Typer og metoder til elektriske målinger

Når man læser elektroingeniør, skal man beskæftige sig med og måle elektriske, magnetiske og mekaniske størrelser.

At måle en elektrisk, magnetisk eller anden størrelse er at sammenligne den med en anden homogen størrelse taget som en enhed.

Denne artikel diskuterer den vigtigste måleklassifikation for teori og praksis for elektriske målinger… Denne klassifikation kan omfatte klassificering af målinger fra et metodisk synspunkt, dvs. afhængig af de generelle metoder til opnåelse af måleresultaterne (typer eller klasser af målinger), klassificering af målinger afhængig af brugen af ​​principper og måleudstyr (målemetoder) og klassificering af målinger afhængig af dynamikken i de målte værdier.

Typer af elektriske målinger

Afhængigt af de generelle metoder til at opnå resultatet er målinger opdelt i følgende typer: direkte, indirekte og fælles.

For direkte målinger omfatter dem, hvis resultat er opnået direkte fra eksperimentelle data.Direkte måling kan konventionelt udtrykkes med formlen Y = X, hvor Y er den ønskede værdi af den målte værdi; X — værdi opnået direkte fra eksperimentelle data. Denne type måling involverer målinger af forskellige fysiske størrelser ved hjælp af instrumenter kalibreret i etablerede enheder.

Eksempelvis målinger af strøm med et amperemeter, temperatur med et termometer osv. Denne type måling omfatter også målinger, hvor den ønskede værdi af en størrelse bestemmes ved direkte sammenligning med et mål. De anvendte midler og enkeltheden (eller kompleksiteten) af eksperimentet tages ikke i betragtning, når der tilskrives en lige linjemåling.

Indirekte kaldes en sådan måling, hvor den ønskede værdi af mængden findes på baggrund af den kendte sammenhæng mellem denne mængde og de mængder, der udsættes for direkte målinger. For indirekte målinger bestemmes den numeriske værdi af den målte værdi ved at beregne formlen Y = F (Xl, X2 ... Xn), hvor Y — den nødvendige værdi af den målte værdi; NS1, X2, Xn — værdierne af de målte mængder. Et eksempel på indirekte målinger er måling af effekt i DC-kredsløb med et amperemeter og et voltmeter.

Fælles målinger kaldes dem, for hvilke de krævede værdier af forskellige mængder bestemmes ved at løse det system af ligninger, der forbinder værdierne af de nødvendige mængder med de direkte målte mængder. Som et eksempel på fælles målinger kan definitionen af ​​koefficienterne i formlen vedrørende modstandsmodstanden med dens temperatur gives: Rt = R20 [1 + α (T1-20) + β (T1-20)]

Elektriske målemetoder

Afhængig af sæt af teknikker til brug af principperne og måleinstrumenterne er alle metoder opdelt i en direkte vurderingsmetode og sammenligningsmetoder.

Essensen af ​​den direkte vurderingsmetode består i, at værdien af ​​den målte mængde estimeres ud fra aflæsningerne af en (direkte målinger) eller flere (indirekte målinger) enheder, prækalibreret i enheder af den målte mængde eller i enheder af andre størrelser, som den målte størrelsesmængde afhænger af.

Det enkleste eksempel på en direkte estimeringsmetode er måling af hver mængde med en enhed, hvis skala er gradueret i de relevante enheder.

Den anden store gruppe af elektriske målemetoder er samlet under det generelle navn sammenligningsmetoder... De omfatter alle de elektriske målemetoder, hvor den målte værdi sammenlignes med den værdi, som måles gengivet. Et karakteristisk træk ved sammenligningsmetoder er således den direkte inddragelse af foranstaltninger i måleprocessen.

Sammenligningsmetoder er opdelt i følgende: null, differential, substitution og matching.

Nullmetode Dette er en metode til at sammenligne en målt værdi med et mål, hvor resultatet af værdiernes indflydelse på målingen reduceres til nul. Når ligevægten nås, forsvinder således et bestemt fænomen, for eksempel strømmen i en del af et kredsløb eller spændingen over det, som kan registreres ved hjælp af enheder, der tjener dette formål. — nul indikatorer. På grund af nulindikatorernes høje følsomhed, og også fordi målingerne kan udføres med stor nøjagtighed, opnås også en høj målenøjagtighed.

Et eksempel på en anvendelse af nulmetoden ville være måling af elektrisk modstand gennem en fuldt afbalanceret bro.

I differentialmetoden, som i nulmetoden, sammenlignes den målte værdi direkte eller indirekte med målingen, og værdien af ​​den målte værdi som et resultat af sammenligningen bedømmes ud fra forskellen mellem de effekter, der samtidig produceres af disse værdier og den kendte værdi gengivet af målingen. Med differentialmetoden opnås således en ufuldstændig afbalancering af den målte værdi, og dette er forskellen mellem differentialmetoden og nul.

Differentialmetoden kombinerer nogle af egenskaberne ved den direkte estimeringsmetode og nogle af egenskaberne ved nulmetoden. Det kan kun give et meget nøjagtigt måleresultat, hvis den målte værdi og målet er lidt forskellige fra hinanden.

Hvis fx forskellen mellem disse to størrelser er 1 % og måles med en fejl på op til 1 %, så reduceres målefejlen på den ønskede mængde således til 0,01 %, hvis der ikke tages højde for målefejl. Et eksempel på anvendelsen af ​​differentialmetoden er måling af forskellen mellem to spændinger med et voltmeter, hvoraf den ene er kendt med høj nøjagtighed, og den anden er den ønskede værdi.

En substitutionsmetode består i, at man successivt måler den ønskede værdi med et apparat og måler med samme apparat et mål, der gengiver en værdi, der er homogen med den målte værdi. Den ønskede værdi kan beregnes ud fra resultaterne af to målinger.På grund af det faktum, at begge målinger udføres af den samme enhed under de samme ydre forhold, og den ønskede værdi bestemmes af forholdet mellem enhedsaflæsningerne, reduceres fejlen i måleresultatet betydeligt. Da instrumentets fejl normalt ikke er den samme på forskellige punkter på skalaen, opnås den højeste målenøjagtighed med de samme aflæsninger af instrumentet.

Et eksempel på anvendelse af substitutionsmetoden ville være måling af en relativt stor DC elektrisk modstand ved successivt at måle strømmen, der løber gennem den kontrollerede modstand og prøven. Kredsløbet skal forsynes med den samme strømkilde under målingerne. Modstanden af ​​strømkilden og den enhed, der måler strømmen, skal være meget lille sammenlignet med de variable og prøvemodstande.

Matchningsmetode Dette er en metode, hvor forskellen mellem den målte værdi og den værdi, der gengives fra målingen, måles ved hjælp af matchning af skalamærket eller periodiske signaler. Denne metode er meget udbredt i udøvelse af ikke-elektriske målinger.

Et eksempel på dette er måling af længde vernier caliper… I elektriske målinger er et eksempel måling af kropshastighed med et stroboskop.

Vi vil også angive en klassificering af målinger baseret på ændringen over tid af den målte værdi... Afhængig af om den målte værdi ændres over tid eller forbliver uændret under måleprocessen, skelnes der mellem statiske og dynamiske målinger. Statisk refererer til målinger af konstante eller stationære værdier.Disse inkluderer målinger af rms og amplitudeværdier af mængder, men i steady state.

Hvis øjeblikkelige værdier af tidsvarierende størrelser måles, så kaldes målingerne dynamiske... Hvis måleinstrumenterne under dynamiske målinger giver dig mulighed for kontinuerligt at observere værdierne af den målte størrelse, kaldes sådanne målinger kontinuerlige.

Det er muligt at foretage målinger af enhver mængde ved at måle dens værdier på nogle tidspunkter t1, t2 osv. Som et resultat vil ikke alle værdier af den målte mængde kendes, men kun værdierne på de valgte tidspunkter. Sådanne målinger kaldes separate.