellige fra hverandre.

For eksempel, hvis forskjellen mellom disse to størrelsene er 1 % og måles med en feil på opptil 1 %, så reduseres dermed målefeilen til ønsket mengde til 0,01 % dersom det ikke tas hensyn til målefeil. Et eksempel på anvendelsen av differensialmetoden er måling av forskjellen mellom to spenninger med et voltmeter, hvorav den ene er kjent med høy nøyaktighet og den andre er ønsket verdi.

En substitusjonsmetode består i å suksessivt måle ønsket verdi med en enhet og å måle med samme enhet et mål som gjengir en verdi som er homogen med den målte verdien. Ønsket verdi kan beregnes fra resultatene av to målinger.På grunn av det faktum at begge målingene gjøres av samme enhet under de samme ytre forholdene, og den ønskede verdien bestemmes av forholdet mellom enhetens avlesninger, reduseres feilen i måleresultatet betydelig. Siden feilen til instrumentet vanligvis ikke er den samme på forskjellige punkter på skalaen, oppnås den høyeste målenøyaktigheten med de samme avlesningene av instrumentet.

Et eksempel på bruk av substitusjonsmetoden vil være måling av en relativt stor DC elektrisk motstand ved suksessivt å måle strømmen som flyter gjennom den kontrollerte motstanden og prøven. Kretsen må drives av samme strømkilde under målingene. Motstanden til strømkilden og enheten som måler strømmen må være svært liten sammenlignet med de variable og prøvemotstandene.

Tilpasningsmetode Dette er en metode der forskjellen mellom den målte verdien og verdien som er reprodusert fra målingen måles ved å bruke matching av skalamerket eller periodiske signaler. Denne metoden er mye brukt i utøvelse av ikke-elektriske målinger.

Et eksempel på dette er lengdemåling vernier caliper… I elektriske målinger er et eksempel måling av kroppshastighet med et stroboskop.

Vi vil også angi en klassifisering av målinger basert på endringen over tid av måleverdien... Avhengig av om måleverdien endres over tid eller forblir uendret under måleprosessen, skilles det mellom statiske og dynamiske målinger. Statisk refererer til målinger av konstante eller stasjonære verdier.Disse inkluderer målinger av rms og amplitudeverdier av mengder, men i stabil tilstand.

Hvis øyeblikkelige verdier av tidsvarierende størrelser måles, kalles målingene dynamiske... Hvis måleinstrumentene under dynamiske målinger lar deg kontinuerlig observere verdiene til den målte mengden, kalles slike målinger kontinuerlige.

Det er mulig å foreta målinger av enhver mengde ved å måle verdiene på noen tidspunkter t1, t2, etc. Som et resultat vil ikke alle verdiene av den målte mengden være kjent, men bare verdiene på de valgte tidspunktene. Slike målinger kalles separate.