القياسات والأدوات الكهربائية
3.1. دور القياسات في الهندسة الكهربائية
في أي مجال من مجالات المعرفة، تعد القياسات مهمة للغاية، ولكنها مهمة بشكل خاص في الهندسة الكهربائية.
الميكانيكية والحرارية، الظواهر الضوئيةويدرك الإنسان بمساعدة حواسه. فنحن نستطيع، ولو بشكل تقريبي، تقدير حجم الأجسام وسرعة حركتها وسطوع الأجسام المضيئة. لفترة طويلةهكذا درس الناس السماء المرصعة بالنجوم.
لكن أنا وأنت نتفاعل بنفس الطريقة تمامًا مع موصل يبلغ تياره 10 أماهأو 1 أ(أي 100 مرة أكثر).
نرى شكل الموصل ولونه، لكن حواسنا لا تسمح لنا بتقييم حجم التيار. وبنفس الطريقة، نحن غير مبالين تمامًا بالمجال المغناطيسي الناتج عن الملف، أي المجال الكهربائي الموجود بين ألواح المكثف. لقد أثبت الطب تأثيرًا معينًا للمجالات الكهربائية والمغناطيسية على جسم الإنسان، لكننا لا نشعر بهذا التأثير وحجمه المجال الكهرومغناطيسيلا يمكننا التقييم.
الاستثناءات الوحيدة جدا حقول قوية. ولكن حتى هنا يوجد إحساس غير سار بالوخز يمكن ملاحظته عند التجول خط الجهد العاليلن يسمح لنا النقل حتى بتقدير حجم الجهد الكهربائي في الخط بشكل تقريبي.
كل هذا أجبر الفيزيائيين والمهندسين من الخطوات الأولى للبحث وتطبيق الكهرباء على استخدام أدوات القياس الكهربائية.
الأدوات هي عيون وآذان مهندس كهربائي. وبدونهم يكون أصم وأعمى وعاجزا تماما. يتم تركيب الملايين من أدوات القياس الكهربائية في المصانع ومعامل الأبحاث. تحتوي كل شقة أيضًا على جهاز قياس - عداد كهرباء.
تُستخدم قراءات (إشارات) أدوات القياس الكهربائية لتقييم عمل الأجهزة الكهربائية المختلفة وحالة المعدات الكهربائية، وخاصة حالة العزل. تتميز أدوات القياس الكهربائية بالحساسية العالية ودقة القياس والموثوقية وسهولة التنفيذ.
أدت نجاحات صناعة الأجهزة الكهربائية إلى حقيقة أن الصناعات الأخرى بدأت في استخدام خدماتها. بدأ استخدام الطرق الكهربائية لتحديد الأبعاد والسرعات والكتلة ودرجة الحرارة. كان هناك حتى الانضباط المستقل “القياسات الكهربائية ليست كذلك الكميات الكهربائية ”.
يمكن نقل قراءات أدوات القياس الكهربائية لمسافات طويلة (القياس عن بعد)، ويمكن استخدامها التأثير المباشرعلى عمليات الإنتاج(التنظيم التلقائي)؛ وبمساعدتهم، يتم تسجيل التقدم المحرز في العمليات الخاضعة للرقابة، على سبيل المثال عن طريق التسجيل على الشريط، وما إلى ذلك.
أدى استخدام تكنولوجيا أشباه الموصلات إلى توسيع نطاق استخدام أدوات القياس الكهربائية بشكل كبير.
إن قياس أي كمية فيزيائية يعني إيجاد قيمتها تجريبياً باستخدام وسائل تقنية خاصة.
لا يمكن تصور اختبار أحدث المعدات بدون قياسات كهربائية، وبالتالي عند اختبار مولد توربيني بقوة 1200 ميغاواطوفي مصنع إلكتروسيلا، تم إجراء القياسات عند 1500 نقطة.
أدى تطور أدوات القياس الكهربائية إلى استخدام الإلكترونيات الدقيقة فيها، مما يجعل من الممكن قياس الكميات الفيزيائية بخطأ لا يزيد عن 0.005-0.0005٪.
3.2. المفاهيم والمصطلحات والتعاريف الأساسية
نتائج النشاط النظريبدون التحقق التجريبي فهي غير موثوقة. تعطي معدات القياس أثناء التجربة نتائج تشير إلى جودة وكمية المنتجات وصحة العمليات التكنولوجية والتوزيع والاستهلاك والتصنيع. في الوقت نفسه، تبين أن القياسات الكهربائية، بسبب انخفاض استهلاك الطاقة، وإمكانية نقل القيم المقاسة عبر مسافة، والسرعة العالية للقياسات والإرسال، فضلاً عن الدقة والحساسية العالية، هي الأفضل.
القياسات والأدوات الكهربائية وطرق ووسائل ضمان وحدتها وطرق تحقيق الدقة المطلوبة - كل هذا يتعلق بالمترولوجيا، ومبادئ وطرق تحديد المعايير وقواعد التفاعل المثلى - التوحيد.
في الاتحاد الروسييتم الجمع بين التقييس والمقاييس في واحد الخدمة العامة- لجنة الدولة للمعايير. في عام 1963، قدم GOST 9867-61 النظام الدولي للوحدات (SI) على أساس المتر ( م) ، كيلوجرام ( كجم) ، ثواني ( مع) ، أمبير ( أ)، كلفن ( ل) والشمعدانات ( قرص مضغوط).
من الأسهل فهم قضايا القياسات والأدوات الكهربائية إذا كان محتوى المصطلحات والتعريفات معروفًا.
علم القياس- علم القياسات وطرق ووسائل التأكد من وحدتها وطرق تحقيق الدقة المطلوبة.
قياس- إيجاد قيمة الكمية الفيزيائية تجريبياً باستخدام وسائل تقنية خاصة.
نتيجة القياس- قيمة الكمية الفيزيائية التي تم العثور عليها بالقياس.
يقيس- أداة قياس مصممة لإنتاج كمية فيزيائية بحجم معين (على سبيل المثال، وحدة قياس الضوء - قرص مضغوط).
محول- أداة قياس لتوليد إشارة قياس المعلومات في شكل مناسب للنقل أو التحويل الإضافي أو المعالجة (أو التخزين)، ولكنها غير قابلة للإدراك المباشر من قبل المراقب. محول القياس الأساسي هو جهاز استشعار.
متر- أداة قياس مصممة لتوليد إشارة معلومات القياس في شكل يمكن الوصول إليه للإدراك المباشر من قبل المراقب.
3.3. طرق القياس. خطأ في القياس
لمختلف الكميات الكهربائية المقاسة هناك كميات خاصة بها أدوات القياس، ما يسمى التدابير. على سبيل المثال، تعمل العناصر العادية كمقاييس للمجال الكهرومغناطيسي، وتعمل مقاومات القياس كمقاييس للمقاومة الكهربائية، وتعمل محاثات القياس كمقاييس للتحريض، وتعمل المكثفات ذات السعة الثابتة كمقاييس للسعة الكهربائية، وما إلى ذلك.
في الممارسة العملية، يتم استخدام طرق مختلفة لقياس الكميات الفيزيائية المختلفة. وينقسم هذا الأخير، اعتمادا على طريقة الحصول على النتيجة، إلى مستقيمو غير مباشر. في القياس المباشريتم الحصول على قيمة الكمية مباشرة من البيانات التجريبية. في القياس غير المباشريتم العثور على القيمة المطلوبة للكمية عن طريق العد باستخدام علاقة معروفة بين هذه الكمية والقيم التي يتم الحصول عليها من القياسات المباشرة. وبالتالي، يمكن تحديد مقاومة قسم من الدائرة عن طريق قياس التيار المتدفق عبرها والجهد المطبق، ومن ثم حساب هذه المقاومة من قانون أوم. أكثر الطرق المستخدمة على نطاق واسع في تكنولوجيا القياس الكهربائي هي طرق القياس المباشر، لأنها عادة ما تكون أبسط وتتطلب وقتا أقل.
في تكنولوجيا القياس الكهربائي يستخدمون أيضا طريقة المقارنة، والذي يعتمد على مقارنة القيمة المقاسة بمقياس قابل للتكرار. يمكن أن تكون طريقة المقارنة تعويضية أو جسرية. مثال التطبيق طريقة التعويضيعمل على قياس الجهد من خلال مقارنة قيمته بقيمة المجال الكهرومغناطيسي للعنصر العادي. مثال طريقة الجسرهو قياس المقاومة باستخدام دائرة جسر ذات أربعة أذرع. تعتبر القياسات باستخدام طرق التعويض والجسر دقيقة للغاية، ولكنها تتطلب معدات قياس أكثر تطورًا.
تشمل احتياجات العلم والتكنولوجيا العديد من القياسات، التي يتم تطوير وتحسين وسائلها وأساليبها باستمرار. الدور الأكثر أهمية في هذا المجال ينتمي إلى قياسات الكميات الكهربائية، والتي تجد تطبيقا واسعا في مجموعة واسعة من الصناعات.
مفهوم القياسات
يتم قياس أي كمية فيزيائية بمقارنتها بكمية معينة من نفس نوع الظاهرة المعتمدة كوحدة قياس. يتم عرض النتيجة التي تم الحصول عليها من المقارنة عدديا في الوحدات المناسبة.
يتم تنفيذ هذه العملية باستخدام وسائل خاصةالقياسات - الأجهزة التقنية التي تتفاعل مع كائن ما، والتي يجب قياس معلمات معينة لها. في هذه الحالة، يتم استخدام طرق معينة - تقنيات يتم من خلالها مقارنة القيمة المقاسة بوحدة القياس.
هناك عدة علامات تكون بمثابة الأساس لتصنيف قياسات الكميات الكهربائية حسب النوع:
- عدد أعمال القياس. ما يهم هنا هو ما إذا كانوا مرة واحدة أو مرتين.
- درجة الدقة. هناك قياسات فنية ومراقبة وتحقق، وهي القياسات الأكثر دقة، وكذلك القياسات المتساوية في الدقة وغير المتساوية في الدقة.
- طبيعة التغير في الكمية المقاسة مع مرور الوقت. ووفقا لهذا المعيار، يمكن أن تكون القياسات ثابتة وديناميكية. عن طريق القياسات الديناميكية نحصل عليها القيم اللحظيةالكميات التي تتغير بمرور الوقت، والكميات الثابتة - بعضها قيم ثابتة.
- عرض النتيجة. يمكن التعبير عن قياسات الكميات الكهربائية بشكل نسبي أو من حيث الشكل المطلق.
- طريقة للحصول على النتيجة المرجوة. ووفقاً لهذا المعيار، تنقسم القياسات إلى مباشرة (يتم الحصول على النتيجة فيها بشكل مباشر) وغير مباشرة، حيث يتم قياس الكميات المرتبطة بالقيمة المرغوبة لأي منها بشكل مباشر. الاعتماد الوظيفي. وفي الحالة الأخيرة، يتم حساب الكمية المادية المطلوبة من النتائج التي تم الحصول عليها. وبالتالي، فإن قياس التيار باستخدام الأميتر هو مثال للقياس المباشر، والقدرة غير مباشرة.
أدوات القياس
يجب أن تتمتع الأجهزة المخصصة للقياس بخصائص موحدة، وأن تحتفظ أيضًا لفترة معينة أو تعيد إنتاج وحدة الكمية التي تهدف إلى قياسها.
تنقسم أدوات قياس الكميات الكهربائية إلى عدة فئات حسب الغرض منها:
- مقاسات. تعمل هذه الوسائل على إعادة إنتاج قيمة ذات حجم محدد معين - مثل، على سبيل المثال، المقاوم الذي ينتج مقاومة معينة بخطأ معروف.
- تشكيل إشارة في شكل مناسب للتخزين والتحويل والإرسال. هذا النوع من المعلومات غير متاح للإدراك المباشر.
- أدوات القياس الكهربائية. تم تصميم هذه الأدوات لتقديم المعلومات في شكل يمكن للمراقب الوصول إليه. يمكن أن تكون محمولة أو ثابتة، تناظرية أو رقمية، مسجلة أو إشارات.
- تركيبات القياس الكهربائية عبارة عن مجمعات من الوسائل المذكورة أعلاه وأجهزة إضافية تتركز في مكان واحد. المنشآت تسمح لأكثر من ذلك قياسات معقدة(على سبيل المثال، الخصائص المغناطيسيةأو المقاومة)، بمثابة أجهزة التحقق أو المرجعية.
- أنظمة القياس الكهربائية هي أيضًا مزيج من وسائل مختلفة. ومع ذلك، على عكس المنشآت، فإن أدوات قياس الكميات الكهربائية والوسائل الأخرى داخل النظام متفرقة. باستخدام الأنظمة، يمكنك قياس عدة كميات وتخزين ومعالجة ونقل إشارات معلومات القياس.
إذا كان من الضروري حل أي مشكلة قياس معقدة معينة، يتم تشكيل مجمعات القياس والحوسبة التي تجمع بين عدد من الأجهزة ومعدات الحوسبة الإلكترونية.
خصائص أدوات القياس
توجد أجهزة قياس خصائص معينة، مهمة لأداء وظائفهم المباشرة. وتشمل هذه:
- مثل الحساسية وعتبتها، نطاق قياس الكمية الكهربائية، خطأ الجهاز، قيمة القسمة، السرعة، إلخ.
- الخصائص الديناميكية، على سبيل المثال السعة (اعتماد سعة إشارة خرج الجهاز على السعة عند الإدخال) أو الطور (الاعتماد تحول المرحلةحسب تردد الإشارة).
- خصائص الأداءمما يعكس درجة امتثال الجهاز لمتطلبات التشغيل في ظل ظروف معينة. وتشمل هذه الخصائص مثل موثوقية القراءات والموثوقية (قابلية التشغيل والمتانة وموثوقية الجهاز) وقابلية الصيانة والسلامة الكهربائية والكفاءة.
يتم تحديد مجموعة خصائص المعدات من خلال الوثائق التنظيمية والتقنية ذات الصلة لكل نوع من الأجهزة.
الطرق المستخدمة
يتم قياس الكميات الكهربائية باستخدام طرق مختلفة، والتي يمكن تصنيفها أيضًا وفقًا لـ المعايير التالية:
- نوع الظواهر الفيزيائية التي يتم على أساسها إجراء القياس (كهربائية أو الظواهر المغناطيسية).
- طبيعة تفاعل أداة القياس مع الجسم. اعتمادا على ذلك، اتصل و طرق عدم الاتصالقياسات الكميات الكهربائية.
- وضع القياس. ووفقا لذلك، يمكن أن تكون القياسات ديناميكية وثابتة.
- وقد تم تطوير كلا طريقتي التقييم المباشر، عندما يتم تحديد القيمة المطلوبة مباشرة بواسطة جهاز (على سبيل المثال، مقياس التيار الكهربائي)، وطرق أكثر دقة (الصفر، التفاضلي، المعارضة، الاستبدال)، حيث يتم الكشف عن القيمة من خلال المقارنة مع قيمة معروفة. قيمة. تعمل المعوضات وجسور القياس الكهربائية ذات الجهد الثابت والثابت كأجهزة مقارنة. تكييف.
أدوات القياس الكهربائية: الأنواع والميزات
يتطلب قياس الكميات الكهربائية الأساسية مجموعة واسعة من الأدوات. اعتمادا علي المبدأ الماديوالتي تشكل أساس عملهم، وتنقسم جميعها إلى المجموعات التالية:
- الأجهزة الكهروميكانيكية لها بالضرورة جزء متحرك في تصميمها. الى هذا مجموعة كبيرةتشمل أدوات القياس أدوات القياس الكهروديناميكية، والديناميكية الحديدية، والكهربائية المغناطيسية، والكهرومغناطيسية، والكهربائية الساكنة، والأدوات الحثية. على سبيل المثال، يمكن استخدام المبدأ الكهرومغناطيسي، الذي يُستخدم على نطاق واسع جدًا، كأساس لأجهزة مثل الفولتميتر، والأميتر، والأومميتر، والجلفانومتر. تعتمد عدادات الكهرباء وعدادات التردد وما إلى ذلك على مبدأ الحث.
- تتميز الأجهزة الإلكترونية بوجود وحدات إضافية: محولات الكميات الفيزيائية، ومكبرات الصوت، والمحولات، وما إلى ذلك. وكقاعدة عامة، في الأجهزة من هذا النوع يتم تحويل الكمية المقاسة إلى جهد، وأساسها الهيكلي هو الفولتميتر. تُستخدم أدوات القياس الإلكترونية كمقاييس التردد والسعة والمقاومة ومقاييس الحث وأجهزة قياس الذبذبات.
- تجمع الأجهزة الكهروحرارية في تصميمها بين جهاز قياس من النوع الكهرومغناطيسي ومحول حراري يتكون من مزدوجة حرارية وسخان يتدفق من خلاله التيار المقاس. تستخدم الأجهزة من هذا النوع بشكل أساسي لقياس التيارات عالية التردد.
- الكهروكيميائية. يعتمد مبدأ عملها على العمليات التي تحدث على الأقطاب الكهربائية أو في الوسط قيد الدراسة في الفضاء بين الأقطاب الكهربائية. وتستخدم أدوات من هذا النوع لقياس التوصيل الكهربائي وكمية الكهرباء وبعض الكميات غير الكهربائية.
بواسطة الميزات الوظيفيةتفرق الأنواع التاليةأدوات قياس الكميات الكهربائية:
- أجهزة الإشارة (الإشارة) هي أجهزة تسمح فقط بالقراءة المباشرة لمعلومات القياس، مثل أجهزة قياس الواط أو أجهزة قياس التيار.
- التسجيل - الأدوات التي تسمح بتسجيل القراءات، على سبيل المثال، الذبذبات الإلكترونية.
بناءً على نوع الإشارة، يتم تقسيم الأجهزة إلى تناظرية ورقمية. إذا كان الجهاز ينتج إشارة تكون دالة مستمرة للكمية التي يتم قياسها، فهو تناظري، على سبيل المثال الفولتميتر، ويتم إعطاء قراءاته باستخدام قرص بمؤشر. في حالة قيام الجهاز تلقائيًا بإنشاء إشارة في شكل دفق من القيم المنفصلة، والتي يتم توفيرها للشاشة في شكل رقمي، فإننا نتحدث عن أداة قياس رقمية.
الأجهزة الرقمية لديها بعض العيوب مقارنة بالأدوات التناظرية: موثوقية أقل، والحاجة إلى مصدر طاقة، وأكثر تكلفة عالية. ومع ذلك، فهي تتميز أيضًا بمزايا كبيرة تجعل بشكل عام استخدام الأجهزة الرقمية أكثر تفضيلاً: سهولة الاستخدام، والدقة العالية والحصانة من الضوضاء، وإمكانية التعميم، والدمج مع الكمبيوتر ونقل الإشارات عن بعد دون فقدان الدقة .
الأخطاء ودقة الأدوات
أهم ما يميز جهاز القياس الكهربائي - فئة الكميات الكهربائية، مثل أي شيء آخر، لا يمكن أن يتم دون مراعاة أخطاء الجهاز الفني، وكذلك عوامل إضافية(المعاملات) التي تؤثر على دقة القياس. القيم الحدية للأخطاء المحددة المسموح بها من هذا النوعيُطلق على الجهاز اسم "التطبيع" ويتم التعبير عنه كنسبة مئوية. يحددون فئة الدقة لجهاز معين.
الفئات القياسية المستخدمة لتمييز موازين أجهزة القياس هي كما يلي: 4.0; 2.5؛ 1.5؛ 1.0; 0.5؛ 0.2; 0.1; 0.05. وفقًا لها، تم إنشاء التقسيم حسب الغرض: الأجهزة التي تنتمي إلى الفئات من 0.05 إلى 0.2 مثالية، والأجهزة المخبرية لها فئتان 0.5 و1.0، وأخيرًا، الأجهزة من الفئات 1.5-4 ,0 تقنية.
عند اختيار جهاز قياس، من الضروري أن يتوافق في فئته مع المشكلة التي يتم حلها، بينما الحد الأعلىيجب أن تكون القياسات قريبة قدر الإمكان من القيمة العددية للكمية المطلوبة. أي أنه كلما زاد انحراف إبرة الجهاز، قل الخطأ النسبي في القياس. إذا كانت الأجهزة ذات الفئة المنخفضة متوفرة فقط، فيجب عليك اختيار الجهاز الذي يحتوي على أصغر نطاق تشغيل. باستخدام هذه الطرق، يمكن إجراء قياسات الكميات الكهربائية بدقة تامة. في هذه الحالة، تحتاج أيضًا إلى مراعاة نوع مقياس الجهاز (موحد أو غير متساوٍ، مثل مقياس الأومتر).
الكميات الكهربائية الأساسية ووحدات القياس
في أغلب الأحيان، ترتبط القياسات الكهربائية بالمجموعة التالية من الكميات:
- القوة الحالية (أو التيار ببساطة) I. تشير هذه القيمة إلى مقدار الشحنة الكهربائية التي تمر عبر المقطع العرضي للموصل في ثانية واحدة. يتم قياس التيار الكهربائي بالأمبير (A) باستخدام أجهزة قياس التيار الكهربائي، ومقاييس الأفومتر (أجهزة الاختبار، ما يسمى "tseshki")، وأجهزة القياس الرقمية المتعددة، ومحولات القياس.
- كمية الكهرباء (الشحن) ف. تحدد هذه القيمة إلى أي مدى يمكن أن يكون جسم مادي معين مصدرًا للمجال الكهرومغناطيسي. يتم قياس الشحنة الكهربائية بالكولوم (C). 1 C (أمبير-ثانية) = 1 A ∙ 1 ثانية. أدوات القياس هي مقاييس الكهربية أو عدادات الشحن الإلكترونية (عدادات الكولوم).
- الجهد U. يعبر عن فرق الجهد (طاقة الشحن) الموجود بين نقطتين مختلفتين المجال الكهربائي. وحدة القياس لهذه الكمية الكهربائية هي الفولت (V). إذا، من أجل نقل شحنة قدرها 1 كولوم من نقطة إلى أخرى، يبذل المجال شغلًا مقداره 1 جول (أي يتم إنفاق الطاقة المقابلة)، فإن فرق الجهد - الجهد - بين هذه النقاط هو 1 فولت: 1 V = 1 J/1 Cl. يتم قياس الجهد الكهربائي باستخدام أجهزة قياس الفولتميتر أو أجهزة القياس المتعددة الرقمية أو التناظرية (الاختبارات).
- المقاومة R. تميز قدرة الموصل على منع التيار الكهربائي من المرور عبره. وحدة المقاومة هي أوم. 1 أوم هي مقاومة موصل له جهد عند طرفيه 1 فولت إلى تيار 1 أمبير: 1 أوم = 1 فولت/1 أمبير. تتناسب المقاومة طرديًا مع المقطع العرضي للموصل وطوله. لقياس ذلك، يتم استخدام أجهزة قياس الأومومتر، ومقاييس الأفومتر، والمقاييس المتعددة.
- الموصلية الكهربائية (الموصلية) G هي مقلوب المقاومة. تقاس بالسيمنز (Sm): 1 Sm = 1 أوم -1.
- السعة C هي مقياس لقدرة الموصل على تخزين الشحنة، وهي أيضًا إحدى الكميات الكهربائية الأساسية. وحدة قياسه هي الفاراد (F). بالنسبة للمكثف، يتم تعريف هذه القيمة على أنها السعة المتبادلة للألواح وتساوي نسبة الشحنة المتراكمة إلى فرق الجهد عبر الألواح. تزداد سعة المكثف المسطح بزيادة مساحة الألواح وتناقص المسافة بينهما. إذا تم إنشاء جهد 1 فولت على الألواح بشحنة 1 كولوم، فإن سعة هذا المكثف ستكون مساوية 1 فاراد: 1 F = 1 C/1 V. يتم إجراء القياس باستخدام أجهزة خاصة- أجهزة قياس السعة أو أجهزة القياس الرقمية المتعددة.
- القدرة P هي الكمية التي تعكس السرعة التي يتم بها نقل (تحويل) الطاقة الكهربائية. مثل وحدة النظاميتم أخذ الطاقة بالواط (W؛ 1 W = 1 J/s). يمكن أيضًا التعبير عن هذه القيمة من خلال منتج الجهد والتيار: 1 W = 1 V ∙ 1 A. بالنسبة لدوائر التيار المتردد، تتميز الطاقة النشطة (المستهلكة) P a، والقدرة التفاعلية P ra (لا تشارك في العملية) التيار) والطاقة الإجمالية P عند القياس، يتم استخدام الوحدات التالية: واط، فار (يرمز إلى "فولت أمبير رد الفعل")، وبالتالي، فولت أمبير VA. أبعادها هي نفسها، وهي تعمل على التمييز بين الكميات المشار إليها. أدوات قياس الطاقة - أجهزة قياس الواط التناظرية أو الرقمية. قياسات غير مباشرة(على سبيل المثال، استخدام مقياس التيار الكهربائي) لا تنطبق دائمًا. لتحديد كمية مهمة مثل عامل القدرة (يتم التعبير عنها من خلال زاوية تحول الطور)، يتم استخدام أدوات تسمى عدادات الطور.
- التردد و. هذه خاصية للتيار المتردد، توضح عدد دورات التغير في حجمه واتجاهه (في حالة عامة) لمدة ثانية واحدة. وحدة التردد هي الثانية المتبادلة، أو الهرتز (هرتز): 1 هرتز = 1 ثانية -1. يتم قياس هذه الكمية باستخدام فئة واسعة من الأدوات تسمى أجهزة قياس التردد.
الكميات المغناطيسية
ترتبط المغناطيسية ارتباطًا وثيقًا بالكهرباء، حيث أن كلاهما مظهر من مظاهر عملية فيزيائية أساسية واحدة - الكهرومغناطيسية. ولذلك، فإن الاتصال الوثيق على حد سواء هو سمة من سمات طرق ووسائل قياس الكميات الكهربائية والمغناطيسية. ولكن هناك أيضًا فروق دقيقة. كقاعدة عامة، عند تحديد الأخير، يتم إجراء قياس كهربائي عمليا. يتم الحصول على الكمية المغناطيسية بشكل غير مباشر من العلاقة الوظيفية التي تربطها بالكهرباء.
الكميات المرجعية في منطقة القياس هذه هي الحث المغناطيسي وقوة المجال والتدفق المغناطيسي. ويمكن تحويلها باستخدام ملف القياس الخاص بالجهاز إلى EMF، والتي يتم قياسها، وبعد ذلك يتم حساب القيم المطلوبة.
- يتم قياس التدفق المغناطيسي باستخدام أدوات مثل أجهزة قياس الويب (الكهربائية الكهروضوئية والكهرومغناطيسية والإلكترونية التناظرية والرقمية) والجلفانومترات الباليستية شديدة الحساسية.
- يتم قياس الحث وقوة المجال المغناطيسي باستخدام أجهزة قياس التردد المجهزة بأنواع مختلفة من محولات الطاقة.
إن قياس الكميات الكهربائية والمغناطيسية المترابطة بشكل مباشر يجعل من الممكن حل العديد من المشاكل العلمية والعلمية مشاكل فنيةعلى سبيل المثال البحث النواة الذريةوالمجال المغناطيسي للشمس والأرض والكواكب، دراسة الخصائص المغناطيسية مواد مختلفةومراقبة الجودة وغيرها.
الكميات غير الكهربائية
راحة الطرق الكهربائيةيجعل من الممكن توسيعها بنجاح إلى قياسات جميع أنواع الكميات الفيزيائية ذات الطبيعة غير الكهربائية، مثل درجة الحرارة والأبعاد (الخطية والزاوية) والتشوه وغيرها الكثير، فضلا عن دراسة العمليات الكيميائيةوتكوين المواد.
عادةً ما تكون أجهزة القياس الكهربائي للكميات غير الكهربائية عبارة عن مجمع من أجهزة الاستشعار - محول إلى بعض معلمات الدائرة (الجهد والمقاومة) وجهاز قياس كهربائي. هناك العديد من أنواع محولات الطاقة، والتي بفضلها يمكنك قياس أكثر من غيرها أحجام مختلفة. فيما يلي بعض الأمثلة فقط:
- أجهزة استشعار الريوستات. في مثل هذه المحولات، عند تعرضها للقيمة المقاسة (على سبيل المثال، عندما يتغير مستوى السائل أو حجمه)، يتحرك شريط التمرير المتغير، وبالتالي تتغير المقاومة.
- الثرمستورات. تتغير مقاومة المستشعر في الأجهزة من هذا النوع تحت تأثير درجة الحرارة. يستخدم لقياس السرعة تدفق الغاز، درجة الحرارة، لتحديد التكوين مخاليط الغاز.
- تتيح مقاومة الانفعال قياس تشوه السلك.
- أجهزة الاستشعار الضوئية التي تحول التغيرات في الإضاءة أو درجة الحرارة أو الحركة إلى تيار ضوئي يتم قياسه بعد ذلك.
- تستخدم محولات الطاقة السعوية كأجهزة استشعار للتركيب الكيميائي للهواء والحركة والرطوبة والضغط.
- العمل على مبدأ حدوث المجالات الكهرومغناطيسية في بعض المواد البلورية عندما تأثير ميكانيكيعليهم.
- تعتمد أجهزة الاستشعار الحثية على تحويل الكميات مثل السرعة أو التسارع إلى قوة دافعة مستحثة.
تطوير أدوات وطرق القياس الكهربائية
يرجع التنوع الكبير في وسائل قياس الكميات الكهربائية إلى التنوع الظواهر المختلفةحيث تلعب هذه المعلمات دورًا مهمًا. العمليات والظواهر الكهربائية لها نطاق واسع للغاية من الاستخدام في جميع الصناعات - من المستحيل تحديد مجال النشاط البشري حيث لن تجد التطبيق. وهذا يحدد النطاق المتزايد باستمرار لمشاكل القياسات الكهربائية للكميات الفيزيائية. يتزايد باستمرار تنوع وتحسين الوسائل والأساليب لحل هذه المشكلات. إن مجال تكنولوجيا القياس مثل قياس الكميات غير الكهربائية باستخدام الطرق الكهربائية يتطور بشكل خاص بسرعة وبنجاح.
تتطور تكنولوجيا القياس الكهربائي الحديثة في اتجاه زيادة الدقة والحصانة من الضوضاء والسرعة، وكذلك زيادة أتمتة عملية القياس ومعالجة نتائجها. انتقلت أدوات القياس من أبسط الأجهزة الكهروميكانيكية إلى الأجهزة الإلكترونية والرقمية، ومن ثم إلى أحدث أنظمة القياس والحوسبة باستخدام تكنولوجيا المعالجات الدقيقة. وفي الوقت نفسه، من الواضح أن الدور المتزايد للمكون البرمجي لأجهزة القياس هو الاتجاه الرئيسي للتنمية.
حول الموضوع:
"القياسات الكهربائية"
مقدمة
لقد ارتبط تطور العلوم والتكنولوجيا دائمًا ارتباطًا وثيقًا بالتقدم في مجال القياسات. قيمة عظيمةوقد أكد بعض العلماء على قياسات العلم.
ج.جاليليو: "قم بقياس كل ما يمكن قياسه، واجعل كل ما لا يمكن الوصول إليه متاحًا."
دي. يقول مندليف: "إن العلم يبدأ بمجرد أن يبدأ في القياس، العلم الدقيقلا يمكن تصوره بدون قياس."
كلفن: "كل شيء يُعرف فقط بقدر ما يمكن قياسه."
القياسات هي إحدى الطرق الرئيسية لفهم الطبيعة وظواهرها وقوانينها. إلى كل اكتشاف جديد في مجال الطبيعية و العلوم التقنيةيسبقه عدد كبير من القياسات المختلفة. (ج. أوم - قانون أوم؛ ب. ليبيديف - الضغط الخفيف).
تلعب القياسات دورًا مهمًا في إنشاء آلات وهياكل جديدة وتحسين جودة المنتج. على سبيل المثال، أثناء الاختبار التجريبي لأكبر مولد توربيني بقدرة 1200 ميجاوات في العالم، والذي تم إنشاؤه في جمعية Leningrad Electrosila، تم إجراء القياسات عند 1500 نقطة مختلفة.
خصوصاً دور مهمتلعب القياسات الكهربائية لكل من الكميات الكهربائية وغير الكهربائية دورًا.
أول جهاز قياس كهربائي في العالم "المؤشر". القوة الكهربائية"تم إنشاؤه عام 1745 على يد الأكاديمي ج. روكمان زميل م.ف. لومونوسوف.
لقد كان مقياسًا كهربائيًا - جهازًا لقياس فروق الجهد. ومع ذلك، فقط من النصف الثاني من القرن التاسع عشر، فيما يتعلق بإنشاء مولدات الطاقة الكهربائية، أصبحت مسألة تطوير أدوات القياس الكهربائية المختلفة حادة.
النصف الثاني من القرن التاسع عشر، بداية القرن العشرين - المهندس الكهربائي الروسي م.أو. قام متطوع دوليفو بتطوير مقياس التيار الكهربائي والفولتميتر، وهو نظام كهرومغناطيسي. آلية قياس الحث أساسيات الأجهزة الديناميكية الحديدية.
في نفس الوقت - الفيزيائي الروسي أ.ج. ستوليتوف – قانون التغير في النفاذية المغناطيسية وقياسها.
في نفس الوقت - الأكاديمي ب. جاكوبي - أدوات لقياس مقاومة الدائرة الكهربائية.
في نفس الوقت - د. مندليف - النظرية الدقيقة للمقاييس، وإدخال النظام المتري للقياسات في روسيا، وتنظيم قسم لاختبار أدوات القياس الكهربائية.
1927 - قامت لينينغراد ببناء أول مصنع محلي لصنع الأدوات "Electropribor" (الآن - إنتاج العدادات الهزازة).
30 عامًا - تم بناء مصانع صنع الآلات في خاركوف ولينينغراد وموسكو وكييف ومدن أخرى.
من عام 1948 إلى عام 1967، زاد حجم منتجات تصنيع الأدوات 200 مرة.
وفي الخطط الخمسية اللاحقة، يستمر تطوير هندسة الأجهزة بوتيرة أسرع دائمًا.
الإنجازات الرئيسية:
- الأجهزة التناظرية للتقييم المباشر للخصائص المحسنة؛
- أجهزة التحكم في التشوير التناظري ضيقة النطاق؛
- المكثفات الدقيقة شبه الأوتوماتيكية، والجسور، ومقسمات الجهد، والمنشآت الأخرى؛
- أدوات القياس الرقمية؛
– تطبيق المعالجات الدقيقة.
– قياس الكمبيوتر.
الإنتاج الحديث لا يمكن تصوره بدونه الوسائل الحديثةالقياسات. يتم باستمرار تحسين تكنولوجيا القياس الكهربائي.
في صناعة الأجهزة، يتم استخدام إنجازات الإلكترونيات الراديوية وتكنولوجيا الكمبيوتر وغيرها من إنجازات العلوم والتكنولوجيا على نطاق واسع. يتم استخدام المعالجات الدقيقة والحواسيب الصغيرة بشكل متزايد.
دراسة دورة “القياسات الكهربائية” تحدد الهدف:
– دراسة هيكل ومبدأ تشغيل أدوات القياس الكهربائية.
– تصنيف أدوات القياس، والتعرف على الرموز الموجودة على موازين الأجهزة؛
– تقنيات القياس الأساسية، واختيار أدوات قياس معينة اعتمادًا على الكمية التي يتم قياسها ومتطلبات القياس؛
– التعرف على الاتجاهات الرئيسية لصناعة الآلات الحديثة.
1 . المفاهيم الأساسية وطرق القياس والأخطاء
بالقياسيسمى إيجاد قيم الكمية الفيزيائية تجريبيا باستخدام وسائل تقنية خاصة.
يجب إجراء القياسات بوحدات مقبولة بشكل عام.
أدوات القياس الكهربائيةيتم استدعاؤها الوسائل التقنية- يستخدم في القياسات الكهربائية.
تتميز الأنواع التالية من أدوات القياس الكهربائية:
– أدوات القياس الكهربائية.
- قياس محولات الطاقة.
- تركيبات القياس الكهربائية؛
- القياس نظم المعلومات.
يقيس هي أداة قياس مصممة لإنتاج كمية فيزيائية بحجم معين.
أداة قياس كهربائية هي أداة قياس كهربائية مصممة لتوليد إشارات معلومات القياس في شكل يمكن الوصول إليه للإدراك المباشر من قبل المراقب.
قياس محول هي أداة قياس كهربائية مصممة لتوليد إشارات معلومات القياس في شكل مناسب للنقل والتحويل والتخزين، ولكنها غير قابلة للإدراك المباشر.
تركيب القياسات الكهربائية يتكون من عدد من أدوات القياس والأجهزة المساعدة. بمساعدتها، يمكنك إجراء قياسات أكثر دقة وتعقيدًا، والتحقق من الأدوات ومعايرتها، وما إلى ذلك.
نظم معلومات القياس تمثل مجموعة من أدوات القياس والأجهزة المساعدة. مصممة لتلقي معلومات القياس تلقائيًا من عدد من المصادر، لنقلها ومعالجتها.
تصنيف القياسات :
أ). حسب طريقة الحصول على النتيجة المباشرة وغير المباشرة :
مباشرتسمى القياسات، ويتم الحصول على نتيجتها مباشرة من البيانات التجريبية (القياس الحالي باستخدام مقياس التيار الكهربائي).
غير مباشرتسمى القياسات التي لا يتم فيها قياس الكمية المطلوبة بشكل مباشر، ولكن يتم العثور عليها نتيجة للحساب باستخدام الصيغ المعروفة. على سبيل المثال: P=U·I، حيث يتم قياس U وI بواسطة الأجهزة.
ب). اعتمادًا على مجموعة التقنيات لاستخدام المبادئ وأدوات القياستنقسم جميع الطرق إلى طرق طرق التقييم والمقارنة المباشرة .
طريقة التقييم المباشر– يتم تحديد القيمة المقاسة مباشرة من جهاز القراءة الخاص بجهاز القياس العمل المباشر(قياس التيار باستخدام مقياس التيار الكهربائي). هذه الطريقة بسيطة ولكنها ذات دقة منخفضة.
طريقة المقارنة- تتم مقارنة الكمية المقاسة بكمية معروفة (على سبيل المثال: قياس المقاومة بمقارنتها بمقياس المقاومة - ملف مقاومة قياسي). وتنقسم طريقة المقارنة إلى الصفر والتفاضل والاستبدال .
باطل- تؤثر الكمية المقاسة والمعروفة في وقت واحد على جهاز المقارنة، فتصبح قراءاتها صفراً (على سبيل المثال: قياس المقاومة الكهربائية بجسر متوازن).
التفاضلي– جهاز مقارنة يقيس الفرق بين الكمية المقاسة والكمية المعروفة.
طريقة الاستبدال- يتم استبدال الكمية المقاسة في تركيب القياس بكمية معروفة.
هذه الطريقة هي الأكثر دقة.
أخطاء القياس
نتائج قياس كمية فيزيائية توفر فقط قيمة تقريبية وذلك لعدد من الأسباب. ويسمى انحراف نتيجة القياس عن القيمة الحقيقية للكمية المقاسة خطأ القياس.
يميز المطلقة والنسبيخطأ.
خطأ مطلقالقياس يساوي الفرق بين نتيجة القياس Ai والقيمة الحقيقية للكمية المقاسة A:
التصحيح: dA=A–Ai
وبالتالي فإن القيمة الحقيقية للكمية تساوي: A=Au+dA.
يمكنك معرفة الخطأ من خلال مقارنة قراءات الجهاز مع قراءات الجهاز المرجعي.
خطأ نسبيالقياس g A هي نسبة خطأ القياس المطلق إلى القيمة الحقيقية للقيمة المقاسة، معبرًا عنها بنسبة٪:
%مثال: يعرض الجهاز U=9.7 V. ويتم تحديد القيمة الفعلية لـ U=10 V بواسطة DU وU:
DU=9.7–10=–0.3 V g U =
%=3%.أخطاء القياس لديها منهجي وعشوائيعناصر. أولاًتبقى ثابتة مع القياسات المتكررة، يتم تحديدها، ويتم التخلص من تأثيرها على نتيجة القياس عن طريق إدخال التصحيح . ثانيةالتغيير بشكل عشوائي، و ولا يمكن التعرف عليهم أو القضاء عليهم .
في ممارسة القياسات الكهربائية، يتم استخدام هذا المفهوم في أغلب الأحيان خطأ معينز ع:
هذه هي نسبة الخطأ المطلق إلى القيمة الاسمية للقيمة المقاسة أو إلى الرقم الأخير على مقياس الجهاز:
%
مثال: DU = 0.3 V. الفولتميتر مصمم لـ 100 V. g p =؟
ز ع = 0.3/100·100%=0.3%
قد تنتج أخطاء في القياسات :
أ). التثبيت غير الصحيح للجهاز (أفقيًا بدلاً من الرأسي)؛
ب). المحاسبة غير الصحيحة للبيئة (الرطوبة الخارجية، tє).
الخامس). تأثير المجالات الكهرومغناطيسية الخارجية.
ز). قراءات غير دقيقة، الخ
في صناعة أدوات القياس الكهربائية، يتم استخدام وسائل تقنية معينة لضمان مستوى أو آخر من الدقة.
الخطأ الناتج عن جودة تصنيع الجهاز يسمى - الخطأ الرئيسي .
وفقا لجودة التصنيع، يتم تقسيم جميع الأجهزة إلى فئات الدقة : 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.
تتم الإشارة إلى فئة الدقة على موازين أدوات القياس. يشير إلى الحد الأقصى المسموح به للخطأ المنخفض للجهاز:
%.بناءً على فئة الدقة عند فحص الجهاز، يتم تحديد ما إذا كان مناسبًا لمزيد من الاستخدام، أي. هل تتوافق مع فئة الدقة الخاصة بها؟
المحاضرة رقم 1
موضوع:الأدوات الكهربائية وقياسات الكميات الكهربائية
1. معلومات عامةحول الكهربائية أدوات القياس
تم تصميم أدوات القياس الكهربائية لقياس الكميات والمعلمات المختلفة للدائرة الكهربائية: الجهد والتيار والطاقة والتردد والمقاومة والتحريض والسعة وغيرها.
في المخططات، يتم تصوير أدوات القياس الكهربائية برموز رسومية تقليدية وفقًا لـ GOST 2.729-68. ويبين الشكل 1.1 التسميات العامة لأجهزة الإشارة والتسجيل.
أرز. 1.1 رموز أدوات القياس الكهربائية.
للإشارة إلى الغرض من جهاز القياس الكهربائي، يتم إدخال رمز محدد محدد في المعايير أو تعيين حرف لوحدات قياس الجهاز وفقًا لـ GOST وفقًا للجدول 1.1 في التعيين العام.
الجدول 1.1
اسم وحدات القياس | اسم وحدات القياس | رمز |
|
ملي أمبير | |||
ميكروأمبير | |||
ميليفولت | |||
كيلووات | |||
عامل الطاقة |
2. أجهزة القياس الكهروميكانيكية
وفقًا لمبدأ التشغيل، تنقسم الأجهزة الكهروميكانيكية إلى أجهزة كهرومغناطيسية، وكهرومغناطيسية، وديناميكية حديدية، وتحريضية، الأنظمة الكهروستاتيكية. وترد رموز الأنظمة في الجدول. 1.2. الأجهزة الأكثر انتشارًا هي الأنواع الثلاثة الأولى: الكهرومغناطيسية والكهرومغناطيسية والكهروديناميكية.
الجدول 1.2
نوع الجهاز | رمز | نوع التيار المقاس | المزايا | عيوب |
|
كهربائي | ثابت | دقة عالية، وتوحيد الحجم | غير مقاومة للأحمال الزائدة |
|
|
مغناطيسي | عامل ثابت | بساطة الجهاز ومقاومته للأحمال الزائدة | دقة منخفضة، حساسة للتدخل |
|
|
متحرك | عامل ثابت | دقة عالية | حساسية منخفضة، حساسة للتدخل |
|
تعريفي | عامل | موثوقية عاليةمقاومة للحمل الزائد | دقة منخفضة |
3. مجالات تطبيق الأجهزة الكهروميكانيكية
الأجهزة الكهرومغناطيسية: أجهزة قياس التيار الكهربائي والمختبرية والفولتميتر؛ مؤشرات صفرية عند القياس في دوائر الجسر والتعويض.
في المنشآت الصناعيةتيار متردد منخفض التردد، ومعظم أجهزة قياس التيار الكهربائي والفولتميتر هي أجهزة للنظام الكهرومغناطيسي. يمكن تصنيع أدوات مخبرية من الفئة 0.5 وأكثر دقة لقياس التيارات المباشرة والمتناوبة والجهد.
تُستخدم الآليات الكهروديناميكية في المختبرات والأدوات النموذجية لقياس التيارات المباشرة والمتناوبة والفولتية والقوى.
تُستخدم الأجهزة الحثية المعتمدة على آليات الحث بشكل أساسي كمقاييس طاقة تيار متردد أحادية وثلاثية الطور. وفقا للدقة، يتم تقسيم العدادات إلى فئات 1.0؛ 2.0; 2.5. يُستخدم مقياس ثاني أكسيد الكربون (مقياس أحادي الطور) لحساب الطاقة النشطة (واط/ساعة) في الدوائر أحادية الطور. لقياس الطاقة النشطة في دوائر ثلاثية الطور، يتم استخدام عدادات حثية ثنائية العنصر، وتأخذ آلية العد في الاعتبار كيلوواط/ساعة. لحساب الطاقة التفاعلية، يتم استخدام عدادات حثية خاصة، والتي لها بعض التغييرات في تصميم اللفات أو في دائرة التبديل.
يتم تركيب عدادات نشطة ومتفاعلة في جميع المؤسسات لدفع تكاليف الكهرباء المستخدمة لمؤسسات إمداد الطاقة.
مبدأ اختيار أدوات القياس
1. من خلال حساب الدائرة، حدد القيم القصوى للتيار والجهد والطاقة في الدائرة. غالبًا ما تكون قيم الكميات المقاسة معروفة مسبقًا، على سبيل المثال، التيار الكهربائي أو جهد البطارية.
2. اعتمادا على نوع الكمية التي يتم قياسها، تيار مباشر أو متناوب، يتم اختيار نظام الجهاز. بالنسبة للقياسات الفنية للتيار المباشر والمتناوب، يتم اختيار الأنظمة الكهرومغناطيسية والكهرومغناطيسية، على التوالي. في القياسات المختبرية والدقيقة، يتم استخدام النظام الكهرومغناطيسي لتحديد التيارات والفولتية المباشرة، ويستخدم النظام الكهروديناميكي للتيار المتردد والجهد.
3. حدد حد القياس للجهاز بحيث
كانت القيمة المقاسة في الجزء الثالث الأخير من المقياس
جهاز.
4. اعتمادًا على دقة القياس المطلوبة، حدد فئة
دقة الصك.
4. طرق توصيل الأجهزة بالدائرة
يتم توصيل أجهزة قياس التيار الكهربائي على التوالي مع الحمل ، ويتم توصيل الفولتميتر بالتوازي ، ويتم توصيل مقاييس الواط والعدادات ، نظرًا لوجود ملفين (التيار والجهد) ، على التوالي - بالتوازي (الشكل 1.2.).
https://pandia.ru/text/78/613/images/image013_9.gif" width="296" height="325"> 
https://pandia.ru/text/78/613/images/image016_8.gif" width = "393" height = "313 src = ">
أرز. 1.3. طرق توسيع حدود القياس للأدوات.
يتم تحديد سعر تقسيم الأميتر متعدد الحدود، والفولتميتر، والواطميتر بالصيغة:
P" في الرقم الأكثر أهمية) وقم بتغيير قطبية إشارة الإدخال عندما تومض علامة "-" في الرقم الأكثر أهمية.
خطأ في القياس لجهاز القياس المتعدد VR-11 A.
الجهد المستمر: ±(0.5% Ux +4 أرقام).
جهد التيار المتردد: ±(0.5% Ux + 10 أرقام)،
حيث Ux هي قراءة الأداة؛
الزنك. - الوحدة الأدنى رتبة.
مزايا الأجهزة الإلكترونية: مقاومة الإدخال العالية، والتي تسمح بالقياسات دون التأثير على الدائرة؛ نطاق قياس واسع، حساسية عالية، نطاق تردد واسع، دقة قياس عالية.
6. أخطاء القياسات وأدوات القياس
وعادة ما تتميز جودة أدوات القياس ونتائجه ببيان أخطائها. هناك حوالي 30 نوعًا من التعريفات الواردة في الأدبيات الخاصة بالقياسات. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن أخطاء أدوات القياس وأخطاء نتائج القياس ليست مفاهيم متطابقة. تاريخياً، أُطلقت بعض أسماء أنواع الأخطاء على أخطاء أدوات القياس، وبعضها الآخر على أخطاء نتائج القياس، وبعضها يطلق على كليهما.
طرق عرض الخطأ هي كما يلي.
اعتمادًا على المشكلات التي يتم حلها، يتم استخدام عدة طرق لتمثيل الخطأ؛ غالبًا ما يتم استخدام المطلق والنسبي والمخفض.
خطأ مطلق – تقاس بنفس وحدات الكمية التي يتم قياسها. يميز حجم الانحراف المحتمل للقيمة الحقيقية للقيمة المقاسة عن القيمة المقاسة.
خطأ نسبي– نسبة الخطأ المطلق إلى قيمة الكمية . إذا أردنا تحديد الخطأ خلال فترة القياس بأكملها، فيجب علينا إيجاد القيمة القصوى للنسبة خلال الفترة. تقاس بوحدات بلا أبعاد.
فئة الدقة- خطأ نسبي، معبرا عنه كنسبة مئوية. عادة، يتم تحديد قيم فئة الدقة من النطاق التالي: 0.1؛ 0.5:1.0؛ 1.5؛ 2.0; 2.5، الخ.
تنطبق مفاهيم الأخطاء المطلقة والنسبية على كل من القياسات وأدوات القياس، والخطأ المحدد يقيم فقط دقة أدوات القياس.
خطأ القياس المطلق هو الفرق بين القيمة المقاسة لـ x وقيمتها الحقيقية chi:
عادةً ما تكون القيمة الحقيقية للكمية المقاسة غير معروفة، وبدلاً من ذلك في (1.1) يتم استبدال قيمة الكمية المقاسة بجهاز أكثر دقة، أي جهاز به خطأ أصغر من الجهاز الذي يعطي قيمة x . يتم التعبير عن الخطأ المطلق بوحدات القيمة المقاسة. تستخدم الصيغة (1.1) عند فحص أدوات القياس.
خطأ نسبي https://pandia.ru/text/78/613/images/image020_7.gif" width="99" height="45"> (1.2)
واستنادا إلى خطأ القياس النسبي، يتم تقييم دقة القياس.
يتم تعريف الخطأ المنخفض لجهاز القياس على أنه نسبة الخطأ المطلق إلى القيمة القياسية xn ويتم التعبير عنه كنسبة مئوية:
(1.3)
عادة ما يتم أخذ قيمة التطبيع مساوية للحد الأعلى لجزء العمل من المقياس، حيث تكون علامة الصفر على حافة المقياس.
يحدد الخطأ المحدد دقة جهاز القياس، ولا يعتمد على القيمة المقاسة وله قيمة واحدة لجهاز معين. من (1..gif" width="15" height="19 src="> كلما كانت القيمة المقاسة x أكبر، كانت القيمة المقاسة x أصغر بالنسبة إلى حد قياس الجهاز xN.
تختلف العديد من أدوات القياس في فئات الدقة. فئة دقة الجهاز G هي خاصية عامة تميز دقة الجهاز، ولكنها ليست خاصية مباشرة لدقة القياس الذي يتم إجراؤه باستخدام هذا الجهاز.
فئة دقة الجهاز تساوي عدديًا الحد الأقصى المسموح به للخطأ الأساسي، ويتم حسابه كنسبة مئوية. تم إنشاء فئات الدقة التالية لأجهزة قياس التيار الكهربائي والفولتميتر: 0.05؛ 0.1; 0.2; 0.5؛ 1.0; 1.5؛ 2.5؛ 4.0; 5.0. يتم رسم هذه الأرقام على مقياس الصك. على سبيل المثال، تصف الفئة 1 حدود الخطأ المضمونة كنسبة مئوية (± 1%، على سبيل المثال، من القيمة النهائية البالغة 100 فولت، أي ± 1 فولت) في الظروف العاديةعملية.
بواسطة التصنيف الدوليتعتبر الأجهزة ذات فئة الدقة 0.5 وأكثر دقة دقيقة أو مثالية، والأجهزة ذات فئة الدقة 1.0 والأكثر خشونة تعتبر صالحة للعمل. تخضع جميع الأجهزة للتحقق الدوري من توافقها مع الخصائص المترولوجية، بما في ذلك فئة الدقة ومواصفاتها قيم جواز السفر. وفي هذه الحالة يجب أن يكون الجهاز المرجعي أكثر دقة من الذي يتم التحقق منه من خلال الفئة، وهي: التحقق من جهاز بفئة دقة 4.0 يتم بواسطة جهاز بفئة دقة 1.5، والتحقق من جهاز مع فئة دقة 1.0 يتم تنفيذها بواسطة جهاز ذو فئة دقة 0.2.
بما أن مقياس الجهاز يوضح كلا من فئة دقة الجهاز G وحد القياس XN، إذن خطأ مطلقيتم تحديد الجهاز من الصيغة (1.3):
https://pandia.ru/text/78/613/images/image019_7.gif" width="15 height=19" height="19"> معيتم التعبير عن فئة دقة الجهاز G بالصيغة:
ومن ثم يترتب على ذلك أن خطأ القياس النسبي يساوي فئة دقة الجهاز فقط عند قياس القيمة الحدية على المقياس، أي عندما x = XN. ومع انخفاض القيمة المقاسة، يزداد الخطأ النسبي. كم مرة XN > x، كم مرة > G. لذلك، يوصى باختيار حدود القياس لجهاز البيان بحيث يتم أخذ القراءات ضمن الثلث الأخير من المقياس، أقرب إلى نهايته.
7. عرض نتائج القياس للقياسات الفردية
تتكون نتيجة القياس من تقييم القيمة المقاسة وخطأ القياس الذي يميز دقة القياس. وفقًا لـ GOST 8.011-72، يتم عرض نتيجة القياس في النموذج:
حيث A هي نتيجة القياس؛
الخطأ المطلق للجهاز.
P - الاحتمال، أثناء المعالجة الإحصائية للبيانات.
في هذه الحالة، يجب ألا يحتوي A وhttps://pandia.ru/text/78/613/images/image023_5.gif" width="15" height="17"> على أكثر من رقمين مهمين.
محتويات المقال
القياسات الكهربائية،قياس الكميات الكهربائية مثل الجهد والمقاومة والتيار والطاقة. يتم إجراء القياسات باستخدام وسائل مختلفة - أدوات القياس والدوائر والأجهزة الخاصة. يعتمد نوع جهاز القياس على نوع وحجم (نطاق القيم) للقيمة المقاسة، وكذلك على دقة القياس المطلوبة. وحدات SI الأساسية المستخدمة في القياسات الكهربائية هي فولت (V)، أوم (Ω)، فاراد (F)، هنري (H)، أمبير (A)، والثانية (ق).
معايير وحدات الكميات الكهربائية
تم العثور على القياس الكهربائي ( الأساليب التجريبية) قيمة الكمية الفيزيائية معبرًا عنها بوحدات مناسبة (على سبيل المثال، 3 A، 4 V). يتم تحديد قيم وحدات الكميات الكهربائية بالاتفاقيات الدولية وفقا لقوانين الفيزياء ووحدات الكميات الميكانيكية. وبما أن "صيانة" وحدات الكميات الكهربائية التي تحددها الاتفاقيات الدولية محفوفة بالصعوبات، فقد تم تقديمها كمعايير "عملية" لوحدات الكميات الكهربائية. يتم دعم هذه المعايير من قبل مختبرات القياس الحكومية بلدان مختلفة. على سبيل المثال، في الولايات المتحدة، يتحمل المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا المسؤولية القانونية عن الحفاظ على معايير وحدات الكميات الكهربائية. ومن وقت لآخر يتم إجراء تجارب لتوضيح التطابق بين قيم معايير وحدات الكميات الكهربائية وتعريفات هذه الوحدات. في عام 1990، مختبرات الدولة للقياس صناعيا الدول المتقدمةوقعت اتفاقية مواءمة جميع المعايير العملية لوحدات الكميات الكهربائية فيما بينها ومع التعاريف الدولية لوحدات هذه الكميات.
يتم إجراء القياسات الكهربائية وفقًا لمعايير الدولة لوحدات الجهد والقوة العاصمة، مقاومة التيار المستمر، الحث والسعة. هذه المعايير هي الأجهزة التي لديها مستقرة الخصائص الكهربائية، أو المنشآت فيها، بناء على بعض ظاهرة فيزيائيةالكمية الكهربائية المحسوبة من القيم المعروفةالثوابت الفيزيائية الأساسية. لا يتم دعم معايير الوات والوات ساعة، حيث أنه من الأنسب حساب قيم هذه الوحدات باستخدام معادلات تعريفية تربطها بوحدات الكميات الأخرى.
أدوات القياس
تقوم أدوات القياس الكهربائية في أغلب الأحيان بقياس القيم اللحظية للكميات الكهربائية أو الكميات غير الكهربائية المحولة إلى كميات كهربائية. وتنقسم جميع الأجهزة إلى التناظرية والرقمية. يُظهر الأول عادة قيمة الكمية المقاسة بواسطة سهم يتحرك على مقياس به أقسام. وقد تم تجهيز هذا الأخير بشاشة رقمية تعرض القيمة المقاسة على شكل رقم. تُفضل الأدوات الرقمية لمعظم القياسات لأنها أكثر دقة وأسهل في أخذ القراءات وأكثر تنوعًا بشكل عام. تُستخدم أجهزة القياس الرقمية المتعددة ("المقاييس المتعددة") وأجهزة قياس الفولتميتر الرقمية لقياس مقاومة التيار المستمر، بالإضافة إلى جهد التيار المتردد والتيار، بدقة متوسطة إلى عالية. يتم استبدال الأجهزة التناظرية تدريجياً بأجهزة رقمية، على الرغم من أنها لا تزال تستخدم عندما تكون التكلفة المنخفضة مهمة ولا تكون هناك حاجة إلى دقة عالية. للحصول على قياسات أكثر دقة للمقاومة والممانعة، توجد جسور قياس وأجهزة قياس متخصصة أخرى. لتسجيل التقدم المحرز في التغييرات في القيمة المقاسة مع مرور الوقت، يتم استخدام أجهزة التسجيل - مسجلات الشريط والذبذبات الإلكترونية، التناظرية والرقمية.
الأدوات الرقمية
تستخدم جميع أجهزة القياس الرقمية (ما عدا أبسطها) مكبرات الصوت والمكونات الإلكترونية الأخرى لتحويل إشارة الإدخال إلى إشارة جهد، والتي يتم تحويلها بعد ذلك إلى شكل رقمي بواسطة محول تناظري إلى رقمي (ADC). يتم عرض رقم يعبر عن القيمة المقاسة على مؤشر الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED)، أو مؤشر الفلورسنت الفراغي أو الكريستال السائل (LCD) (العرض). يعمل الجهاز عادة تحت سيطرة معالج دقيق مدمج، وفي الأجهزة البسيطة يتم دمج المعالج الدقيق مع ADC على دائرة متكاملة واحدة. تعتبر الأجهزة الرقمية مناسبة تمامًا للعمل عند توصيلها بجهاز كمبيوتر خارجي. في بعض أنواع القياسات، يقوم هذا الكمبيوتر بتبديل وظائف القياس بالجهاز ويعطي أوامر نقل البيانات لمعالجتها.
المحولات التناظرية إلى الرقمية.
هناك ثلاثة أنواع رئيسية من ADCs: التكامل والتقريب المتتابع والتوازي. يقوم ADC المتكامل بحساب متوسط إشارة الإدخال بمرور الوقت. من بين الأنواع الثلاثة المذكورة، يعد هذا هو الأكثر دقة، على الرغم من أنه الأبطأ. يتراوح وقت تحويل ADC المدمج من 0.001 إلى 50 ثانية أو أكثر، والخطأ هو 0.1-0.0003%. يكون خطأ التقريب المتتالي ADC أكبر قليلاً (0.4–0.002%)، لكن وقت التحويل يتراوح من ~10 μs إلى ~1 مللي ثانية. تعتبر ADCs المتوازية هي الأسرع، ولكنها أيضًا الأقل دقة: وقت التحويل الخاص بها هو حوالي 0.25 نانو ثانية، والخطأ من 0.4 إلى 2٪.
طرق التمييز.
يتم أخذ عينات من الإشارة في الوقت المناسب عن طريق قياسها بسرعة في نقاط زمنية فردية والاحتفاظ (حفظ) القيم المقاسة أثناء تحويلها إلى شكل رقمي. يمكن عرض تسلسل القيم المنفصلة التي تم الحصول عليها على الشاشة في شكل شكل موجة؛ من خلال تربيع هذه القيم وجمعها، يمكنك حساب القيمة الجذرية لمتوسط مربع الإشارة؛ ويمكن استخدامها أيضًا لحساب وقت الارتفاع، والقيمة القصوى، ومتوسط الوقت، والطيف الترددي، وما إلى ذلك. يمكن أخذ العينات الزمنية إما خلال فترة إشارة واحدة ("الوقت الحقيقي")، أو (مع أخذ عينات متسلسلة أو عشوائية) على مدى عدد من الفترات المتكررة.
الفولتميتر الرقمي والمتعدد.
تقوم أجهزة قياس الفولتميتر الرقمية وأجهزة القياس المتعددة بقياس قيمة شبه ثابتة لكمية ما والإشارة إليها في شكل رقمي. يقيس الفولتميتر الجهد مباشرة فقط، وعادةً ما يكون DC، بينما يمكن لأجهزة القياس المتعددة قياس جهد التيار المستمر والتيار المتردد، والتيار، ومقاومة التيار المستمر، وأحيانًا درجة الحرارة. هذه هي الأجهزة الأكثر شيوعا الغرض العاممع خطأ قياس يتراوح من 0.2 إلى 0.001%، يمكن أن تحتوي على شاشة رقمية مكونة من 3.5 أو 4.5 أرقام. يعد حرف "نصف عدد صحيح" (رقم) إشارة شرطية إلى أن شاشة العرض يمكنها عرض أرقام تتجاوز العدد الاسمي للأحرف. على سبيل المثال، يمكن لشاشة عرض مكونة من 3.5 أرقام (3.5 أرقام) في نطاق 1-2 فولت أن تعرض جهودًا تصل إلى 1.999 فولت.
متر المعاوقة.
هذه أدوات متخصصة تقيس وتعرض سعة المكثف، أو مقاومة المقاوم، أو محاثة ملف حث، أو المقاومة الإجمالية (الممانعة) لتوصيل مكثف أو مغو بمقاوم. تتوفر أدوات من هذا النوع لقياس السعة من 0.00001 pF إلى 99.999 μF، والمقاومة من 0.00001 أوم إلى 99.999 kohm، والحث من 0.0001 mH إلى 99.999 H. ويمكن إجراء القياسات على ترددات من 5 هرتز إلى 100 ميجا هرتز، على الرغم من وجود جهاز واحد. لا تغطي نطاق التردد بأكمله. عند الترددات القريبة من 1 كيلو هرتز، يمكن أن يصل الخطأ إلى 0.02%، لكن الدقة تنخفض بالقرب من حدود نطاقات التردد والقيم المقاسة. يمكن لمعظم الأدوات أيضًا عرض القيم المشتقة، مثل عامل جودة الملف أو عامل فقدان المكثف، المحسوب من القيم المقاسة الرئيسية.
الأدوات التناظرية
لقياس الجهد والتيار والمقاومة عند التيار المباشر، يتم استخدام الأجهزة الكهرومغناطيسية التناظرية المغناطيس الدائموجزء متحرك متعدد المنعطفات. تتميز هذه الأجهزة من نوع المؤشر بخطأ يتراوح من 0.5 إلى 5٪. وهي بسيطة وغير مكلفة (على سبيل المثال، أجهزة السيارات التي تشير إلى التيار ودرجة الحرارة)، ولكنها لا تستخدم عندما تكون هناك حاجة إلى أي دقة كبيرة.
الأجهزة الكهرومغناطيسية.
تستخدم مثل هذه الأجهزة قوة التفاعل بين المجال المغناطيسي والتيار في لفات الجزء المتحرك الذي يميل إلى تدوير الأخير. يتم موازنة عزم هذه القوة مع عزم الزنبرك المعاكس، بحيث تتوافق كل قيمة تيار مع موضع معين للسهم على المقياس. الجزء المتحرك له شكل إطار سلكي متعدد المنعطفات بأبعاد من 3-5 إلى 25-35 ملم وهو خفيف قدر الإمكان. يتم وضع الجزء المتحرك المثبت على محامل حجرية أو معلق على شريط معدني بين قطبي مغناطيس دائم قوي. يعمل أيضًا نوابض حلزونية تعمل على موازنة عزم الدوران كموصلات لتصفية الجزء المتحرك.
يتفاعل الجهاز الكهرومغناطيسي مع التيار الذي يمر عبر لف الجزء المتحرك، وبالتالي فهو مقياس التيار الكهربائي، أو بشكل أكثر دقة، ملليمتر (نظرًا لأن الحد الأعلى لنطاق القياس لا يتجاوز حوالي 50 مللي أمبير). يمكن تكييفه لقياس التيارات الأعلى عن طريق توصيل مقاومة تحويلة منخفضة المقاومة بالتوازي مع ملف الجزء المتحرك بحيث لا يتم تفرع سوى جزء صغير من إجمالي التيار الذي يتم قياسه إلى ملف الجزء المتحرك. مثل هذا الجهاز مناسب للتيارات المقاسة بعدة آلاف من الأمبيرات. إذا قمت بتوصيل مقاوم إضافي على التوالي مع الملف، فسوف يتحول الجهاز إلى الفولتميتر. إن انخفاض الجهد عبر مثل هذا الاتصال المتسلسل يساوي منتج مقاومة المقاوم والتيار الذي يظهره الجهاز، لذلك يمكن معايرة مقياسه بالفولت. لصنع مقياس أومتر من ملليمتر كهرومغناطيسي، تحتاج إلى توصيل المقاومات المقاسة بشكل تسلسلي به وتطبيقها اتصال تسلسليالجهد المستمر، على سبيل المثال من البطارية. التيار في مثل هذه الدائرة لن يكون متناسباً مع المقاومة، وبالتالي هناك حاجة إلى مقياس خاص لتصحيح اللاخطية. بعد ذلك سيكون من الممكن قراءة المقاومة على المقياس مباشرة، ولكن ليس بدقة عالية جدًا.
الجلفانومتر.
تشتمل الأجهزة الكهرومغناطيسية أيضًا على الجلفانومترات - وهي أجهزة حساسة للغاية لقياس التيارات الصغيرة للغاية. لا تحتوي أجهزة الجلفانومتر على محامل؛ حيث يتم تعليق الجزء المتحرك منها على شريط أو خيط رفيع، ويتم استخدام مجال مغناطيسي أقوى، ويتم استبدال المؤشر بمرآة ملتصقة بخيط التعليق (الشكل 1). تدور المرآة مع الجزء المتحرك، ويتم تقدير زاوية دورانها من خلال إزاحة بقعة الضوء التي تلقيها على مقياس مثبت على مسافة حوالي 1 متر. إن أجهزة الجلفانومتر الأكثر حساسية قادرة على إعطاء انحراف مقياس متساوٍ إلى 1 مم مع تغيير في التيار بمقدار 0.00001 ميكرو أمبير فقط.
أجهزة التسجيل
تسجل أدوات التسجيل "تاريخ" التغيرات في قيمة الكمية المقاسة. تشمل الأنواع الأكثر شيوعًا من هذه الأدوات مسجلات الشريط، التي تسجل منحنى التغير في القيمة باستخدام قلم على شريط ورقي للرسم البياني، وأجهزة ذبذبات الذبذبات الإلكترونية التناظرية، التي تعرض منحنى العملية على شاشة أنبوب أشعة الكاثود، وأجهزة ذبذبات الذبذبات الرقمية، التي تخزن إشارات مفردة أو نادرا ما تتكرر. والفرق الرئيسي بين هذه الأجهزة هو سرعة التسجيل. تعتبر المسجلات الشريطية، بأجزائها الميكانيكية المتحركة، هي الأكثر ملاءمة لتسجيل الإشارات التي تتغير مع مرور الثواني أو الدقائق أو حتى بشكل أبطأ. أجهزة الذبذبات الإلكترونية قادرة على تسجيل الإشارات التي تتغير بمرور الوقت من أجزاء من المليون من الثانية إلى عدة ثوانٍ.
قياس الجسور
عادةً ما يكون جسر القياس عبارة عن دائرة كهربائية بأربعة أذرع تتكون من مقاومات ومكثفات وملفات حث، مصممة لتحديد نسبة معلمات هذه المكونات. يتم توصيل مصدر الطاقة بزوج من الأقطاب المتقابلة للدائرة، ويتم توصيل كاشف الصفر بالآخر. تُستخدم جسور القياس فقط في الحالات التي تتطلب أعلى دقة في القياس. (بالنسبة للقياسات متوسطة الدقة، من الأفضل استخدام الأدوات الرقمية لأنها أسهل في التعامل معها.) أفضل جسور قياس محولات التيار المتردد بها خطأ (قياس النسبة) يصل إلى 0.0000001%. تم تسمية أبسط جسر لقياس المقاومة على اسم مخترعه تشارلز ويتستون.
جسر قياس مزدوج DC.
من الصعب توصيل الأسلاك النحاسية بمقاوم دون إدخال مقاومة تلامس تبلغ 0.0001 أوم أو أكثر. في حالة وجود مقاومة قدرها 1 أوم، فإن مثل هذا التيار يقدم خطأ بنسبة 0.01% فقط، ولكن بالنسبة لمقاومة قدرها 0.001 أوم سيكون الخطأ 10%. جسر قياس مزدوج (جسر طومسون)، يظهر مخططه في الشكل. 2، مخصص لقياس مقاومة المقاومات المرجعية ذات القيمة الصغيرة. يتم تعريف مقاومة هذه المقاومات المرجعية ذات الأربعة أقطاب على أنها نسبة الجهد عند أطرافها المحتملة ( ص 1 , ص 2 مقاومات صو ص 3 , ص 4 مقاومات ر سفي الشكل. 2) للتيار من خلال محطاتهم الحالية ( مع 1 , مع 2 و مع 3 , مع 4). باستخدام هذه التقنية، لا تؤدي مقاومة أسلاك التوصيل إلى حدوث أخطاء في نتيجة قياس المقاومة المطلوبة. ذراعين إضافيين مو نالقضاء على تأثير سلك التوصيل 1 بين المحطات مع 2 و مع 3. مقاومة مو نيتم اختيار هذه الأكتاف بحيث يتم تحقيق المساواة م/م= ن/ن. ومن ثم تغيير المقاومة ص، تقليل الخلل إلى الصفر والعثور عليه
ر س = ص(ن/م).
جسور قياس التيار المتردد.
تم تصميم جسور قياس التيار المتردد الأكثر شيوعًا للقياس عند تردد الخط 50-60 هرتز أو الترددات الصوتية (عادة حوالي 1000 هرتز)؛ تعمل جسور القياس المتخصصة بترددات تصل إلى 100 ميجاهرتز. كقاعدة عامة، في جسور قياس التيار المتردد، بدلاً من ذراعين يحددان نسبة الجهد بدقة، يتم استخدام محول. تشمل الاستثناءات لهذه القاعدة جسر قياس ماكسويل-فين.
جسر قياس ماكسويل-فين.
يتيح جسر القياس هذا مقارنة معايير الحث ( ل) بمعايير السعة عند تردد تشغيل غير معروف. تُستخدم معايير السعة في القياسات عالية الدقة لأنها أبسط في التصميم من معايير الحث الدقيقة، وأكثر إحكاما، وأسهل في الحماية، ولا تخلق أي مجالات كهرومغناطيسية خارجية تقريبًا. شروط التوازن لجسر القياس هذا هي: ل س = ر 2 ر 3 ج 1 و ر س = (ر 2 ر 3) /ر 1 (الشكل 3). يكون الجسر متوازنًا حتى في حالة مصدر الطاقة "غير النقي" (أي مصدر إشارة يحتوي على توافقيات التردد الأساسي)، إذا كانت القيمة ل سلا يعتمد على التردد.
جسر قياس المحولات.
إحدى مزايا جسور قياس التيار المتردد هي سهولة ضبط نسبة الجهد الدقيقة باستخدام المحول. على عكس مقسمات الجهد المبنية من المقاومات أو المكثفات أو المحاثات، تحافظ المحولات على نسبة جهد ثابتة على مدى فترة طويلة من الزمن ونادراً ما تتطلب إعادة المعايرة. في الشكل. يوضح الشكل 4 رسمًا تخطيطيًا لجسر قياس المحول لمقارنة ممانعتين من نفس النوع. تشمل عيوب جسر قياس المحولات حقيقة أن النسبة المحددة بواسطة المحول تعتمد إلى حد ما على تردد الإشارة. وهذا يؤدي إلى الحاجة إلى تصميم جسور قياس المحولات فقط لنطاقات تردد محدودة حيث يتم ضمان الدقة المقدرة.
التأريض والتدريع.
كاشفات فارغة نموذجية.
في جسور قياس التيار المتردد، يتم استخدام نوعين من أجهزة الكشف عن الصفر في أغلب الأحيان. الكاشف الفارغ لأحدهم عبارة عن مضخم رنان مزود بجهاز إخراج تناظري يوضح مستوى الإشارة. نوع آخر من كاشفات العدم هو كاشف حساس للطور يفصل إشارة عدم التوازن إلى مكونات نشطة ومتفاعلة، وهو مفيد في التطبيقات حيث يحتاج مكون واحد فقط من المكونات غير المعروفة (على سبيل المثال، الحث) إلى موازنة دقيقة ل، ولكن ليس المقاومة رالمحاثات).
قياس إشارات التيار المتردد
في حالة إشارات التيار المتردد المتغيرة بمرور الوقت، عادة ما يكون من الضروري قياس بعض خصائصها المرتبطة بالقيم اللحظية للإشارة. في أغلب الأحيان، من المرغوب فيه معرفة القيم الكهربائية لـ RMS (rms) AC، نظرًا لأن طاقة التسخين عند 1 VDC تتوافق مع طاقة التسخين عند 1 Vrms AC. إلى جانب هذا، قد تكون الكميات الأخرى ذات أهمية، على سبيل المثال الحد الأقصى أو المتوسط القيمة المطلقة. يتم تحديد القيمة الجذرية التربيعية (الفعالة) للجهد (أو القوة) للتيار المتردد على أنها الجذر التربيعي لمربع متوسط الوقت للجهد (أو التيار):
أين ت- فترة الإشارة ي(ر). القيمة القصوى يالحد الأقصى هو أكبر قيمة لحظية للإشارة، ومتوسط القيمة المطلقة نعم- القيمة المطلقة المتوسطة على مر الزمن. مع التذبذب الجيبي يالتأثير = 0.707 يماكس و نعم = 0,637يالأعلى.
جهد التيار المتردد والقياس الحالي.
تعرض جميع أدوات قياس الجهد والتيار المتردد تقريبًا قيمة يُقترح اعتبارها القيمة الفعالة لإشارة الدخل. ومع ذلك، فإن الأدوات الرخيصة غالبًا ما تقيس متوسط القيمة المطلقة أو القصوى للإشارة ومعايرة المقياس بحيث تتوافق القراءة مع القيمة الفعالة المكافئة، على افتراض أن إشارة الدخل هي شكل موجة جيبية. ولا ينبغي التغاضي عن أن دقة هذه الأجهزة تكون منخفضة للغاية إذا كانت الإشارة غير جيبية. يمكن للأدوات القادرة على قياس القيمة الحقيقية لإشارات التيار المتردد أن تعتمد على واحد من ثلاثة مبادئ: الضرب الإلكتروني، أخذ عينات الإشارة، أو التحويل الحراري. الأجهزة القائمة على المبدأين الأولين، كقاعدة عامة، تستجيب للجهد، وأجهزة القياس الكهربائية الحرارية - للتيار. عند استخدام مقاومات إضافية ومقاومات تحويلية، يمكن لجميع الأجهزة قياس كل من التيار والجهد.
الضرب الإلكتروني.
يتم تنفيذ تربيع إشارة الدخل ومتوسط الوقت لبعض التقريب بواسطة دوائر إلكترونية تحتوي على مكبرات صوت وعناصر غير خطية لإجراء عمليات رياضية مثل إيجاد اللوغاريتم واللوغاريتم المضاد للإشارات التناظرية. يمكن أن تحتوي الأجهزة من هذا النوع على خطأ يصل إلى 0.009% فقط.
أخذ عينات الإشارة.
يتم تحويل إشارة التيار المتردد إلى شكل رقمي باستخدام ADC عالي السرعة. يتم تربيع قيم الإشارة التي تم أخذ عينات منها وجمعها وتقسيمها على عدد القيم التي تم أخذ عينات منها في فترة إشارة واحدة. الخطأ في هذه الأجهزة هو 0.01-0.1٪.
أدوات القياس الكهربائية الحرارية.
يتم توفير أعلى دقة لقياس القيم الفعالة للجهد والتيار بواسطة أدوات القياس الكهربائية الحرارية. يستخدمون محول تيار حراري على شكل حاوية زجاجية صغيرة مفرغة مع سلك تسخين (بطول 0.5-1 سم)، يتم توصيل وصلة ساخنة مزدوجة حرارية بخرزة صغيرة في الجزء الأوسط منها. توفر الخرزة اتصالًا حراريًا وفي نفس الوقت عزلًا كهربائيًا. مع زيادة درجة الحرارة، المرتبطة مباشرة بالقيمة الفعالة للتيار في سلك التسخين، يظهر EMF حراري (جهد التيار المباشر) عند خرج المزدوجة الحرارية. هذه المحولات مناسبة لقياس تيار التيار المتردد بتردد من 20 هرتز إلى 10 ميجا هرتز.
في الشكل. يوضح الشكل 5 رسمًا تخطيطيًا لجهاز قياس كهربائي حراري مع محولي تيار حراري تم اختيارهما وفقًا للمعلمات. عندما يتم تطبيق جهد التيار المتردد على مدخلات الدائرة Vالتيار المتردد عند مخرج المزدوجة الحرارية للمحول TS 1 يحدث جهد تيار مستمر، مكبر للصوت أيخلق تيارًا مباشرًا في سلك التسخين الخاص بالمحول TS 2، حيث تنتج المزدوجة الحرارية نفس جهد التيار المستمر، ويقوم مقياس التيار المستمر التقليدي بقياس تيار الخرج.
باستخدام مقاوم إضافي، يمكن تحويل مقياس التيار الموصوف إلى الفولتميتر. نظرًا لأن عدادات الكهرباء الحرارية تقيس التيارات مباشرة من 2 إلى 500 مللي أمبير فقط، فإن هناك حاجة إلى مجزئات المقاوم لقياس التيارات الأعلى.
قوة التيار المتردد وقياس الطاقة.
الطاقة التي يستهلكها الحمل في دائرة التيار المتردد تساوي منتج متوسط الوقت للقيم اللحظية للجهد وتيار الحمل. إذا كان الجهد والتيار يختلفان بشكل جيبي (كما هو الحال عادة)، فإن الطاقة ريمكن تمثيلها في النموذج ص = الذكاء الاصطناعيكوس ي، أين هو أناهي القيم الفعالة للجهد والتيار، و ي- زاوية الطور (زاوية التحول) للجهد والجيوب الحالية. إذا تم التعبير عن الجهد بالفولت والتيار بالأمبير، فسيتم التعبير عن الطاقة بالواط. مضاعف كوس ي، يسمى عامل الطاقة، ويميز درجة تزامن تقلبات الجهد والتيار.
مع النقطة الاقتصاديةومن وجهة نظر فإن أهم كمية كهربائية هي الطاقة. طاقة دبليويتم تحديده من خلال منتج الطاقة ووقت استهلاكه. في شكل رياضيهو مكتوب مثل هذا:
إذا كان الوقت ( ر 1 - ر 2) يقاس بالثواني، الجهد ه- بالفولت والتيار أنا- بالأمبير، ثم الطاقة دبليوسيتم التعبير عنها بالواط ثانية، أي. جول (1 J = 1 وات ث). إذا تم قياس الوقت بالساعات، فسيتم قياس الطاقة بالواط ساعة. من الناحية العملية، يعد التعبير عن الكهرباء بالكيلووات/ساعة أكثر ملاءمة (1 كيلووات ساعة = 1000 وات ساعة).
عدادات الكهرباء تقاسم الوقت.
تستخدم عدادات الكهرباء بنظام تقاسم الوقت طريقة فريدة جدًا ولكنها دقيقة لقياس الطاقة الكهربائية. يحتوي هذا الجهاز على قناتين. إحدى القنوات هي مفتاح إلكتروني يسمح أو لا يمرر إشارة الإدخال ي(أو إشارة الإدخال المعكوسة - ي) إلى مرشح تمرير منخفض. يتم التحكم في حالة المفتاح من خلال إشارة الخرج للقناة الثانية مع نسبة الفاصل الزمني "المغلق"/"المفتوح" المتناسبة مع إشارة الدخل الخاصة بها. متوسط الإشارة عند خرج المرشح يساوي متوسط الوقت لمنتج إشارتي الإدخال. إذا كانت إحدى إشارات الدخل متناسبة مع جهد الحمل والأخرى متناسبة مع تيار الحمل، فإن جهد الخرج يتناسب مع الطاقة التي يستهلكها الحمل. يبلغ خطأ هذه العدادات الصناعية 0.02٪ عند ترددات تصل إلى 3 كيلو هرتز (تبلغ نسبة الخطأ في العدادات المخبرية حوالي 0.0001٪ فقط عند 60 هرتز). باعتبارها أدوات عالية الدقة، يتم استخدامها كعدادات قياسية لفحص أدوات قياس العمل.
أخذ عينات من أجهزة قياس الواط وعدادات الكهرباء.
تعتمد هذه الأجهزة على مبدأ الفولتميتر الرقمي، ولكنها تحتوي على قناتين للإدخال تقومان بأخذ عينات من إشارات التيار والجهد على التوازي. كل قيمة منفصلة ه(ك) ، التي تمثل القيم اللحظية لإشارة الجهد في وقت أخذ العينات، مضروبة في القيمة المنفصلة المقابلة أنا(ك) تم استلام الإشارة الحالية في نفس الوقت. المتوسط الزمني لهذه المنتجات هو الطاقة بالواط:
يعطي المجمع الذي يجمع المنتجات ذات القيم المنفصلة بمرور الوقت إجمالي الكهرباء بالواط ساعة. يمكن أن يصل الخطأ في عدادات الكهرباء إلى 0.01%.
عدادات الكهرباء التعريفي.
مقياس الحث ليس أكثر من مجرد محرك كهربائي يعمل بالتيار المتردد منخفض الطاقة مزود بملفين - ملف تيار ولف جهد. يدور قرص موصل موضوع بين اللفات تحت تأثير عزم الدوران المتناسب مع الطاقة المستهلكة. تتم موازنة عزم الدوران هذا بواسطة التيارات المستحثة في القرص بواسطة مغناطيس دائم، بحيث تتناسب سرعة دوران القرص مع استهلاك الطاقة. يتناسب عدد دورات القرص لفترة معينة مع إجمالي الكهرباء التي يتلقاها المستهلك خلال هذا الوقت. يتم حساب عدد دورات القرص بواسطة عداد ميكانيكي يوضح الكهرباء بالكيلووات/ساعة. تستخدم الأجهزة من هذا النوع على نطاق واسع كعدادات كهرباء منزلية. عادة ما يكون خطأهم 0.5%؛ لديهم عمر خدمة طويل تحت أي المستويات المسموح بهاحاضِر.
الأدب:
أتاميليان على سبيل المثال. إلخ. أدوات وطرق قياس الكميات الكهربائية. م، 1982
مالينوفسكي ف.ن. إلخ. القياسات الكهربائية. م، 1985
أفديف ب.يا. إلخ. أساسيات المترولوجيا والقياسات الكهربائية. ل.، 1987