Druhy a metódy elektrických meraní

Pri štúdiu elektrotechniky sa človek musí zaoberať a merať elektrické, magnetické a mechanické veličiny.

Merať elektrickú, magnetickú alebo inú veličinu znamená porovnávať ju s inou homogénnou veličinou branou ako jednotka.

Tento článok pojednáva o najdôležitejšej klasifikácii meraní pre teória a prax elektrických meraní… Táto klasifikácia môže zahŕňať klasifikáciu meraní z metodického hľadiska, t.j. v závislosti od všeobecných metód získavania výsledkov meraní (druhy alebo triedy meraní), klasifikácie meraní v závislosti od použitia princípov a meracích zariadení (metód merania) a klasifikácie meraní v závislosti od dynamiky nameraných hodnôt.

Druhy elektrických meraní

V závislosti od všeobecných metód získania výsledku sú merania rozdelené do nasledujúcich typov: priame, nepriame a spoločné.

Pre priame merania zahŕňajú tie, ktorých výsledok je získaný priamo z experimentálnych údajov.Priame meranie možno konvenčne vyjadriť vzorcom Y = X, kde Y je požadovaná hodnota nameranej hodnoty; X — hodnota získaná priamo z experimentálnych údajov. Tento typ merania zahŕňa merania rôznych fyzikálnych veličín pomocou prístrojov kalibrovaných v stanovených jednotkách.

Napríklad meranie prúdu ampérmetrom, teploty teplomerom a pod. Tento typ merania zahŕňa aj merania, kde sa požadovaná hodnota veličiny určuje priamym porovnaním s mierou. Pri priraďovaní priameho merania sa neberú do úvahy použité prostriedky a jednoduchosť (alebo zložitosť) experimentu.

Nepriame sa nazýva také meranie, pri ktorom sa požadovaná hodnota veličiny zistí na základe známeho vzťahu medzi touto veličinou a veličinami podrobenými priamym meraniam. Pre nepriame merania sa číselná hodnota nameranej hodnoty určí výpočtom vzorca Y = F (Xl, X2 ... Xn), kde Y — požadovaná hodnota nameranej hodnoty; NS1, X2, Xn — hodnoty meraných veličín. Príkladom nepriameho merania je meranie výkonu v jednosmerných obvodoch ampérmetrom a voltmetrom.

Spoločné merania sa nazývajú také, pre ktoré sú požadované hodnoty rôznych veličín určené riešením sústavy rovníc spájajúcich hodnoty požadovaných veličín s priamo meranými veličinami. Ako príklad spoločných meraní možno uviesť definíciu koeficientov vo vzorci týkajúcom sa odporového odporu s jeho teplotou: Rt = R20 [1 + α (T1-20) + β (T1-20)]

Elektrické metódy merania

V závislosti od súboru techník používania princípov a meracích prístrojov sa všetky metódy delia na metódu priameho hodnotenia a porovnávacie metódy.

Podstata metódy priameho hodnotenia spočíva v tom, že hodnota meranej veličiny sa odhaduje z údajov jedného (priame merania) alebo viacerých (nepriame merania) zariadení, vopred kalibrovaných v jednotkách meranej veličiny alebo v jednotkách iné veličiny, od ktorých závisí meraná veličina.

Najjednoduchším príkladom priamej metódy odhadu je meranie každej veličiny prístrojom, ktorého stupnica je odstupňovaná v príslušných jednotkách.

Druhá veľká skupina elektrických meracích metód sa spája pod všeobecným názvom porovnávacie metódy... Patria sem všetky tie elektrické meracie metódy, pri ktorých sa nameraná hodnota porovnáva s hodnotou reprodukovanou mierou. Charakteristickým znakom porovnávacích metód je teda priame zapojenie meradiel do procesu merania.

Porovnávacie metódy sa delia na: nulové, diferenciálne, substitučné a párovacie.

Nulová metóda Ide o metódu porovnávania nameranej hodnoty s mierou, pri ktorej je výsledok vplyvu hodnôt na mieru znížený na nulu. Po dosiahnutí rovnováhy teda zmizne určitý jav, napríklad prúd v časti obvodu alebo napätie na ňom, čo je možné zaznamenať pomocou zariadení slúžiacich na tento účel. — nulové ukazovatele. Vďaka vysokej citlivosti nulových indikátorov a tiež tomu, že merania môžu byť vykonávané s veľkou presnosťou, je dosiahnutá aj vysoká presnosť merania.

Príkladom aplikácie nulovej metódy by bolo meranie elektrického odporu cez plne vyvážený mostík.

V diferenciálnej metóde, rovnako ako v nulovej metóde, sa nameraná hodnota porovnáva priamo alebo nepriamo s mierou a hodnota nameranej hodnoty ako výsledok porovnania sa posudzuje podľa rozdielu medzi účinkami, ktoré tieto hodnoty súčasne vytvárajú. a známa hodnota reprodukovaná meraním. Diferenciálnou metódou sa teda získa neúplné vyváženie nameranej hodnoty, a to je rozdiel medzi diferenciálnou metódou a nulou.

Diferenciálna metóda kombinuje niektoré charakteristiky metódy priameho odhadu a niektoré charakteristiky nulovej metódy. Môže poskytnúť veľmi presný výsledok merania iba vtedy, ak sa nameraná hodnota a miera mierne líšia.

Napríklad, ak je rozdiel medzi týmito dvoma veličinami 1 % a je meraný s chybou do 1 %, potom sa chyba merania požadovanej veličiny takto zníži na 0,01 %, ak sa nezohľadnia chyby merania. Príkladom aplikácie diferenciálnej metódy je meranie rozdielu dvoch napätí voltmetrom, z ktorých jedno je známe s vysokou presnosťou a druhé je požadovaná hodnota.

Substitučná metóda pozostáva z postupného merania požadovanej hodnoty prístrojom a merania tým istým prístrojom miery, ktorá reprodukuje hodnotu, ktorá je homogénna s nameranou hodnotou. Požadovanú hodnotu možno vypočítať z výsledkov dvoch meraní.Vzhľadom na to, že obe merania sú vykonávané tým istým zariadením za rovnakých vonkajších podmienok a požadovaná hodnota je určená pomerom údajov zariadenia, je chyba výsledku merania výrazne znížená. Keďže chyba prístroja zvyčajne nie je rovnaká v rôznych bodoch stupnice, najvyššia presnosť merania sa dosiahne pri rovnakých údajoch prístroja.

Príkladom použitia metódy substitúcie by bolo meranie relatívne veľkého DC elektrický odpor postupným meraním prúdu pretekajúceho cez riadený odpor a vzorku. Počas meraní musí byť obvod napájaný rovnakým zdrojom prúdu. Odpor zdroja prúdu a zariadenia, ktoré meria prúd, musí byť veľmi malý v porovnaní s premenným a vzorkovým odporom.

Metóda párovania Ide o metódu, pri ktorej sa rozdiel medzi nameranou hodnotou a hodnotou reprodukovanou z merania meria pomocou párovania značky na stupnici alebo periodických signálov. Táto metóda je široko používaná v praxi neelektrických meraní.

Príkladom je meranie dĺžky nóniový strmeň… V elektrických meraniach je príkladom meranie rýchlosti tela pomocou stroboskopu.

Uvedieme aj klasifikáciu meraní na základe zmeny nameranej hodnoty v čase... Podľa toho, či sa nameraná hodnota mení v priebehu času alebo zostáva nezmenená počas procesu merania, rozlišujeme statické a dynamické merania. Staticky označuje merania konštantných alebo stacionárnych hodnôt.Patria sem merania rms a amplitúdových hodnôt veličín, ale v ustálenom stave.

Ak sa merajú okamžité hodnoty časovo premenných veličín, potom sa merania nazývajú dynamické... Ak pri dynamických meraniach umožňujú meracie prístroje priebežne sledovať hodnoty meranej veličiny, takéto merania sa nazývajú kontinuálne.

Je možné vykonať merania akejkoľvek veličiny meraním jej hodnôt v určitých časových bodoch t1, t2 atď. V dôsledku toho nebudú známe všetky hodnoty meranej veličiny, ale iba hodnoty vo zvolených časoch. Takéto merania sa nazývajú samostatné.