Rodzaje i metody pomiarów elektrycznych

Studiując elektrotechnikę, trzeba zajmować się i mierzyć wielkości elektryczne, magnetyczne i mechaniczne.

Aby zmierzyć wielkość elektryczną, magnetyczną lub inną, należy porównać ją z inną jednorodną wielkością traktowaną jako jednostka.

W tym artykule omówiono najważniejszą klasyfikację pomiarów dla teoria i praktyka pomiarów elektrycznych… Klasyfikacja ta może obejmować klasyfikację pomiarów z metodologicznego punktu widzenia, tj. w zależności od ogólnych metod uzyskiwania wyników pomiarów (rodzaje lub klasy pomiarów), klasyfikacji pomiarów w zależności od zastosowania zasad i urządzeń pomiarowych (metod pomiaru) oraz klasyfikacji pomiarów w zależności od dynamiki mierzonych wielkości.

Rodzaje pomiarów elektrycznych

W zależności od ogólnych metod uzyskiwania wyniku, pomiary dzielą się na następujące rodzaje: bezpośrednie, pośrednie i łączone.

Do pomiarów bezpośrednich zalicza się te, których wynik uzyskano bezpośrednio z danych eksperymentalnych.Pomiar bezpośredni można umownie wyrazić wzorem Y = X, gdzie Y jest pożądaną wartością mierzonej wartości; X — wartość uzyskana bezpośrednio z danych eksperymentalnych. Ten rodzaj pomiaru obejmuje pomiary różnych wielkości fizycznych za pomocą przyrządów wyskalowanych w ustalonych jednostkach.

Na przykład pomiary prądu amperomierzem, temperatury termometrem itp. Ten rodzaj pomiaru obejmuje również pomiary, w których pożądaną wartość wielkości określa się przez bezpośrednie porównanie z miarą. Zastosowane środki i prostota (lub złożoność) eksperymentu nie są brane pod uwagę przy przypisywaniu pomiaru w linii prostej.

Pośrednim nazywamy taki pomiar, w którym pożądaną wartość wielkości wyznacza się na podstawie znanego związku między tą wielkością a wielkościami poddanymi pomiarom bezpośrednim. W przypadku pomiarów pośrednich wartość liczbową wartości mierzonej określa się obliczając wzór Y = F (Xl, X2 ... Xn), gdzie Y — wymagana wartość wartości mierzonej; NS1, X2, Xn — wartości mierzonych wielkości. Przykładem pomiarów pośrednich jest pomiar mocy w obwodach prądu stałego za pomocą amperomierza i woltomierza.

Wspólne pomiary nazywane są tymi, dla których wymagane wartości różnych wielkości są określane przez rozwiązanie układu równań łączących wartości wymaganych wielkości z bezpośrednio mierzonymi wielkościami. Jako przykład łączonych pomiarów można podać definicję współczynników we wzorze odnoszących się do rezystora rezystancyjnego z jego temperaturą: Rt = R20 [1 + α (T1-20) + β (T1-20)]

Metody pomiarów elektrycznych

W zależności od zestawu technik stosowania zasad i przyrządów pomiarowych, wszystkie metody dzielą się na metodę oceny bezpośredniej i metody porównawcze.

Istota metody oceny bezpośredniej polega na tym, że wartość mierzonej wielkości szacowana jest na podstawie wskazań jednego (pomiary bezpośrednie) lub kilku (pomiary pośrednie) przyrządów, wstępnie skalibrowanych w jednostkach wielkości mierzonej lub w jednostkach inne wielkości, od których zależy wielkość mierzona.

Najprostszym przykładem metody bezpośredniego szacowania jest pomiar każdej wielkości za pomocą urządzenia, którego skala jest wyskalowana w odpowiednich jednostkach.

Druga duża grupa elektrycznych metod pomiarowych jest połączona pod ogólną nazwą metody porównawcze... Obejmują wszystkie te elektryczne metody pomiarowe, w których mierzona wartość jest porównywana z wartością odtworzoną przez miarę. Cechą charakterystyczną metod porównawczych jest więc bezpośrednie zaangażowanie miar w proces pomiarowy.

Metody porównawcze dzielą się na: zerowe, różniczkowe, podstawieniowe i dopasowujące.

Metoda zerowa Jest to metoda porównywania wartości mierzonej z miarą, w której wynik wpływu wartości na miarę sprowadza się do zera. Tak więc po osiągnięciu równowagi zanika pewne zjawisko, na przykład prąd w odcinku obwodu lub napięcie na nim, które można rejestrować za pomocą urządzeń do tego służących. — wskaźniki zerowe. Ze względu na dużą czułość wskaźników zerowych, a także możliwość prowadzenia pomiarów z dużą dokładnością, uzyskuje się również wysoką dokładność pomiaru.

Przykładem zastosowania metody zerowej byłby pomiar rezystancji elektrycznej przez w pełni zrównoważony mostek.

W metodzie różniczkowej, podobnie jak w metodzie zerowej, wartość mierzoną porównuje się bezpośrednio lub pośrednio z miarą, a wartość wartości mierzonej w wyniku porównania ocenia się na podstawie różnicy między efektami wywołanymi jednocześnie przez te wartości ​oraz znaną wartość odtworzoną przez miarę. Zatem metodą różnicową uzyskuje się niepełne zrównoważenie mierzonej wartości i jest to różnica między metodą różnicową a zerem.

Metoda różnicowa łączy w sobie niektóre cechy metody estymacji bezpośredniej i niektóre cechy metody zerowej. Może dać bardzo dokładny wynik pomiaru tylko wtedy, gdy zmierzona wartość i miara nieznacznie się od siebie różnią.

Na przykład, jeśli różnica między tymi dwiema wielkościami wynosi 1% i jest mierzona z błędem do 1%, to błąd pomiaru pożądanej wielkości zmniejsza się w ten sposób do 0,01%, jeśli nie uwzględni się błędów pomiaru. Przykładem zastosowania metody różniczkowej jest pomiar woltomierzem różnicy dwóch napięć, z których jedno jest znane z dużą dokładnością, a drugie jest wartością pożądaną.

Metoda substytucyjna polega na kolejnym pomiarze pożądanej wartości za pomocą urządzenia i pomiarze za pomocą tego samego urządzenia miary, która odtwarza wartość jednorodną z wartością mierzoną. Pożądaną wartość można obliczyć na podstawie wyników dwóch pomiarów.Dzięki temu, że oba pomiary wykonywane są tym samym urządzeniem w tych samych warunkach zewnętrznych, a pożądana wartość jest określana stosunkiem wskazań przyrządu, błąd wyniku pomiaru jest znacznie zmniejszony. Ponieważ błąd przyrządu zwykle nie jest taki sam w różnych punktach skali, najwyższą dokładność pomiaru uzyskuje się przy tych samych odczytach przyrządu.

Przykładem zastosowania metody podstawienia byłby pomiar o stosunkowo dużej wartości Opór elektryczny prądu stałego mierząc kolejno prąd płynący przez kontrolowany rezystor i próbkę. Podczas pomiarów obwód musi być zasilany z tego samego źródła prądu. Rezystancja źródła prądu i urządzenia mierzącego prąd musi być bardzo mała w porównaniu do rezystancji zmiennej i próbki.

Metoda dopasowania Jest to metoda, w której różnica między wartością zmierzoną a wartością odtworzoną z pomiaru jest mierzona za pomocą dopasowania znaku skali lub sygnałów okresowych. Metoda ta jest szeroko stosowana w praktyce pomiarów nieelektrycznych.

Przykładem tego jest pomiar długości suwmiarka… W pomiarach elektrycznych przykładem jest pomiar prędkości ciała za pomocą stroboskopu.

Wskażemy również klasyfikację pomiarów na podstawie zmiany w czasie wartości mierzonej... W zależności od tego, czy mierzona wartość zmienia się w czasie, czy też pozostaje niezmieniona podczas procesu pomiaru, rozróżnia się pomiary statyczne i dynamiczne. Statycznie odnosi się do pomiarów wartości stałych lub stacjonarnych.Należą do nich pomiary wartości skutecznych i amplitudowych wielkości, ale w stanie ustalonym.

Jeżeli mierzone są wartości chwilowe wielkości zmiennych w czasie, wówczas pomiary nazywane są dynamicznymi... Jeżeli podczas pomiarów dynamicznych przyrządy pomiarowe pozwalają na ciągłą obserwację wartości mierzonej wielkości, to takie pomiary nazywane są ciągłymi.

Możliwe jest dokonanie pomiarów dowolnej wielkości poprzez pomiar jej wartości w pewnych punktach czasowych t1, t2 itd. W efekcie nie będą znane wszystkie wartości mierzonej wielkości, a jedynie wartości w wybranych momentach. Takie pomiary nazywane są oddzielnymi.