Видове и методи на електрически измервания

Когато изучавате електротехника, човек трябва да се занимава с електрически, магнитни и механични величини и да ги измерва.

Измерването на електрическо, магнитно или друго количество означава да го сравните с друго хомогенно количество, взето като единица.

Тази статия обсъжда най -важната измервателна класификация за теория и практика на електрическите измервания… Тази класификация може да включва класификацията на измерванията от методологична гледна точка, т.е. в зависимост от общите методи за получаване на резултатите от измерванията (видове или класове измервания), класификацията на измерванията в зависимост от използването на принципи и измервателни уреди (методи за измерване ) и класификацията на измерванията в зависимост от динамиката на измерените стойности.

Видове електрически измервания

В зависимост от общите методи за получаване на резултата, измерванията се разделят на следните видове: директни, индиректни и съвместни.

За директни измервания включват тези, чийто резултат е получен директно от експериментални данни. Директното измерване може да се изрази условно с формулата Y = X, където Y е желаната стойност на измерената стойност; Х — стойност, директно получена от експериментални данни. Този тип измерване включва измервания на различни физически величини с помощта на инструменти, калибрирани в установени единици.

Например измервания на силата на тока с амперметър, температура — с термометър и пр. Този тип измерване включва и измервания, при които желаната стойност на величина се определя чрез директно сравнение с мярка. Използваните средства и простотата (или сложността) на експеримента не се вземат предвид при приписване на измерване на права линия.

Косвено се нарича такова измерване, при което желаната стойност на количеството се намира въз основа на известната връзка между това количество и количествата, подложени на директни измервания. За косвени измервания, цифрова стойност измерената стойност се определя чрез изчисляване на формулата Y = F (Xl, X2 … Xн), където Y — необходимата стойност на измерената стойност; NS1, X2, Xн — стойностите на измерените величини. Като пример за косвени измервания може да се посочи измерването на мощността в DC вериги с амперметър и волтметър.

Съвместни измервания се наричат ​​тези, за които търсените стойности на различни количества се определят чрез решаване на системата уравнения, свързващи стойностите на търсените величини с директно измерените количества. Като пример за съвместни измервания може да се даде дефиниция на коефициентите във формулата, отнасяща се до съпротивлението резистор с неговата температура: Rt = R20 [1 + α (T1-20) + β (T1-20)]

Електрически методи за измерване

В зависимост от набора от техники за използване на принципите и измервателните инструменти, всички методи са разделени на метод за директна оценка и методи за сравнение.

Същността метод на директна оценка се състои в това, че стойността на измерената величина се преценява по показанията на един (директни измервания) или няколко (непреки измервания) уреди, предварително калибрирани в единици на измереното количество или в единици на други величини, върху които измерената величина количеството зависи.

Най -простият пример за метод на директна оценка е измерването на всяка величина с едно устройство, чиято скала е градуирана в съответните единици.

Втората голяма група от електрически методи за измерване се комбинира под общото наименование методи за сравнение… Те включват всички онези електрически методи за измерване, при които измерената стойност се сравнява със стойността, възпроизведена от мярката. По този начин отличителна черта на методите за сравнение е прякото участие на мерките в процеса на измерване.

Методите за сравнение са разделени на следните: нула, диференциал, заместване и съвпадение.

Нулев метод Това е метод за сравняване на измерена стойност с мярка, при който резултатът от влиянието на стойностите върху показателя се свежда до нула. По този начин, когато се постигне равновесие, изчезва определен феномен, например токът в участъка на веригата или напрежението върху нея, което може да бъде записано с помощта на устройства, служещи за тази цел. — нулеви индикатори. Поради високата чувствителност на нулевите индикатори, а също и защото измерванията могат да се извършват с голяма точност, се получава и висока точност на измерване.

Пример за прилагане на нулевия метод би било измерването на електрическото съпротивление чрез мост с пълно равновесие.

При диференциален метод, както и при нула, измерената стойност се сравнява директно или индиректно с мярката, а стойността на измерената стойност в резултат на сравнение се преценява по разликата между ефектите, едновременно произведени от тези стойности, и по известните стойност, възпроизведена от мярката. Така при диференциалния метод се получава непълно балансиране на измерената стойност и това е разликата между диференциалния метод и нулата.

Диференциалният метод съчетава част от характеристиките на метода на директна оценка и част от характеристиките на нулевия метод. Той може да даде много точен резултат от измерването, само ако измерената стойност и мярката се различават малко една от друга.

Например, ако разликата между тези две величини е 1%и се измерва с грешка до 1%, тогава грешката на измерване на желаното количество по този начин се намалява до 0,01%, ако грешките на измерването не се вземат предвид. Пример за прилагане на диференциалния метод е измерването на разликата между две напрежения с волтметър, едното от които е известно с висока точност, а другото е желаната стойност.

Метод на заместване се състои в последователно измерване на желаната стойност с устройство и измерване със същото устройство на мярка, която възпроизвежда стойност, която е хомогенна с измерената стойност. Желаната стойност може да бъде изчислена от резултатите от две измервания. Поради факта, че и двете измервания се извършват от едно и също устройство при същите външни условия, а желаната стойност се определя от съотношението на показанията на устройството, грешката на резултата от измерването е значително намалена. Тъй като грешката на инструмента обикновено не е еднаква в различни точки на скалата, най -високата точност на измерване се постига при едни и същи показания на инструмента.

Пример за прилагане на метода на заместване може да бъде измерването на относително голямо DC електрическо съпротивление чрез последователно измерване на тока, протичащ през управлявания резистор и примерния. Веригата трябва да се захранва от същия източник на ток по време на измерванията. Съпротивлението на източника на ток и устройството, което измерва тока, трябва да бъде много малко в сравнение с променливите и примерни съпротивления.

Метод на съвпадение Това е метод, при който разликата между измерената стойност и стойността, възпроизведена от измерването, се измерва, като се използва съвпадението на маркировката на скалата или периодичните сигнали. Този метод е широко използван в практиката на неелектрически измервания.

Пример за това е измерването на дължината нониус шублер… При електрическите измервания пример е измерването на скоростта на тялото със стробоскоп.

Ще посочим и класификация на измерванията въз основа на промяната във времето на измерената стойност… В зависимост от това дали измерената стойност се променя с течение на времето или остава непроменена по време на процеса на измерване, се прави разлика между статични и динамични измервания. Статично се извикват измервания на постоянни или стационарни стойности. Те включват измервания на ефективните и амплитудни стойности на величини, но в стационарно състояние.

Ако се измерват моментни стойности на променливи във времето величини, тогава измерванията се извикват динамичен… Ако по време на динамични измервания измервателните уреди ви позволяват непрекъснато да наблюдавате стойностите на измерената величина, такива измервания се наричат ​​непрекъснати.

Възможно е да се извършват измервания на всяка величина чрез измерване на нейните стойности в някои моменти от време t1, t2 и др. В резултат на това не всички стойности на измерената величина ще бъдат известни, а само стойностите в избраните моменти. Такива измервания се наричат отделен.