Sähkömittausten tyypit ja menetelmät

Sähkötekniikkaa opiskellessa tulee käsitellä ja mitata sähköisiä, magneettisia ja mekaanisia suureita.

Sähköisen, magneettisen tai muun suuren mittaaminen tarkoittaa sen vertaamista toiseen homogeeniseen suureen, joka otetaan yksikkönä.

Tässä artikkelissa käsitellään tärkeintä mittausluokitusta sähkömittausten teoria ja käytäntö… Tämä luokittelu voi sisältää mittausten luokituksen metodologisesta näkökulmasta, ts. riippuen yleisistä mittaustulosten saantimenetelmistä (mittaustyypeistä tai -luokista), mittausten luokittelusta periaatteiden ja mittauslaitteiden käytöstä (mittausmenetelmistä) sekä mittausten luokittelusta mitattujen arvojen dynamiikasta riippuen.

Sähkömittaustyypit

Tuloksen yleisistä menetelmistä riippuen mittaukset jaetaan seuraaviin tyyppeihin: suora, epäsuora ja liitos.

Suoriin mittauksiin sisällytetään ne, joiden tulos saadaan suoraan kokeellisista tiedoista.Suora mittaus voidaan tavanomaisesti ilmaista kaavalla Y = X, jossa Y on mitatun arvon haluttu arvo; X — arvo, joka on saatu suoraan kokeellisista tiedoista. Tämän tyyppinen mittaus käsittää erilaisten fyysisten suureiden mittaamisen vakiintuneissa yksiköissä kalibroitujen instrumenttien avulla.

Esimerkiksi virran mittaukset ampeerimittarilla, lämpötilan mittaukset lämpömittarilla jne. Tämäntyyppiseen mittaukseen kuuluvat myös mittaukset, joissa haluttu suuren arvo määritetään suoraan vertaamalla mittaan. Käytettyjä välineitä ja kokeen yksinkertaisuutta (tai monimutkaisuutta) ei oteta huomioon suoritettaessa mittausta.

Epäsuoraksi kutsutaan sellaista mittausta, jossa suuren haluttu arvo löydetään tämän suuren ja suorien mittausten kohteena olevien suureiden välisen tunnetun suhteen perusteella. Epäsuorassa mittauksessa mitatun arvon numeerinen arvo määritetään laskemalla kaava Y = F (Xl, X2 ... Xn), jossa Y — mitatun arvon vaadittu arvo; NS1, X2, Xn - mitattujen suureiden arvot. Esimerkki epäsuorista mittauksista on tehon mittaus DC-piireissä ampeerimittarilla ja volttimittarilla.

Yhteismittauksiksi kutsutaan niitä, joille eri suureiden vaaditut arvot määritetään ratkaisemalla yhtälöjärjestelmä, joka yhdistää vaadittujen suureiden arvot suoraan mitattuihin suureisiin. Esimerkkinä liitosmittauksista voidaan antaa vastusvastuksen ja sen lämpötilan kertoimien määritelmä: Rt = R20 [1 + α (T1-20) + β (T1-20)]

Sähköiset mittausmenetelmät

Riippuen periaatteiden ja mittauslaitteiden käyttötekniikoista, kaikki menetelmät jaetaan suoriin arviointimenetelmiin ja vertailumenetelmiin.

Suoran arviointimenetelmän ydin on se, että mitatun suuren arvo arvioidaan yhden (suorat mittaukset) tai useamman (epäsuorat mittaukset) laitteen lukemista, jotka on esikalibroitu mitatun suuren yksiköissä tai yksiköissä. muut suureet, joista mitattu suuruus riippuu.

Yksinkertaisin esimerkki suorasta estimointimenetelmästä on jokaisen suuren mittaaminen laitteella, jonka asteikko on asteikoitu oikeaan yksikköön.

Toinen suuri ryhmä sähkömittausmenetelmiä yhdistetään yleisnimen vertailumenetelmien alle... Niihin kuuluvat kaikki ne sähkömittausmenetelmät, joissa mitattua arvoa verrataan mittarin tuottamaan arvoon. Vertailumenetelmien erottuva piirre on siis mittojen suora osallistuminen mittausprosessiin.

Vertailumenetelmät jaetaan seuraaviin: nolla-, differentiaali-, substituutio- ja sovitusmenetelmät.

Nollamenetelmä Tämä on menetelmä, jolla mitattua arvoa verrataan mittaan, jossa arvojen vaikutuksen tulos mittaan pienennetään nollaan. Näin ollen tasapainotilan saavuttua häviää tietty ilmiö, esimerkiksi virtapiirin osassa tai sen ylittävä jännite, joka voidaan tallentaa tätä tarkoitusta palvelevien laitteiden avulla. — nollaindikaattorit. Nolla-indikaattoreiden suuren herkkyyden ansiosta ja myös siksi, että mittaukset voidaan suorittaa erittäin tarkasti, saadaan myös korkea mittaustarkkuus.

Esimerkki nollamenetelmän sovelluksesta olisi sähkövastuksen mittaus täysin tasapainotetun sillan kautta.

Differentiaalimenetelmässä, kuten nollamenetelmässä, mitattua arvoa verrataan suoraan tai epäsuorasti mittaan ja vertailun tuloksena olevan mitatun arvon arvo arvioidaan näiden arvojen samanaikaisesti tuottamien vaikutusten välisen eron perusteella. ja mittarin toistama tunnettu arvo. Differentiaalimenetelmällä saadaan siis epätäydellinen mittausarvon tasapainotus, ja tämä on ero differentiaalimenetelmän ja nollan välillä.

Differentiaalimenetelmä yhdistää joitain suoran estimointimenetelmän ominaisuuksia ja joitakin nollamenetelmän ominaisuuksia. Se voi antaa erittäin tarkan mittaustuloksen vain, jos mitattu arvo ja mitta eroavat hieman toisistaan.

Esimerkiksi jos näiden kahden suuren ero on 1 % ja mitataan enintään 1 %:n virheellä, halutun suuren mittausvirhe pienenee siten 0,01 %:iin, jos mittausvirheitä ei oteta huomioon. Esimerkki differentiaalimenetelmän soveltamisesta on kahden jännitteen välisen eron mittaus volttimittarilla, joista toinen tunnetaan suurella tarkkuudella ja toinen on haluttu arvo.

Korvausmenetelmässä mitataan peräkkäin haluttu arvo laitteella ja samalla laitteella mitataan mitta, joka toistaa arvon, joka on homogeeninen mitatun arvon kanssa. Haluttu arvo voidaan laskea kahden mittauksen tuloksista.Koska molemmat mittaukset tehdään samalla laitteella samoissa ulkoisissa olosuhteissa ja haluttu arvo määräytyy laitteen lukemien suhteen, mittaustuloksen virhe pienenee merkittävästi. Koska laitteen virhe ei yleensä ole sama asteikon eri kohdissa, suurin mittaustarkkuus saavutetaan laitteen samoilla lukemilla.

Esimerkki substituutiomenetelmän soveltamisesta olisi suhteellisen suuren mittaus DC sähkövastus mittaamalla peräkkäin ohjatun vastuksen ja näytteen läpi kulkeva virta. Piirin tulee saada virtaa samasta virtalähteestä mittausten aikana. Virtalähteen ja virtaa mittaavan laitteen resistanssin tulee olla hyvin pieni verrattuna muuttuja- ja näyteresistanssiin.

Sovitusmenetelmä Tämä on menetelmä, jossa mitatun arvon ja mittauksesta toistetun arvon välinen ero mitataan käyttämällä asteikkomerkin tai jaksollisten signaalien sovittamista. Tätä menetelmää käytetään laajalti ei-sähköisten mittausten käytännössä.

Esimerkki tästä on pituuden mittaaminen nonier-satula… Sähkömittauksissa esimerkki on kehon nopeuden mittaus stroboskoopilla.

Ilmoitamme myös mittausten luokituksen mitatun arvon ajan muutokseen... Sen mukaan, muuttuuko mitattu arvo ajan myötä vai pysyykö se muuttumattomana mittausprosessin aikana, erotetaan staattiset ja dynaamiset mittaukset. Staattisesti viittaa vakio- tai stationääristen arvojen mittauksiin.Näihin kuuluvat suureiden rms- ja amplitudiarvojen mittaukset, mutta vakaassa tilassa.

Jos mitataan ajallisesti vaihtelevien suureiden hetkellisiä arvoja, niin mittauksia kutsutaan dynaamiksi... Jos dynaamisten mittausten aikana mittauslaitteet mahdollistavat jatkuvasti mitatun suuren arvojen tarkkailun, tällaisia ​​mittauksia kutsutaan jatkuviksi.

On mahdollista tehdä mittauksia mistä tahansa suuresta mittaamalla sen arvot tiettyinä ajankohtina t1, t2 jne. Tämän seurauksena kaikkia mitatun suuren arvoja ei tunneta, vaan vain arvot valittuina aikoina. Tällaisia ​​mittauksia kutsutaan erillisiksi.