Typer och metoder för elektriska mätningar

När man studerar elektroteknik måste man hantera och mäta elektriska, magnetiska och mekaniska storheter.

Att mäta en elektrisk, magnetisk eller annan storhet är att jämföra den med en annan homogen storhet som tas som en enhet.

Den här artikeln diskuterar den viktigaste mätningsklassificeringen för teori och praktik för elektriska mätningar… Denna klassificering kan innefatta klassificering av mätningar ur metodisk synvinkel, dvs. beroende på de allmänna metoderna för att erhålla mätresultaten (typer eller klasser av mätningar), klassificeringen av mätningar beroende på användningen av principer och mätanordningar (mätmetoder) och klassificeringen av mätningar beroende på dynamiken hos de uppmätta värdena.

Typer av elektriska mätningar

Beroende på de allmänna metoderna för att erhålla resultatet är mätningarna indelade i följande typer: direkt, indirekt och gemensam.

För direkta mätningar inkluderar de vars resultat erhålls direkt från experimentella data.Direkt mätning kan konventionellt uttryckas med formeln Y = X, där Y är det önskade värdet av det uppmätta värdet; X — värde erhållet direkt från experimentella data. Denna typ av mätning innebär mätningar av olika fysiska storheter med hjälp av instrument kalibrerade i etablerade enheter.

Till exempel mätningar av ström med amperemeter, temperatur med termometer etc. Denna typ av mätning omfattar även mätningar där önskat värde på en storhet bestäms genom direkt jämförelse med ett mått. De medel som används och experimentets enkelhet (eller komplexitet) tas inte med i beräkningen när en rätlinjemätning tillskrivs.

Indirekt kallas sådan mätning, där det önskade värdet av kvantiteten hittas på basis av det kända förhållandet mellan denna kvantitet och de kvantiteter som utsätts för direkta mätningar. För indirekta mätningar bestäms det numeriska värdet för det uppmätta värdet genom att beräkna formeln Y = F (Xl, X2 ... Xn), där Y — det uppmätta värdets erforderliga värde; NS1, X2, Xn — värdena för de uppmätta kvantiteterna. Ett exempel på indirekta mätningar är mätning av effekt i DC-kretsar med en amperemeter och en voltmeter.

Gemensamma mätningar kallas de för vilka de erforderliga värdena för olika kvantiteter bestäms genom att lösa ekvationssystemet som förbinder värdena för de erforderliga kvantiteterna med de direkt uppmätta kvantiteterna. Som ett exempel på gemensamma mätningar kan definitionen av koefficienterna i formeln som hänför sig till resistansmotståndet med dess temperatur ges: Rt = R20 [1 + α (T1-20) + β (T1-20)]

Elektriska mätmetoder

Beroende på uppsättningen av tekniker för att använda principerna och mätinstrumenten är alla metoder uppdelade i en direkt bedömningsmetod och jämförelsemetoder.

Kärnan i den direkta bedömningsmetoden består i det faktum att värdet av den uppmätta storheten uppskattas från avläsningarna av en (direkta mätningar) eller flera (indirekta mätningar) anordningar, förkalibrerade i enheter av den uppmätta kvantiteten eller i enheter av andra storheter som den uppmätta magnitudstorheten beror på.

Det enklaste exemplet på en direkt uppskattningsmetod är mätningen av varje kvantitet med en enhet vars skala är graderad i lämpliga enheter.

Den andra stora gruppen av elektriska mätmetoder kombineras under det allmänna namnet jämförelsemetoder... De omfattar alla de elektriska mätmetoder där det uppmätta värdet jämförs med det värde som återges av måttet. Ett utmärkande drag för jämförelsemetoder är alltså den direkta involveringen av åtgärder i mätprocessen.

Jämförelsesmetoder är indelade i följande: noll, differential, substitution och matchning.

Nollmetod Detta är en metod för att jämföra ett uppmätt värde med ett mått där resultatet av värdenas påverkan på måttet reduceras till noll. Sålunda, när jämvikt uppnås, försvinner ett visst fenomen, till exempel strömmen i en sektion av en krets eller spänningen över den, som kan registreras med hjälp av enheter som tjänar detta syfte. — Nollindikatorer. På grund av den höga känsligheten hos nollindikatorerna, och även eftersom mätningarna kan utföras med stor noggrannhet, erhålls också en hög mätnoggrannhet.

Ett exempel på en tillämpning av nollmetoden skulle vara mätning av elektriskt motstånd genom en fullt balanserad brygga.

I differentialmetoden, liksom i nollmetoden, jämförs det uppmätta värdet direkt eller indirekt med måttet, och värdet på det uppmätta värdet som ett resultat av jämförelsen bedöms av skillnaden mellan de effekter som samtidigt produceras av dessa värden och det kända värdet som återges av måttet. Med differentialmetoden erhålls således en ofullständig balansering av det uppmätta värdet, och detta är skillnaden mellan differentialmetoden och noll.

Differentialmetoden kombinerar några av egenskaperna hos den direkta skattningsmetoden och några av egenskaperna hos nollmetoden. Det kan ge ett mycket exakt mätresultat endast om det uppmätta värdet och måttet skiljer sig något från varandra.

Om till exempel skillnaden mellan dessa två storheter är 1 % och mäts med ett fel på upp till 1 %, så reduceras alltså mätfelet för den önskade storheten till 0,01 % om mätfel inte beaktas. Ett exempel på tillämpningen av differentialmetoden är mätningen av skillnaden mellan två spänningar med en voltmeter, varav den ena är känd med hög noggrannhet och den andra är det önskade värdet.

En substitutionsmetod består av att man successivt mäter det önskade värdet med en anordning och att man med samma anordning mäter ett mått som återger ett värde som är homogent med det uppmätta värdet. Det önskade värdet kan beräknas från resultaten av två mätningar.På grund av det faktum att båda mätningarna görs av samma enhet under samma yttre förhållanden, och det önskade värdet bestäms av förhållandet mellan enhetens avläsningar, reduceras felet i mätresultatet avsevärt. Eftersom instrumentets fel vanligtvis inte är detsamma vid olika punkter på skalan, uppnås den högsta mätnoggrannheten med samma avläsningar av instrumentet.

Ett exempel på att tillämpa substitutionsmetoden skulle vara mätningen av en relativt stor DC elektriskt motstånd genom att successivt mäta strömmen som flyter genom det kontrollerade motståndet och provet. Kretsen måste drivas av samma strömkälla under mätningarna. Strömkällans resistans och enheten som mäter strömmen måste vara mycket liten jämfört med de variabla resistanserna och provmotstånden.

Matchningsmetod Detta är en metod där skillnaden mellan det uppmätta värdet och det värde som återges från mätningen mäts med hjälp av matchningen av skalmärket eller periodiska signaler. Denna metod används i stor utsträckning vid utövandet av icke-elektriska mätningar.

Ett exempel på detta är längdmätning skjutmått… Vid elektriska mätningar är ett exempel mätning av kroppshastighet med ett stroboskop.

Vi kommer även att ange en klassificering av mätningar baserad på förändringen över tiden av mätvärdet... Beroende på om mätvärdet ändras över tiden eller förblir oförändrat under mätprocessen, skiljer man mellan statiska och dynamiska mätningar. Statiskt avser mätningar av konstanta eller stationära värden.Dessa inkluderar mätningar av rms och amplitudvärden för kvantiteter, men i stationärt tillstånd.

Om momentana värden av tidsvarierande storheter mäts, så kallas mätningarna dynamiska... Om mätinstrumenten under dynamiska mätningar tillåter dig att kontinuerligt observera värdena för den uppmätta kvantiteten, kallas sådana mätningar kontinuerliga.

Det är möjligt att göra mätningar av vilken kvantitet som helst genom att mäta dess värden vid vissa tidpunkter t1, t2, etc. Som ett resultat kommer inte alla värden för den uppmätta kvantiteten att vara kända, utan bara värdena vid de valda tidpunkterna. Sådana mätningar kallas separata.