Vrste i metode električnih mjerenja

Pri studiju elektrotehnike potrebno je baviti se i mjeriti električne, magnetske i mehaničke veličine.

Izmjeriti električnu, magnetsku ili drugu veličinu znači usporediti je s drugom homogenom veličinom koja se uzima kao jedinica.

Ovaj članak govori o najvažnijoj klasifikaciji mjerenja za teorija i praksa električnih mjerenja… Ova klasifikacija može uključivati ​​klasifikaciju mjerenja s metodološkog gledišta, tj. ovisno o općim metodama dobivanja rezultata mjerenja (vrste ili klase mjerenja), klasifikacija mjerenja ovisno o uporabi principa i mjernih uređaja (metoda mjerenja) i klasifikacija mjerenja ovisno o dinamici mjernih veličina.

Vrste električnih mjerenja

Ovisno o općim metodama dobivanja rezultata, mjerenja se dijele na sljedeće vrste: izravna, neizravna i zajednička.

Izravna mjerenja uključuju ona čiji se rezultat dobiva izravno iz eksperimentalnih podataka.Izravno mjerenje može se konvencionalno izraziti formulom Y = X, gdje je Y željena vrijednost izmjerene vrijednosti; X — vrijednost dobivena izravno iz eksperimentalnih podataka. Ova vrsta mjerenja uključuje mjerenja različitih fizikalnih veličina pomoću instrumenata kalibriranih u utvrđenim jedinicama.

Primjerice, mjerenje struje ampermetrom, temperature termometrom itd. U ovu vrstu mjerenja spadaju i mjerenja gdje se željena vrijednost veličine utvrđuje izravnom usporedbom s mjerom. Korištena sredstva i jednostavnost (ili složenost) eksperimenta ne uzimaju se u obzir kada se pripisuje mjerenje ravnom linijom.

Neizravnim se naziva takvo mjerenje, u kojem se željena vrijednost veličine nalazi na temelju poznatog odnosa između te veličine i veličina podvrgnutih izravnim mjerenjima. Za neizravna mjerenja, brojčana vrijednost izmjerene vrijednosti određuje se izračunavanjem formule Y = F (Xl, X2 ... Xn), gdje je Y — tražena vrijednost izmjerene vrijednosti; NS1, X2, Xn - vrijednosti izmjerenih veličina. Primjer neizravnih mjerenja je mjerenje snage u istosmjernim krugovima ampermetrom i voltmetrom.

Zajednička mjerenja nazivaju se ona za koja se tražene vrijednosti različitih veličina određuju rješavanjem sustava jednadžbi koje povezuju vrijednosti traženih veličina s neposredno mjerenim veličinama. Kao primjer zajedničkih mjerenja može se dati definicija koeficijenata u formuli koja se odnosi na otpornik otpornika s njegovom temperaturom: Rt = R20 [1 + α (T1-20) + β (T1-20)]

Električne metode mjerenja

Ovisno o skupu tehnika korištenja principa i mjernih instrumenata, sve metode se dijele na metode izravne procjene i metode usporedbe.

Bit metode izravne procjene sastoji se u činjenici da se vrijednost mjerene veličine procjenjuje iz očitanja jednog (izravna mjerenja) ili više (neizravna mjerenja) uređaja, prethodno kalibriranih u jedinicama mjerene veličine ili u jedinicama druge veličine o kojima ovisi mjerena veličina veličine.

Najjednostavniji primjer metode izravne procjene je mjerenje svake veličine uređajem čija je skala graduirana u odgovarajućim jedinicama.

Druga velika skupina električnih mjernih metoda objedinjena je pod općim nazivom usporedne metode... Obuhvaćaju sve one električne mjerne metode kod kojih se izmjerena vrijednost uspoređuje s vrijednošću koju mjerilo reproducira. Stoga je posebnost metoda usporedbe izravna uključenost mjera u proces mjerenja.

Metode usporedbe dijele se na: nulte, diferencijalne, supstitucijske i sparne.

Null metoda Ovo je metoda usporedbe izmjerene vrijednosti s mjerom u kojoj se rezultat utjecaja vrijednosti na mjeru svodi na nulu. Dakle, kada se postigne ravnoteža, određena pojava nestaje, na primjer, struja u dijelu strujnog kruga ili napon na njemu, što se može zabilježiti pomoću uređaja koji služe za tu svrhu. — nulti indikatori. Zbog visoke osjetljivosti nulti indikatora, kao i zbog toga što se mjerenja mogu izvesti s velikom točnošću, također se postiže visoka točnost mjerenja.

Primjer primjene nulte metode bilo bi mjerenje električnog otpora kroz potpuno uravnotežen most.

U diferencijalnoj metodi, kao iu nultoj metodi, izmjerena vrijednost se uspoređuje izravno ili neizravno s mjerom, a vrijednost izmjerene vrijednosti kao rezultat usporedbe prosuđuje se prema razlici između učinaka koje te vrijednosti istovremeno proizvode. ​i poznata vrijednost reproducirana mjerom. Dakle, kod diferencijalne metode se dobiva nepotpuno uravnoteženje izmjerene veličine, a to je razlika između diferencijalne metode i nule.

Diferencijalna metoda kombinira neke od karakteristika metode izravne procjene i neke od karakteristika nulte metode. Može dati vrlo precizan rezultat mjerenja samo ako se izmjerena vrijednost i mjera neznatno razlikuju jedna od druge.

Na primjer, ako je razlika između ove dvije veličine 1% i izmjerena je s pogreškom do 1%, tada se pogreška mjerenja željene količine time smanjuje na 0,01% ako se ne računaju pogreške mjerenja. Primjer primjene diferencijalne metode je mjerenje voltmetrom razlike dvaju napona od kojih je jedan poznat s velikom točnošću, a drugi je željena vrijednost.

Metoda zamjene sastoji se od uzastopnog mjerenja željene vrijednosti uređajem i mjerenja istim uređajem mjere koja reproducira vrijednost koja je homogena s izmjerenom vrijednošću. Željena vrijednost može se izračunati iz rezultata dvaju mjerenja.Zbog činjenice da se oba mjerenja provode istim uređajem pod istim vanjskim uvjetima, a željena vrijednost određena je omjerom očitanja uređaja, pogreška rezultata mjerenja značajno je smanjena. Budući da pogreška instrumenta obično nije ista na različitim točkama ljestvice, najveća točnost mjerenja postiže se pri istim očitanjima instrumenta.

Primjer primjene metode supstitucije bilo bi mjerenje relativno velike Istosmjerni električni otpor uzastopnim mjerenjem struje koja teče kroz kontrolirani otpornik i uzorak. Krug mora biti napajan iz istog izvora struje tijekom mjerenja. Otpor izvora struje i uređaja koji mjeri struju mora biti vrlo malen u usporedbi s promjenjivim otporom i otporom uzorka.

Metoda usklađivanja Ovo je metoda u kojoj se razlika između izmjerene vrijednosti i vrijednosti reproducirane iz mjerenja mjeri pomoću usklađivanja oznake ljestvice ili periodičnih signala. Ova metoda se široko koristi u praksi neelektričnih mjerenja.

Primjer za to je mjerenje duljine pomično pomično mjerilo… U električnim mjerenjima primjer je mjerenje brzine tijela stroboskopom.

Navest ćemo i klasifikaciju mjerenja koja se temelji na promjeni izmjerene veličine tijekom vremena... Ovisno o tome mijenja li se izmjerena vrijednost tijekom vremena ili ostaje nepromijenjena tijekom procesa mjerenja, razlikuju se statička i dinamička mjerenja. Statički se odnosi na mjerenja konstantnih ili stacionarnih vrijednosti.To uključuje mjerenje efektivnih i amplitudnih vrijednosti veličina, ali u stabilnom stanju.

Ako se mjere trenutne vrijednosti vremenski promjenjivih veličina, tada se mjerenja nazivaju dinamičkim... Ako tijekom dinamičkih mjerenja mjerni instrumenti omogućuju kontinuirano promatranje vrijednosti mjerene veličine, takva se mjerenja nazivaju kontinuiranim.

Moguće je izvršiti mjerenja bilo koje veličine mjerenjem njenih vrijednosti u nekim vremenskim točkama t1, t2 itd. Kao rezultat toga, neće biti poznate sve vrijednosti izmjerene količine, već samo vrijednosti u odabranim vremenima. Takva mjerenja nazivaju se odvojena.