Elektriksel ölçümlerin temel yöntem türleri ve teknolojisi. Elektriksel ölçüm türleri ve yöntemleri

ELEKTRONİK EĞİTİMİ

"ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ" DİSİPLİNİNDE

ÖLÇÜMLER"

Tamamlanmış:

CST Arkhipova N.A.'nın öğretmeni

Kstovo 2015

PCC'de incelendi

elektrik mühendisliği disiplinleri

"___"____________20____

Protokol No._________

PCC BaşkanıN.I. Fomochkina

Onaylı

metodolojik olarak

konsey

"___"____________20____

Metodoloji Konseyi BaşkanıE.A. Kostina

öğretici Tam zamanlı olarak 220703 Teknolojik süreçlerin ve üretimin (endüstriye göre) otomasyonu alanında okuyan öğrencilere yöneliktir.

İÇERİK

GİRİŞ 4

Bölüm 1. Eyalet sistemiölçümlerin tekdüzeliğinin sağlanması 5

Konu 1.1 Ana ölçüm türleri ve yöntemleri, sınıflandırılması 5

Konu 1.2.Ölçüm cihazlarının metrolojik göstergeleri 7

Bölüm 2 Elektriksel ölçüm aletleri ve yöntemleri 9

Konu 2.1 Elektromekanik mekanizmaları ve ölçüm devreleri

cihazlar 9

Konu 2.2 Akımı ölçmek için aletler ve yöntemler 14

Konu 2.3 Gerilimi ölçmek için aletler ve yöntemler 18

Konu 2.4 Güç ve enerjiyi ölçmek için araçlar ve yöntemler 21

Konu 2.5 Elektrik devrelerinin parametrelerini ölçmek için aletler ve yöntemler 24

cihazlar 28

Bölüm 3 Dalga Formu Çalışması 31

Konu 3.1 Osiloskoplar 31

Konu 3.2 Frekans ve zaman aralığını ölçmek için araçlar ve yöntemler 32

Konu 3.3 Faz kaymasını ölçmek için araçlar ve yöntemler 35

GİRİİŞ

Akademik disiplinin amaç ve hedefleri. Elektriksel ölçümlerin gelişiminin tarihçesinden kısa bilgi. Bu akademik disiplinin diğer disiplinlerle bağlantısı.

Ölçüm yapmak, dünya hakkında objektif bilgi edinmenin ana yollarından biridir ve biriken deneysel materyal,genellemeler için temel ve varlığının yasalarını oluşturmak vegelişim. Aynı zamanda ölçüm yapmanın koşulsuz bir pratikliği vardır.değer büyük ölçüde ölçüm sonuçlarına ve teknikkalkınma ve bireysel ekonomik varlıklar arasındaki etkileşimaktiviteler. Tüm ölçümler arasında elektriksel ölçümler, elektrik sinyallerinin evrenselliği ve mevcut olması nedeniyle özel bir yere sahiptir.genellikle manyetik ve ölçüm yaparken bunların işlenmesi ve saklanması için olanaklarelektriksel olmayan büyüklükler, dönüştürücünün çıkış sinyaliyani bir elektrik sinyali.

Bölüm 1. Birliğin sağlanmasına yönelik devlet sistemi

ölçümler

Konu 1.1 Temel türleri ve ölçüm yöntemleri, bunların

sınıflandırma

Elektrikli ölçüm ekipmanlarının rolü ve önemi. "Ölçüm" kavramının tanımı. Birimler fiziksel büyüklükler. Ölçme yöntemlerinin sınıflandırılması ve kısa özellikleri. Doğrudan ve dolaylı yöntemler. Doğrudan değerlendirme yöntemleri ve karşılaştırma yöntemleri (diferansiyel, sıfır, ikame). Ölçme aletleri kavramı: temel elektriksel büyüklüklerin ölçüleri, elektriksel ölçme aletleri, elektriksel ölçme tesisleri, ölçme transdüserleri, bilgi sistemleri. Elektrikli ölçüm cihazlarının sınıflandırılması ve işaretlenmesi.

Numaraya teknik araçlarölçümler; ölçümleri, ölçüm dönüştürücülerini, ölçüm aletlerini ve ölçüm sistemlerini içerir. Ölçüm dönüştürücü, ölçülen bir parametreyi, belirli bir mesafe boyunca daha fazla iletilmeye veya bir kontrol cihazı devresine uygun bir sinyale dönüştürmek üzere tasarlanmış bir cihazdır.

Dönüştürücüler birincil (sensörler), ara, verici ve ölçeğe ayrılmıştır. Ölçülen miktara giriş adı verilir ve dönüşümün sonucuna çıkış sinyali denir.

Birincil dönüştürücüler, fiziksel nicelikleri sinyallere dönüştürmek için tasarlanmıştır ve iletim ve ara dönüştürücüler, mesafe üzerinden iletim ve kayıt için uygun sinyaller üretir.

Ölçek dönüştürücüler, ölçülen miktarın belirli sayıda değiştiği, yani bir fiziksel miktarı diğerine dönüştürmedikleri dönüştürücüleri içerir.

Bir ölçüm cihazı, bir gözlemci (operatör) tarafından doğrudan algılanabilecek bir biçimde ölçüm bilgisi üretmek üzere tasarlanmış bir cihazdır. Ölçme aletleri iki gruba ayrılır.

Birinci grup, okumaları ölçülen parametrenin sürekli bir fonksiyonu olan analog cihazları içerir.

İkinci grup dijital cihazları içerir. Dijital formda ölçülen bilgilerin ayrık sinyallerini üretirler.

Ölçüm sistemi, ölçüm dönüştürücülerini ve cihazlarını birleştirerek insan müdahalesi olmadan parametre ölçümleri sağlar.

Devlet standardı, Uluslararası Birimler Sisteminin (SI) bilim ve teknolojinin tüm alanlarında uygulanmasını sağlar.

SI yedi temel birim, iki ek birim ve yirmi yedi ana türetilmiş birimden oluşur. Temel birimler şunları içerir: metre (m), kilogram (kg), saniye (s), amper (A), kelvin (K), mol (mol), kandela (cd).

SI tamamlayıcı birimleri radyan ve steradyanı içerir ve diğer tüm birimler türetilmiştir. Örneğin kuvvet birimi newton (N), 1 kg ağırlığındaki bir cisme 1 m/s2'lik bir ivme kazandırır; Basıncın birimi paskaldır (Pa), basınç birimi yüzeye dik olarak 1 m2'ye 1 N'ye eşit bir kuvvetin etki ettiği eşit dağılmış bir basınçtır.

Tüm ölçümler doğrudan ve dolaylı olarak ayrılmıştır. Doğrudan ölçümler için sayısal değerÖlçülen parametre doğrudan bir ölçüm cihazı tarafından belirlenir: örneğin sıcaklığın bir termometre ile ölçülmesi veya bir parçanın doğrusal boyutlarının bir ölçüm cihazı ile ölçülmesi.

Dolaylı ölçümler, istenen parametrenin aşağıdakilere dayalı olarak belirlenmesini içerir: doğrudan ölçüm belirli bir parametrenin ölçülen parametresiyle ilişkili yardımcı miktar fonksiyonel bağımlılık. Örneğin bir cismin hacminin uzunluğuna, genişliğine ve yüksekliğine göre belirlenmesi veya bir direnç termometresinin elektrik iletkenliğini değiştirerek sıcaklığın ölçülmesi.

Kendi kendine test soruları

Ölçüm nedir?

Ölçüm türlerinin sınıflandırılması nedir?

Örnek ölçüm cihazları ile çalışan cihazlar arasındaki fark nedir?

Elektrikli ve radyo ölçüm cihazları nasıl sınıflandırılır ve belirlenir?

Konu 1.2. Ölçüm cihazlarının metrolojik göstergeleri

Hata türleri, sayısal ifade biçimine göre, oluşma şekline göre, uygulanma olasılığına göre sınıflandırılması.

Sistematik hatalar, atanması ve değerlendirilmesi. Rastgele hatalar, oluşum kaynakları. Hata dağılımı yasaları. Normal dağılımın özellikleri. Hataların belirlenmesi.

Ölçme cihazlarının özellikleri olarak hatalar. Hata türleri ve bunların ortaya çıkmasının ana nedenleri. Cihazın doğruluk sınıfına göre cihaz hatasının belirlenmesi. Bir elektrikli ölçüm cihazının limiti, bölme değeri, hassasiyeti. Elektrik ölçüm aletlerini test etmek için tipik metodoloji. Ölçüm sonuçlarının işlenmesine ilişkin genel bilgiler.

Herhangi bir ölçüm bir sisteme göre gerçekleşmelidir: planlama, ölçümlerin gerçekleştirilmesi, ölçüm sonuçlarının matematiksel olarak işlenmesi. İşleme sırasında hataların belirlenmesine dikkat edin. Ortaya çıkan hatanın nasıl hesaplanacağını öğrenmek, sistematik ve rastgele hataların nasıl toplandığını ve ortaya çıkan hatanın belirli bir olasılık düzeyiyle nasıl belirlendiğini bilmek çok önemlidir.

Nedenlerine bağlı olarak hatalar beş gruba ayrılır: ölçüm yöntemi hataları, cihaz hataları, cihazın ayarları ve ölçüm nesnesi ile etkileşimi, dinamik ve subjektif hatalar.

Bir ölçüm yöntemindeki hatalar, bilinen hataların kaynaklarını ortadan kaldırmayan seçilmiş bir ölçüm tasarımının sonucudur.

Enstrümantal hatalar, ölçüm cihazlarının kusurlarına, yani ölçüm cihazının parçalarının üretim hatalarına bağlıdır.

Ölçü aletlerinin ayar hataları çalışma koşullarına göre belirlenir. Cihazın ölçülen nesneyle etkileşimi sırasında hatalar ortaya çıkabilir; örneğin, ölçme kuvvetinin, ölçülen parçanın deformasyonu üzerindeki etkisinin neden olduğu hatalar.

Ölçülen miktar dönüştürülürken dinamik hatalar ortaya çıkar. Dinamik hatalar, ölçülen parametredeki değişikliklerin ataletinin bir sonucu olarak ortaya çıkar.

Operatörün sınırlı fiziksel yetenekleri nedeniyle öznel hatalar ortaya çıkar.

Çalışma koşullarına bağlı olarak iki tür hata ayırt edilir: temel ve ek.

Ana hatalar, dış faktörlerin etkisinin minimum olduğu ölçüm cihazının normal çalışma koşullarında meydana gelir.

Ek hatalar, örneğin ortam sıcaklığı veya basıncındaki değişiklikler gibi cihazın normal çalışma koşullarını bozan dış faktörlerden kaynaklanır.

Mutlak hata değeri ise Ölçülen parametrenin gerçek değeri A0'a atfedildiğinde bağıl hatayı elde ederiz , yani

= / A0.

Mutlak hata oranı enstrüman ölçeği aralığınaNazaltılmış bağıl hata denir.

Kendi kendine test soruları

Hatalar hangi kriterlere göre sınıflandırılır?

Göreli hatanın verilen hatadan farkı nedir?

Rastgele hatayı karakterize etmek için hangi göstergeler kullanılır?

Elde edilen bir dizi ölçüm sonucundaki "eksikliği" nasıl tespit edebilirsiniz?

Eşit hassasiyetli ve eşit olmayan hassasiyetli ölçümler arasındaki fark nedir?

Dolaylı ölçümlerin sonuçlarını işlemenin metodolojisi nedir?

Nasıl ortaya çıkan hatayı hesaplayın?

SEÇENEK #1

Sorular

1. Mutlak hata nedir?

bir miktarın ölçülen ve gerçek değerleri arasındaki fark

2 . Cihazın hassasiyeti nedir?

tutum değişikliği

bu, alet skalasının bir bölümü başına ölçülen değerin birim sayısıdır

3 . Okuma aralığı

ölçeğin son ve başlangıç ​​değerleri ile sınırlı olan ölçek değerleri aralığı

ölçüm cihazının izin verilen hatalarını normalleştiren

4 . SI kalibrasyonu nedir?

metrolojik özelliklerin gerçek değerlerini belirlemek için gerçekleştirilen bir dizi işlem

ölçümlerin tekdüzeliğini sağlamayı amaçlayan bir dizi işlem ve çalışma türü.

5 . Azaltılmış hata

yüzde olarak ifade edilen mutlak hatanın gerçek değere oranı

yüzde olarak ifade edilen mutlak hatanın standart değere oranı

bir büyüklüğün ölçülen değeri ile gerçek değeri arasındaki fark

SEÇENEK #2

Sorular

1 . Göreceli hata nedir?

yüzde olarak ifade edilen mutlak hatanın standart değere oranı

bir büyüklüğün ölçülen değeri ile gerçek değeri arasındaki fark

yüzde olarak ifade edilen mutlak hatanın gerçek değere oranı

2.Cihazın bölme fiyatı nedir?

alet skalasının bir bölümü başına ölçülen değerin birim sayısı

tutum değişikliği

Buna neden olan ölçülen değerdeki değişikliğe çıkış sinyali

ölçeğin son ve başlangıç ​​değerleri ile sınırlı olan ölçek değerleri aralığı

3 . Cihaz okumalarındaki değişiklik

bir büyüklüğün ölçülen değeri ile gerçek değeri arasındaki fark

ölçülen miktarın aynı değeri için okumalardaki en büyük fark

4 . Ölçüm aralığı

ölçülen değerin değer aralığı,cihazın izin verilen hatalarını normalleştiren

bir büyüklüğün ölçülen değeri ile gerçek değeri arasındaki fark

son ve başlangıç ​​ölçek değerleriyle sınırlı olan alet ölçeği değerleri aralığı

5 . SI doğrulaması nedir?

MX'in gerçek değerlerini belirlemek için gerçekleştirilen bir dizi işlem.

ölçümlerin tekdüzeliğini sağlamayı amaçlayan bir dizi işlem ve çalışma türü

Ölçüm cihazlarının metrolojik gerekliliklere uygunluğunu doğrulamak için gerçekleştirilen bir dizi işlem

Bölüm 2 Elektriksel ölçüm aletleri ve yöntemleri

Konu 2.1 Mekanizmalar ve ölçüm devreleri

elektromekanik cihazlar

Manyetoelektrik, elektromanyetik, elektrodinamik, ferrodinamik, elektrostatik, indüksiyon sistemlerinin ölçme mekanizmaları. Çeşitli elektriksel ölçüm mekanizmaları oluşturmanın genel prensibi. Elektromekanik cihazların çalışma prensibi. Ölçme devreleri kavramı. Elektrikli ölçüm cihazlarının ölçüm devresi: voltmetreler, ampermetreler, wattmetreler. Cihazlara uygulanan semboller.

Manyetoelektrik bir cihazın ana işlevsel kısmı ölçüm mekanizmasıdır. Yapısal olarakmanyetoelektrikmekanizmakoşmaveyaİlemobilbobin (çerçeve),ya damobilmıknatıs. Daha Büyük Uygulama bu gruplardan ilkine sahiptir.

Manyetoelektrik mekanizmanın çalışma prensibi, kalıcı bir mıknatısın manyetik alanlarının ve içinden akımın aktığı bir bobinin (çerçeve) etkileşimine dayanmaktadır. Karşıt moment mekanik ve elektromanyetik olarak oluşturulabilir.

Manyetoelektrik cihazlar şu şekilde kullanılır: 1) DC devrelerindeki akımları ve voltajları ölçmek için ampermetreler ve voltmetreler (bu amaçlar için, nadir durumlarda diğer grupların cihazları kullanılır); 2) ohmmetreler; 3) sıfır gösterge olarak kullanılan ve ayrıca küçük akımları ve voltajları ölçmek için kullanılan doğru akım galvanometreleri; 4) küçük miktarlarda elektriği ölçmek için kullanılan balistik galvanometreler; 5) devrelerde ölçüm aletleri klima: a) hızlı süreçleri gözlemlemek ve kaydetmek için kullanılan osilografik galvanometreler; b) esas olarak alternatif akımın sıfır göstergesi olarak kullanılan titreşim galvanometreleri; c) AC'den DC'ye dönüştürücü içeren doğrultucu, termoelektrik ve elektronik cihazlar.

Avantajları Manyetoelektrik cihazlar şunlardır: 1) yüksek hassasiyet; 2) yüksek doğruluk; 3) düşük kendi güç tüketimi; 4) tek tip ölçek; 5) dış manyetik alanların düşük etkisi.

İLE eksiklikler Manyetoelektrik cihazlar şunları içerir: 1) düşük aşırı yük kapasitesi; 2) karşılaştırmalı olarak karmaşık tasarım; 3) dönüştürücülerin yokluğunda uygulama yalnızca DC devrelerinde.

Bir elektromanyetik cihazın ana kısmı elektromanyetik IM'dir. PrensipElektromanyetik ölçüm mekanizmasının etkisi manyetik alanın etkileşimine dayanır. iletken tarafından oluşturulan akım ve ferromanyetik çekirdek ile.

Şu anda uygulanıyor büyük sayı amaç, IM tasarımı, bobin ve çekirdek şekli vb. bakımından farklılık gösteren çeşitli elektromanyetik cihaz türleri.

Hareketli parçanın ataletine veya doğal salınımlarının frekansına bağlı olarak, tüm elektromanyetik cihazlar iki gruba ayrılır: rezonanslı ve rezonanssız. Rezonans olanlar yalnızca alternatif akımla çalışır.Rezonanssız cihazlarda hareketli parçanın atalet momenti önemlidir ve hareketli parçanın yer değiştirmesi etkin akım değerinin karesi ile orantılıdır.

Her iki cihaz grubu da iki alt gruba ayrılır: polarize ve polarize olmayan. Polarize cihazlarda mıknatıslama bobinine ek olarak kalıcı bir mıknatıs da bulunur. Polarize rezonanssız cihazlar yüksek doğruluğa sahip değildir. Rezonans cihazlarından esas olarak kamış hertzmetreler kullanılır.

Manyetik devrenin doğasına bağlı olarak, rezonans olmayan cihazlar, geleneksel olarak kapalı olarak adlandırılan ve manyetik devresi olmayan manyetik devreli cihazlara ayrılır. Manyetik çekirdeğe sahip cihazlar daha düşük güç tüketimine sahiptir, ancak aynı zamanda manyetik çekirdekteki girdap akımları ve histerezis nedeniyle oluşan kayıplar nedeniyle önemli hatalar vardır.Manyetik çekirdeği olmayan cihazlar küçük bir içsel manyetik alana sahiptir ve okumaların dış manyetik alanların etkisine daha fazla bağımlılığı vardır vecihazlar oluşturmanıza izin verir yüksek hassasiyet Doğru ve alternatif akımda çalışmak için. Bu cihazlar itici ve geri çekici cihazlara ayrılmıştır. Birinci tip cihazlarda, bobinin içinde akım bulunan ferromanyetik çekirdekler aynı şekilde mıknatıslanır ve birbirini iter.

Elektrodinamik MIoluşursabit ve hareketli bobin sistemleri (çerçeveler), standlar, elastik elemanlar, damper, okuma cihazı, manyetik koruma araçları. Bobinler yuvarlak veya dikdörtgen şeklinde yapılır. Yuvarlak bobinler dikdörtgene kıyasla şunları sağlar:arttırmak%15-20 oranında hassasiyet. Dikdörtgen bobinli cihazlardaha küçükcihazın dikey boyutları.

Ferrodinamik cihazlar ferrodinamik bir ölçüm mekanizmasına dayanmaktadır. Ferrodinamik ölçüm mekanizmasının çalışma prensibiiçindeetkileşimmanyetikakımları olan iki iletken sistemin alanları ve esasen bir tür elektrodinamik mekanizmadır. Farköyleduyarlılığı artırmak için MI, yumuşak manyetik malzemeden yapılmış bir manyetik çekirdek içerir.Kullanılabilirlikmanyetik devreönemli ölçüdeartarmanyetikÇalışma aralığındaki alan ve aynı zamanda tork artar.

Elektrostatik aletler, elektrostatik ölçüm mekanizması temel alınarak üretilmiştir.bir mobil sistemdirVesabitelektrotlar.Altındaaksiyonelektrotlara uygulanan voltaj,hareketli elektrotlar sabit olanlara göre sapar. Elektrostatik IM'lerde hareketli parçanın sapması kapasitanstaki bir değişiklikle ilişkilidir.

Elektrostatik cihazlar aşağıdaki özelliklerle karakterize edilir: 1) çok küçükdoğru akım ve düşük frekanslarda kendi güç tüketimi. Bu, yalnızca kısa süreli bir şarj akımından ve yalıtım boyunca çok küçük kaçak akımların akışından kaynaklandığı gerçeğiyle açıklanmaktadır. Alternatif akımda, IM'nin küçük kapasitansı ve küçük dielektrik nedeniyle güç tüketimi de düşüktür.kayıplarVizolasyon;2) genişsıklıkmenzil(20 Hz'den 35 MHz'e kadar); 3) ölçülen voltaj eğrisinin şeklindeki değişikliklere okumaların düşük bağımlılığı; 4) ölçüm gerilimi transformatörleri kullanılmadan yüksek gerilimlerin (300 kV'a kadar) doğrudan ölçümü için bunları doğru ve alternatif akım devrelerinde kullanma imkanı. Bununla birlikte elektrostatik cihazların dezavantajları da vardır: güçlü etki harici elektrostatik alanlar, voltaja karşı düşük hassasiyete sahiptir, elektrotların şekli vb. seçilerek dengelenmesi gereken eşit olmayan bir ölçeğe sahiptir.

Elektrostatik cihazların doğruluğu, hataları azaltacak özel tasarım ve teknolojik önlemlerin kullanılmasıyla yüksek düzeyde elde edilebilir. Şu anda, 0.2 doğruluk sınıfına sahip taşınabilir cihazlar geliştirilmiştir; 0,1 ve 0,05.

Yapısal olarak indüksiyon ölçüm mekanizmasıbir veya daha fazla sabit elektromıknatıs ve genellikle bir eksen üzerine monte edilmiş alüminyum disk şeklinde yapılan hareketli bir parçadan oluşur. Yönlendirilmiş değişken manyetik akıdiskin düzlemine dik, ikincisini delip geçen,içinde girdap akımları yaratır. Akışların diskteki akımlarla etkileşimi hareketli parçanın hareketine neden olur.

Manyetik akı sayısına göre,hareketli parçayı geçerek tek dişli veya çok dişli olabilirler. Tek akışlı endüksiyon mekanizmaları şu anda ölçüm teknolojisinde kullanılmamaktadır.

Elektromanyetik, elektrodinamik ve ferrodinamik sistem cihazlarını incelerken, çalışma prensibine göre bu cihazların hem doğru hem de alternatif akım devrelerinde ölçümler için uygun olmasına dikkat etmek gerekir.

Kendi kendine test soruları

1. Gösterge cihazının hareketli kısmının statik denge durumunu ve ölçeğinin denklemini yazın ve açıklayın.

2. Gösterge aletlerinde karşıt anlar nasıl yaratılıyor?

3. Cihazın kendi enerji tüketimi nedir, ölçüm sonuçlarına ne gibi etkisi olabilir?

4. Manyetoelektrik sistem cihazının çalışma prensipleri ve tasarımı nelerdir?

5. Elektromanyetik, elektrodinamik ve elektrostatik sistem cihazlarının çalışma ve tasarım prensipleri nelerdir?

6. Manyetoelektrik sistemin logometreleri nasıl yapılır ve çalışma prensibi nedir?

7. Aletlerin ölçüm sınırlarını genişletmek için hangi yöntemler kullanılıyor? çeşitli sistemler?

Konu 2.2 Akımı ölçmek için aletler ve yöntemler

Güncel ölçüm yöntemleri. Cihaz, çalışma prensibi, teknik özellikler, çeşitleri, ana ampermetre türlerinin uygulama alanları, akım kelepçeleri. Akım trafoları ve şöntler kullanılarak ölçüm sınırlarının genişletilmesi. Akım ölçümü için kombine aletlerin uygulanması. Akımı ölçmek için bir cihaz seçmek, onu bir devreye bağlamak, ölçmek, ölçüm sonucunu işlemek.

Akımı ölçmeden önce frekansı, şekli, beklenen değeri, gerekli ölçüm doğruluğu ve ölçümün yapıldığı devrenin direnci hakkında fikir sahibi olmanız gerekir. Bu ön bilgi,

en uygun ölçüm yöntemini ve ölçüm cihazını seçin. Akım ve voltajı ölçmek için doğrudan değerlendirme yöntemi ve karşılaştırma yöntemi kullanılır. Herhangi bir devredeki akımı ölçmek için devreye seri olarak bir ampermetre bağlanır.

Ampermetre öyle tasarlandıiç direnç mümkün olduğu kadar küçüktü. Bu nedenle seri değil, yüke paralel olarak açarsanız koşullar tahmin edilemez olabilir.Tam olarak içerideki düşük direnç nedeniyle ampermetreden büyük bir akım akacak ve bu da cihazın yanmasına veya tellerin yanmasına neden olacaktır.

Ampermetre- Bir elektrik devresindeki doğru ve alternatif akımın gücünü belirlemek için bir ölçüm cihazı. Ampermetrenin okumaları tamamen içinden geçen akımın miktarına bağlıdır ve bu nedenle ampermetrenin direnci, yük direnciyle karşılaştırıldığında mümkün olduğu kadar küçük olmalıdır. Tasarım özelliklerine göre ampermetreler manyetoelektrik, elektromanyetik, termoelektrik, elektrodinamik, ferrodinamik ve doğrultucu olarak ayrılır.

Manyetoelektrik ampermetreler DC devrelerindeki düşük akımı ölçmek için kullanılır. Manyetoelektrik bir ölçüm mekanizmasından ve ölçülen akımın farklı değerlerine karşılık gelen işaretli bölümlere sahip bir ölçekten oluşurlar.

ElektromanyetikampermetrelerDC ve AC devrelerinde akan akımın gücünü ölçmek için tasarlanmıştır. Çoğunlukla endüstriyel frekanstaki (50 Hz) AC devrelerindeki kuvveti ölçmek için kullanılır. Ölçeği cihazın bobininden akan akım birimleriyle işaretlenmiş bir ölçüm mekanizmasından oluşurlar. Bobin yapmak için geniş bir tel kesiti kullanabilir ve bu nedenle büyük bir akımı (200 A'nın üzerinde) ölçebilirsiniz.

TermoelektrikampermetrelerYüksek frekanslı alternatif akım devrelerinde ölçümler için kullanılır. Bir termokuplun kaynaklandığı bir iletken (ısıtıcı) olan kontaklı veya temassız dönüştürücüye sahip bir manyetoelektrik cihazdan oluşurlar (ısıtıcıdan belirli bir mesafeye yerleştirilebilir ve onunla doğrudan teması olmayabilir). Isıtıcıdan geçen akım, bir termokupl tarafından kaydedilen ısınmasına (aktif kayıplar nedeniyle) neden olur. Ortaya çıkan termal radyasyon, devredeki akım gücüyle orantılı bir açıyla sapan manyetoelektrik akım ölçerin çerçevesini etkiler.

Elektrodinamik ampermetreler, yüksek frekanslı (200 Hz'e kadar) DC ve AC devrelerindeki akımı ölçmek için kullanılır. Cihazlar aşırı yüklere ve harici manyetik alanlara karşı çok hassastır. Çalışan akım sayaçlarını kontrol etmek için kontrol cihazları olarak kullanılırlar. Ölçülen maksimum akımın değerine bağlı olarak bobinleri seri veya paralel bağlanan bir elektrodinamik ölçüm mekanizmasından ve dereceli bir ölçekten oluşurlar. Akımları ölçerken düşük güç bobinler seri olarak, büyük olanı ise paralel olarak bağlanır.

Ferrodinamik ampermetreler tasarım açısından dayanıklı ve güvenilirdir ve harici manyetik alanlara karşı duyarsızdır. Ferrodinamik ölçüm aparatlarından oluşurlar ve çoğunlukla otomatik kontrol sistemlerinde kayıt yapan ampermetreler olarak kullanılırlar.

Her ampermetre Ölçülen değerin belirli bir maksimum değeri için hesaplanır. Ancak değeri cihazın ölçüm limitlerinden daha büyük olan belirli bir miktarı ölçmenin gerekli olduğu durumlar sıklıkla ortaya çıkar. Ancak bu cihazın ölçüm sınırlarını genişletmek her zaman mümkündür. Bunu yapmak için ampermetreye paralel olarak ölçülen akımın bir kısmının geçtiği bir iletken bağlanır. Bu iletkenin direnç değeri, ampermetreden geçen akımın izin verilen maksimum değeri aşmayacağı şekilde hesaplanır. Bu dirence şönt direnci denir. Bu tür eylemlerin sonucu, örneğin 1 A'ya kadar bir akım için tasarlanmış bir ampermetrenin 10 kat daha büyük bir akımı ölçmesi gerekiyorsa, şönt direncinin direncinden 9 kat daha az olması gerektiği olacaktır. ampermetre. Tabi bu durumda kalibrasyon maliyeti 10 kat artıyor, doğruluk da aynı oranda azalıyor.

Ampermetrenin ölçüm sınırını genişletmek için (içindek DC devrelerinde ampermetreye paralel bağlanan şönt dirençler kullanılır.

Ampermetre ölçekleri genellikle doğrudan akım birimleriyle kalibre edilir:

amper, miliamper veya mikroamper. Sıklıkla laboratuvar uygulamasıçok aralıklı ampermetreler kullanır. Bu tür cihazların mahfazasının içine, bir ölçüm limit anahtarı kullanılarak göstergeye paralel olarak bağlanan birkaç farklı şönt yerleştirilir. Çok limitli cihazların ön panelinde ölçüm limit anahtarının belirli bir konumunda ölçülebilecek maksimum akım değerleri belirtilmektedir. Terazi bölme fiyatı (cihazın tek terazisi varsa) her ölçüm aralığı için farklı olacaktır. Çoğu zaman, çok aralıklı cihazlarda, her biri belirli bir ölçüm sınırına karşılık gelen çeşitli ölçekler bulunur.

Kendi kendine test soruları

Akım nasıl ölçülür?

Ampermetre nedir?

Ana ampermetre türleri

Ampermetre nasıl bağlanır?

Şantların amacı

“Akımı ölçmek için aletler ve yöntemler” konusundaki problemlerin çözümü

SEÇENEK 1

Görev 1.

İç direnci 0,28 ohm olan bir ampermetrenin ölçeği 50 bölümdür. bölüm fiyatı 0,01 A / bölüm ile. 0,02 Ohm dirençli bir şönt bağlarken bölünme fiyatını ve ölçülen akımın maksimum değerini belirleyin.

Görev 2.

5 Ohm dirence sahip MI ölçeği 100 bölüme ayrılmıştır. Bölüm fiyatı

0,2 mA/böl. Bu mekanizmadan 10A'lık bir ampermetre yapmak gereklidir. Bu nasıl yapılır? İğne 35 bölüm saparsa ampermetre devredeki hangi akımı ölçecektir?

Görev 3.

İç direnci 5 Ohm olan bir ampermetrenin ölçüm sınırını 4 mA nominal değerinden 15 A değerine genişletmek için gereken şönt direncinin değerini belirleyin.

SEÇENEK 2

Görev 1.

2 Ohm iç dirence sahip MI ölçeği 150 bölüme ayrılmıştır. Bölme değeri 0,2 mA/böl'dür. Bu mekanizmadan 15A'lık bir ampermetre yapmak gereklidir. Bu nasıl yapılır?

İğne 20 bölüm saparsa ampermetre hangi akımı ölçecektir?

Görev 2.

İç direnci 0,58 Ohm olan bir ampermetrenin ölçüm sınırını 5A nominal değerinden 150A değerine genişletmek için şönt direncinin değerini belirleyin.

Görev 3.

0,6 Ohm iç direnci ve 10 bölüm ölçeği olan 5A dereceli bir ampermetreye. 0,025 Ohm dirençli bir şönt bağlanır. Akımı ölçerken iğne 8 bölüm saptı. Ampermetre ile ölçülen devredeki akımı belirleyin.

Konu 2.3 Gerilimi ölçmek için aletler ve yöntemler

Gerilim ölçüm yöntemleri. Cihaz, çalışma prensibi, teknik özellikleri, çeşitleri, uygulama kapsamı: elektromekanik voltmetreler, elektronik voltmetreler, dijital voltmetreler, kompansatörler. Gerilim ölçümü için kombine aletlerin uygulanması. Gerilimi ölçmek için bir cihaz seçmek, onu bir devreye bağlamak, ölçmek, ölçüm sonucunu işlemek.

Voltmetreler voltajı ölçmek için kullanılır. Voltmetreler devrenin voltajın ölçülmesi gereken kısmına paralel olarak bağlanır. Cihazın yüksek akım tüketmemesi ve devrenin voltajını etkilememesi için sargısının yüksek dirence sahip olması gerekir. Voltmetrenin iç direnci ne kadar büyük olursa voltajı o kadar doğru ölçer. Bu amaçla voltmetre sargısı çok sayıda sarımlı ince telden yapılır. Voltmetrelerin ölçüm sınırlarını genişletmek için voltmetrelere seri bağlanan ek dirençler kullanılır. Bu durumda şebeke voltajı voltmetre ile ek direnç arasında dağıtılır. Ek direnç miktarı, bir devrede olacak şekilde seçilmelidir. artan voltaj voltmetre sargısından nominal voltajdakiyle aynı akım geçti.

Şu anda kullanılan sabit ölçüm cihazlarının çoğu klasik analog elektromekanik cihazlardır. Operasyonel ve metrolojik özellikleri, teknik ölçümlerin ana sorunlarını çözmek için yeterli sayılabilir. Bu cihazların doğruluk sınıfları %0,1 ile %4 arasında değişmektedir.

Çalışma prensibielektromekanik ölçüm aletleridönüşüme dayalı elektrik enerjisi Okuma cihazının hareketli kısmının açısal hareketinin mekanik enerjisine giriş sinyali. Ayrıca elektromekanik cihazlar, bağımsız kullanıma ek olarak diğer elektronik analog cihazlar için çıkış cihazı olarak da kullanılabilir.

İÇİNDEelektromekanik cihazlar farklı uygulamalar uygular fiziksel prensiplerölçülen özelliğin değerini işaretçinin orantılı sapmasına dönüştürmenize olanak tanır. Herhangi bir tipteki elektromekanik cihazın tasarımı seri bağlantı olarak temsil edilebilir giriş devresi, ölçüm cihazı ve okuma cihazı.

Elektromekanik ölçüm cihazlarının çeşitli sistemleri, tasarımları ve devreleri arasında aşağıdaki ana sınıflar not edilebilir: manyetoelektrik, doğrultucu, termoelektrik, elektromanyetik, elektrodinamik, elektrostatik, indüksiyon.

Elektronik voltmetreler bir elektronik dönüştürücünün birleşimidir.ve ölçüm cihazı. Elektromekanik grubun voltmetrelerinden farklı olarak, doğru ve alternatif akımların elektronik voltmetreleri, yüksek giriş direncine ve hassasiyetine, geniş ölçüm sınırlarına ve frekans aralığına (20 Hz'den 1000 MHz'e kadar) ve ölçüm devresinden düşük akım tüketimine sahiptir.

Elektronik voltmetreler bir dizi özelliğe göre sınıflandırılır:

amaca göre - doğrudan, alternatif ve darbe voltajlarının voltmetreleri; evrensel, faza duyarlı, seçici;

ölçüm yöntemine göre - doğrudan değerlendirme cihazları ve karşılaştırma cihazları;

ölçülen voltaj değerinin doğası gereği - genlik (tepe), ortalama ikinci dereceden değer ortalama düzeltilmiş değer;

frekans aralığına göre - düşük frekans, yüksek frekans, ultra yüksek frekans.

Ek olarak, tüm elektronik cihazlar iki büyük gruba ayrılabilir: kadran okumalı analog elektronik cihazlar ve dijital okumalı ayrı tip cihazlar.

Gerilim ölçerler, amaçları ne olursa olsun, açıldığında ölçülen nesnenin devresinin çalışma modunu bozmamalıdır; dış faktörlerin cihazın çalışması üzerindeki etkisini ortadan kaldırırken, küçük bir ölçüm hatası sağlar, optimum sınırda yüksek ölçüm hassasiyeti, çalışmaya hızlı hazırlık ve yüksek güvenilirlik.

Gerilim ölçümlerini gerçekleştiren cihazların seçimi birçok faktörün birleşimiyle belirlenir; bunlardan en önemlileri şunlardır: Ölçülen gerilimin türü; ölçülen miktarın ve genlik aralığının yaklaşık frekans aralığı; ölçülen voltaj eğrisinin şekli; ölçümün yapıldığı devrenin gücü; cihazın güç tüketimi; olası ölçüm hatası.

Düşük güçlü DC ve AC devrelerde voltajı ölçmek için genellikle dijital ve analog elektronik voltmetreler kullanılır. Gerilimleri daha yüksek doğrulukla ölçmek gerekiyorsa, çalışması karşılaştırma yöntemlerine, özellikle de kontrast yöntemine dayalı olan cihazları kullanmalısınız.

Modern dijital voltmetreler mikroişlemci birimleri içerir ve ölçüm işlemini otomatikleştirmenize, belirli bir programa göre gerçekleştirmenize, ölçüm sonuçlarının gerekli işlenmesini gerçekleştirmenize ve cihazın işlevselliğini genişletmenize olanak tanıyan bir klavye ile donatılmıştır. Bunu yalnızca DC voltajını değil aynı zamanda diğer birçok niceliği de ölçmenize olanak tanıyan bir multimetreye dönüştürün: AC voltajı, direnç, kapasitans, frekans vb.

Kendi kendine test soruları

Gerilimi nasıl ölçebilirsiniz?

Elektronik voltmetreler nasıl sınıflandırılır?

Dijital voltmetrelerin ana bloklarını listeleyin

Gerilim ölçüm cihazları nasıl seçilir?

Sinüzoidal bir gerilim için tepe ve şekil katsayılarının değerleri nelerdir?

Doğrusal, tepe ve kare kanun dedektörlü voltmetrelerin devre şemalarını çizin.

Dijital voltmetrelerin blok diyagramlarının türleri nelerdir?

Konu 2.4 Güç ve enerjiyi ölçmek için araçlar ve yöntemler

Güç ve elektriği ölçme yöntemleri. Cihaz, çalışma prensibi, teknik özellikler, çeşitleri, uygulama kapsamı: wattmetreler ve elektrik sayaçları. Güç ve elektriği ölçmek için aletlerin seçimi, devreye bağlanması, ölçülmesi, ölçüm sonuçlarının işlenmesi. Ölçüm limitlerinin genişletilmesi.

DC gücü ifadesinden P =İÜGücün bir ampermetre ve voltmetre kullanılarak dolaylı bir yöntemle ölçülebildiği görülebilir. Ancak bu durumda, ölçümleri karmaşıklaştıran ve doğruluğunu azaltan iki cihazdan eşzamanlı okuma ve hesaplamaların yapılması gerekir.

Doğru ve tek fazlı alternatif akım devrelerinde gücü ölçmek için elektrodinamik ve ferrodinamik ölçüm mekanizmalarının kullanıldığı wattmetre adı verilen aletler kullanılır.

Elektrik devrelerindeki güç, doğrudan ve dolaylı yöntemlerle ölçülür. Doğrudan ölçüm için wattmetreler, dolaylı ölçüm için ampermetreler ve voltmetreler kullanılır.

Güç kaynağı sistemlerinde elektriksel ölçüm cihazları kullanılır. En uygun olanları ampermetreler, voltmetreler, güç ölçerler (wattmetreler ve varmetreler), aktif ve reaktif enerji ölçerlerdir. Elektriksel büyüklükleri ölçmek için aletler seçerken, akımın türü - doğrudan veya alternatif - dikkate alınmalıdır.

Wattmetreler aktif gücü ölçmek için kullanılır. Wattmetrelerde akım ve gerilim olmak üzere iki ölçüm bobini bulunur. Bu bobinlerin ürettiği tork, içinden geçen akımlarla orantılıdır.

Elektrik tüketimini ölçmek için tek fazlı veya üç fazlı elektrik sayaçları kullanılır. Bu cihazlar indüksiyon ölçüm mekanizmalarına sahiptir.

Wattmetre- Amacı, herhangi bir iletkenden akımın geçişi için elektrik akımının birim zamanda yaptığı işi belirlemek olan (bir elektrik akımının veya bir elektromanyetik sinyalin gücünü belirleyen) bir ölçüm cihazı.

Bir wattmetre, zamanın her saniyesinde belirli miktarda elektrik ışığı üretmek için gereken watt sayısını belirleyebilir veya bazı elektrikli cihazların birim zaman başına yaptığı iş miktarını belirleyebilir. Bir elektrikli cihazın birim zaman başına yaptığı iş (gücü), watt cinsinden belirlenir ve belirli bir elektrik tüketicisi türü tarafından tüketilen amper sayısının (akım gücü) potansiyel farkı (+ -) ile çarpımıdır. Devrenin bu bölümünün uçları volt cinsinden ölçülür.

Elektrik akımının gücünü belirlemek ve kullanılırWattmetrelerbunlar bir elektrodinamometreden başka bir şey değil. Geçen akım biri aslında kontrol, ikincisi deney olmak üzere iki parçaya dağıtılır, deney kısmındaki direnç değiştirilerek çıkıştaki potansiyel fark ölçülerek elektrik akımının gücü belirlenir.

Amaca ve frekans aralığına göreWattmetreler üç ana kategoriye ayrılabilir:
– düşük frekans (ve doğru akım);
– radyo frekansı;
– optik.

Radyo wattmetreler kullanım amaçlarına göre iki türe ayrılır: iletim hattının kesilmesine bağlanan iletilen güç ve uyumlu bir yük olarak hattın ucuna bağlanan emilen güç. Ölçüm bilgilerinin işlevsel dönüşüm yöntemine ve kullanıcıya çıkışına bağlı olarak, wattmetreler analog (görüntüleme ve kayıt) ve dijital olabilir.

Düşük frekans Wattmetreler öncelikle endüstriyel frekanslı güç kaynağı ağlarında güç tüketimini ölçmek için kullanılır; tek fazlı veya üç fazlı olabilirler. Ayrı bir alt grup, varmetreler - reaktif güç sayaçlarından oluşur. Dijital cihazlar genellikle aktif ve reaktif gücü ölçme yeteneğini birleştirir.

Radyo frekansı Wattmetreler radyo wattmetrelerinin çok büyük ve yaygın olarak kullanılan bir alt grubunu oluşturur. Bu alt grubun bölünmesi esas olarak çeşitli tipte birincil dönüştürücülerin kullanımıyla ilişkilidir. Üretilen wattmetreler, bir termistöre, termokupl veya tepe detektörüne dayalı dönüştürücüler kullanır; Diğer prensiplere dayalı sensörler çok daha az sıklıkla kullanılır. Emilen güç wattmetreleriyle çalışırken, alıcı sensörlerin giriş empedansı ile hattın karakteristik empedansı arasındaki uyumsuzluk nedeniyle enerjinin bir kısmının yansıtıldığı ve gerçekte wattmetrenin gerçek gücü ölçmediği unutulmamalıdır. hat, ancak emilen güç, gerçek olandan farklıdır.

Bir termistör dönüştürücünün çalışma prensibi, termistörün direncinin ısıtma sıcaklığına bağımlılığına dayanır ve bu da kendisine sağlanan sinyalin dağılan gücüne bağlıdır. Ölçüm, termistörde dağılan ve onu ısıtan ölçülen sinyalin gücünün, termistörün aynı ısınmasına neden olan düşük frekanslı bir akımın gücüyle karşılaştırılması yoluyla gerçekleştirilir. Termistör wattmetrelerinin dezavantajları arasında birkaç miliwatt gibi küçük kayıt aralıkları yer alır.

Doğru akım voltajındaki ölçüm sınırlarının genişletilmesi, ek dirençler - şöntler kullanılarak gerçekleştirilir. Alternatif akımda ölçüm yaparken, akım ve gerilim trafoları kullanılarak sınırlar genişletilir. Bu durumda wattmetrenin jeneratör terminallerinin doğru bağlandığından emin olmak gerekir.
Üç fazlı üç telli ağlarda güç ölçümü, iki faza bağlı iki tek fazlı wattmetre kullanılarak gerçekleştirilir.
Ölçüm limitlerinin uzatılması akım ve gerilim trafoları kullanılarak gerçekleştirilir. Aynı ağlarda gücü ölçmek için üç fazlı bir wattmetre kullanılır.
Üç fazlı dört telli ağlarda aktif güç, üç adet tek fazlı wattmetre veya bir adet üç elemanlı wattmetre kullanılarak ölçülür.
Tek fazlı ağlarda reaktif güç, devreye bağlı bir wattmetre kullanılarak ve üç fazlı ağlarda üç wattmetre kullanılarak ölçülür.

Kendi kendine test soruları

Aktif ve reaktif gücün tanımlarını ve analitik ifadelerini verin.

DC ve tek fazlı AC devrelerde aktif gücü ölçme yöntemleri nelerdir?

Bir reaktif güç ölçerin diyagramını çizin.

Varlıkları ölçmek için hangi yöntemler kullanılıyor?
üç fazlı devrelerde yeni güç ve enerji?

Konu 2.5 Elektrik devrelerinin parametrelerini ölçmek için aletler ve yöntemler.

Direnç ölçümü. Ohmmetreler. Voltmetre ve ampermetre yöntemi: bağlantı devreleri, avantajları ve dezavantajları. Yöntemin hataları. Köprü devreleri. Tek DC Köprü Teorisi. Çift köprü.

Kapasitör ve endüktans parametrelerinin ölçümü. Köprü devreleri. Rezonans devreleri. İkame yöntemiyle ölçümler. Ölçüm hataları.

Direnci ölçmek için kullanılır çeşitli yöntemler nesnelerin niteliğine ve ölçüm koşullarına bağlı olarak (örneğin katı ve sıvı iletkenler, topraklama iletkenleri, elektrik yalıtımı); ölçüm doğruluğu ve hızına ilişkin gereksinimler hakkında; Ölçülen dirençlerin değeri. Köprü teorisini incelerken, düşük dirençleri ölçmek için tek bir DC köprüsünün kullanılmasını engelleyen nedenleri anlamak gerekir. Çift köprü teorisini düşünün. Birbirine bağlı akım köprüleri teorisinde, doğru akım köprülerinin denge koşullarından farklı olan denge koşullarının dikkate alınması gerekir.

Küçük dirençleri ölçme yöntemleri yöntemlerden önemli ölçüde farklıdıryüksek direnç ölçümleri, çünkü ilk durumda bağlantı tellerinin ve geçiş kontaklarının direncinin ölçüm sonuçları üzerindeki etkisini ortadan kaldırmak için önlemler almak gerekir.

DC direncini ölçmenin ana yöntemleri şunlardır: dolaylı yöntem; doğrudan tahmin yöntemi ve köprü yöntemi. Ölçüm yönteminin seçimi, ölçülen direncin beklenen değerine ve gerekli doğruluğa bağlıdır. Dolaylı yöntemlerin en evrensel olanı ampermetre-voltmetre yöntemidir.

Ampermetre-voltmetre yöntemi - oölçülen dirençten akan akımın ve bunun üzerindeki voltaj düşüşünün ölçülmesine dayanır. İki ölçüm şeması kullanılır: büyük dirençlerin ölçümü ve küçük dirençlerin ölçümü. Akım ve gerilim ölçüm sonuçlarına göre istenen direnç belirlenir.

Doğrudan değerlendirme yöntemi - pBir ohmmetre kullanarak DC direncinin ölçülmesini içerir. Ohmmetre ile yapılan ölçümler önemli yanlışlıklar verir. Bu nedenle bu yöntem Yaklaşık ön direnç ölçümleri ve anahtarlama devrelerini test etmek için kullanılır.

Köprü yöntemi - pİki ölçüm şeması kullanılır: tek köprü şeması ve çift köprü şeması.Tek bir DC köprüsü, köprü devresinde ölçülen direnç Rx ile seri olarak yerleştirilmiş üç referans direncinden (genellikle ayarlanabilir) oluşur. 1 ohm'un altındaki dirençleri ölçmek için şunu kullanın:D savaş Thomson Köprüsü.

Dikkate almak olası yöntemler Endüktans ve kapasitans ölçümleri. Rezonans ölçüm devrelerinin avantajları ve dezavantajları. Hataların kaynakları. Eşdeğer devrelerin diğer ölçüm yöntemlerine göre avantajlarının neler olduğunu anlayın. Doğrudan değerlendirme ve karşılaştırmaya yönelik cihazlar - doğrudan ölçüm cihazlarınaölçülen kapasitans değerinin tahminlerimikrofaradmetrelereylemi, alternatif akım devresindeki akımın veya voltajın, içerdiği değere bağımlılığına dayanmaktadır. . Kapasitans değeri kadranlı sayaç ölçeği kullanılarak belirlenir.

Ölçmek için daha geniş ve endüktanslar kullanılırdengeli AC köprüleriküçük bir ölçüm hatası (% 1'e kadar) elde edilmesini sağlar. Köprü, 400-1000 Hz sabit frekansta çalışan jeneratörler tarafından çalıştırılmaktadır. Gösterge olarak doğrultucu veya elektronik milivoltmetrelerin yanı sıra osiloskop göstergeleri kullanılır.

Kendi kendine test soruları

AC ve DC ağlarındaki direnci nasıl ölçebilirsiniz?

Tellerin yalıtım direnci nasıl ölçülür?

Elektriksel olmayan büyüklükleri ölçen bir cihazın blok şeması nedir?

Çalışma prensibini, yapıyı ve temel teoriyi göz önünde bulundurun bireysel türler dönüştürücüler.

Direnci ölçmek için ampermetreleri ve voltmetreleri bağlamak için hangi seçenekler mevcuttur?

Tek bir köprünün diyagramını çizin ve küçük dirençleri ölçerken hataların kaynağı olan elemanları belirtin.

AC köprüsü kullanılarak hangi elektriksel büyüklükler ölçülebilir?

Rezonans ölçüm devrelerindeki hataların kaynakları nelerdir?

Eşdeğer devreleri ölçmenin avantajları nelerdir?

Konu 2.6 Üniversal ve özel elektriksel ölçüm cihazları

cihazlar

Üniversal ve özel elektriksel ölçüm cihazlarının temel parametreleri ve çeşitleri, kısa teknik özellikleri. Multimetreler, voltammetreler, kombine aletler. Kombine cihazın ölçüm devrelerinin şeması.Dijital multimetreler, blok diyagram, ölçüm tipi ve ölçüm limitleri için anahtarlar. Ölçü birimleri. Multimetre giriş direnci. Yarı iletken cihazların dirençlerinin, akımlarının, gerilimlerinin, elektriksel kapasitanslarının, parametrelerinin ölçümü.

Kesin olarak tanımlanmış işleri gerçekleştirmek için kullanılan çok sayıda ölçüm cihazı vardır: bakım, kablo hatlarının test edilmesi, güç kaynağı ağının parametrelerinin ölçülmesi. Her biri belirli bir dizi ölçümü gerçekleştirmek için idealdir, ancak daha fazlası değildir. Bu nedenle, geleneksel ölçüm cihazları olmadan çeşitli cihazların onarımı veya ayarlanması imkansızdır: multimetreler, osiloskoplar, evrensel ve özel jeneratörler, frekans ölçerler, RLC metreler, mantık analizörleri.İLEGünümüzde bu cihazların çoğunun masaüstü, taşınabilir ve giyilebilir versiyonları mevcuttur. Bu nedenle, böyle bir cihaz her zaman amaçlanan çalışma koşullarına uygun olarak seçilebilir: laboratuvardan sahaya, AC şebekesi, yerleşik güç kaynağı veya pillerle çalıştırılır. Ve çeşitli tasarımlara sahip cihazlar arasındaki temel farklar belki de yalnızca iki noktayla ilgilidir: doğruluk sınıfı ve ölçüm sistemlerine entegrasyon olasılığı. Tipik olarak giyilebilir modifikasyonlar daha kötü doğruluğa ve daha basit hizmet işlevlerine sahiptir, ancak dijital sinyal işlemenin kullanıma sunulması bu durumu değiştirir.Bilgisayar kontrollü ölçüm sistemlerinin uygulama kapsamı kural olarak sınırlıdır. bilimsel deneyler ve çeşitli seri testler. Orada önemliÖlçüm sonuçlarının toplanması ve işlenmesi sürecinin otomasyonuna sahiptir . Multimetreler ve osiloskoplar en yaygın araçlardan bazılarıdır. Her gün bunlara entegre edilen temel ve ek fonksiyonların sayısı artıyor. Üstelik yetenekleri açısından bu cihazlar giderek yaklaşıyor. Osiloskopta yerleşik bir multimetre bulunabilir ve multimetre, ölçülen sinyali görüntüleme özelliğine sahip olabilir.Multimetre(itibaren multimetre , testçi- itibaren test - duruşma,avometre- AmpereVoltOhmmeter'dan) - kombine çeşitli işlevleri birleştiren. Minimum sette bu , Ve . Var Ve multimetreler.

Bir multimetre, temel amaçlar için kullanılan hafif, taşınabilir bir cihaz olabilir. ve sorun gidermenin yanı sıra birçok özelliğe sahip karmaşık bir sabit cihaz.

En basit dijital multimetreler 2,5 dijital rakam ( genellikle yaklaşık %10). En yaygın cihazlar 3,5 bit çözünürlüğüne sahiptir (doğruluk genellikle %1,0 civarındadır). Bit çözünürlüğü 4,5 olan (doğruluk genellikle yaklaşık %0,1'dir) biraz daha pahalı cihazlar ve 5 ve daha yüksek bit çözünürlüğüne sahip çok daha pahalı cihazlar da üretilmektedir. İkincisinin doğruluğu büyük ölçüde ölçüm aralığına ve ölçülen değerin tipine bağlıdır, bu nedenle her alt aralık için ayrı ayrı tartışılmaktadır. Genel olarak bu tür cihazların doğruluğu, taşınabilir tasarımlarına rağmen %0,01'i aşabilmektedir.

Dijital ölçüm cihazının rakam kapasitesi, örneğin “3,5”, cihaz ekranının 0'dan 9'a kadar olan aralıkta 3 tam rakam ve sınırlı aralıkta 1 rakam gösterdiği anlamına gelir. Böylece, örneğin "3,5 haneli" tipteki bir cihaz, aşağıdaki değerlere kadar okumalar verebilir:0,000 ile1,999 , ölçülen değer bu limitlerin dışına çıktığında başka bir aralığa (manuel veya otomatik) geçiş yapılması gerekir.

Rakam sayısı cihazın doğruluğunu belirlemez. Ölçümlerin doğruluğu doğruluğa bağlıdır kullanılan radyo elemanlarının doğruluğu, termal ve zamansal kararlılığı, dış müdahalelerden korunma kalitesi, .

Analog bir multimetre, bir işaretçi manyetoelektrik ölçüm cihazından, bir dizi ek voltajı ölçmek ve çevirmek için akımı ölçmek için. Direnç ölçümleri yerleşik veya harici bir kaynak kullanılarak gerçekleştirilir. Analog bir multimetrede, ölçüm sonuçları, üzerinde aşağıdaki değerlerin etiketlendiği bir ölçüm ölçeği boyunca elin (saatte olduğu gibi) hareketiyle gözlemlenir: voltaj, akım, direnç. Analog multimetrelerin popülaritesi, bulunabilirlikleri ve fiyatları ile açıklanmaktadır ve ana dezavantajı, ölçüm sonuçlarındaki bazı hatalardır. Daha hassas ayar için analog multimetreler, manipüle ederek biraz elde edebileceğiniz özel bir ayar direncine sahiptir. daha fazla doğruluk. Ancak daha hassas ölçümlerin istendiği durumlarda dijital multimetre kullanmak en iyisidir.
Dijital ile analog arasındaki temel fark, ölçüm sonuçlarının özel bir ekranda görüntülenmesidir. Ek olarak, dijital multimetreler daha yüksek doğruluğa sahiptir ve kalibrasyonun tüm inceliklerini anlamanıza gerek olmadığı için kullanımı kolaydır. ölçüm ölçeği ok varyantlarında olduğu gibi.

Kendi kendine test soruları

Hangi cihaza multimetre denir?

Multimetre türleri

Analog maltimetrenin özellikleri

Dijital Multimetre Özellikleri

Bölüm 3 Dalga Formu Çalışması

Konu 3.1 Osiloskoplar

Elektron ışını osiloskopları hakkında genel bilgiler ve sınıflandırılması. Cihaz, çalışma prensibi, amaç, teknik özellikler, katot ışınlı osiloskopun blok diyagramı. Bir elektrik sinyalini gözlemlemek, periyodik bir sinyalin genliğini, frekansını ve periyodunu ölçmek için katot ışınlı osiloskop kullanmak.Osiloskop türleri. Elektronik osiloskobun blok diyagramı. Çeşitli sinyallerin hazırlanması, kalibrasyonu ve ölçümü. İki ışınlı, osiloskop-multimetreler ve bilgi depolamalı osiloskoplarla hazırlama, kalibrasyon ve ölçümlerin özellikleri. Elektronik osiloskoplarla elektriksel olmayan büyüklükleri ölçmenin özellikleriAnalog osiloskoplar, dijital depolama osiloskopları, dijital fosfor osiloskopları, dijital örnekleme osiloskopları, sanal osiloskoplar, el tipi osiloskoplar

Elektromekanik osiloskoplar zamanla hızla değişen miktarları gözlemlemek ve kaydetmek için yaygın olarak kullanılır. Osiloskop nedir? Fotoğraf bandı veya grafik ekranı üzerine kaydedilen özel bir sinyali görsel olarak gözlemleyerek her türlü elektrik sinyalini incelemek ve ayrıca sinyalin şekline göre genlik ve zaman parametrelerini ölçmek için tasarlanmış bir cihazdır. grafik.

Tüm katot ışınlı osiloskoplar, giriş sinyallerinin grafiklerini görüntüleyen ekranlara sahiptir. Ekrana ızgara şeklinde özel işaretler uygulanmıştır. Varsa , daha sonra bitmiş bir resim biçimindeki görüntüleri, monokrom veya renkli olabilen bir ekranda görüntülenir. Analog osiloskoplar, elektrostatik sapma adı verilen bir ekran olarak katot ışın tüpünü kullanır.

Günümüzde kullanılan tüm osiloskoplar, amaçlarının yanı sıra ölçüm bilgilerinin çıktısı yöntemi ve elbette kullanılan giriş sinyalini işleme yöntemi açısından da farklılık gösterir.

Ekranda periyodik taramalarla dalga formlarını gözlemlemek için osiloskoplar. Ekran elektron ışını veya sıvı kristal olabilir. Eğrilerin fotoğraf bandına kaydedilmesi için sürekli taramalı osiloskoplar. Bunlara döngü osiloskopları da denir. Dijital ve analog osiloskoplar da vardır

Bunları incelerken, elektromekanik osiloskopların yalnızca birkaç bin hertz'i aşmayan frekanstaki süreçleri incelemek için kullanılmasının nedenlerini anlamak gerekir.

Kendi kendine test soruları

Elektromekanik osiloskopların uygulama alanları?

Elektronik osiloskopta test voltajı eğrisinin taranması nasıl elde edilir?

Elektronik ve elektromekanik osiloskopların genlik ve faz hatalarını ne belirler?

Konu 3.2 Frekans ve zaman aralığını ölçmek için araçlar ve yöntemler

Frekans ve zaman aralığını ölçme yöntemleri. Frekans ölçerlerin tasarımı, çalışma prensibi, teknik özellikleri, çeşitleri, uygulama kapsamı. Zaman aralıklarının ölçülmesi.Ölçme jeneratörleri. Blok diyagramı. JeneratörlerR- C, L- C, vuruşlarda, gürültüde, standart sinyallerde, darbeli. Sinyallerin özellikleri. Kurulum ve bağlantı kuralları. Eşleşen cihazlar. Güvenlik düzenlemeleri.

Doğrudan frekans ölçümü gerçekleştirilirfrekans sayaçlarıÖlçülen frekans aralığına ve gerekli ölçüm doğruluğuna bağlı olarak çeşitli ölçüm yöntemlerine dayanan. En yaygın frekans ölçüm yöntemleri şunlardır:kapasitör şarj yöntemi, rezonans yöntemi, ayrık sayma yöntemi , Ölçülen frekansı referans frekansla karşılaştırma yöntemi.Frekans sayaçları nadiren kullanılır. Çoğunlukla, multimetrenin içine yerleştirilmiş frekans ölçer yeterlidir. Ancak doğru bir sonuca veya harici kontrole ihtiyaç duyulan durumlarda özel bir cihaz vazgeçilmezdir. Bu tür frekans ölçerler periyodik sinyallerin frekansını, periyodunu ve görev döngüsünü ölçebilir, aralıkların süresini belirleyebilir ve referans zamanlamayı gerçekleştirebilir. Karmaşık modeller, bir dizi ölçüm ve uygulama için çeşitli kanalların sonuçlarının hesaplamalı olarak işlenmesi olanağını sağlar. karmaşık algoritmalar sayımı başlatmak, farklı parametrelerle sinyalleri işlemek veya göreceli ölçümler gerçekleştirmek.

Jeneratörler çok daha az sıklıkla ve çoğunlukla çeşitli cihazlarda hata ayıklama ve test etme sırasında kullanılır. Jeneratörler düşük frekanslı, yüksek frekanslı ve işlevsel olarak ayrılmıştır. Birincisi, birkaç hertz'den yüzlerce kilohertz'e kadar bir frekansa sahip sinüzoidal bir sinyal veya kıvrımlı bir sinyal üretir; ikincisi - yüzlerce megahertz'e kadar frekanslarla, sinyali belirli bir yasaya göre harici veya dahili bir sinyalle modüle etme yeteneği ile. Fonksiyonel jeneratörler, belirli bir görev döngüsüyle onlarca megahertz'e kadar frekans aralığında karmaşık şekillerdeki (sinüs, dikdörtgen, üçgen, testere, yamuk) sinyallerin yanı sıra TTL ve CMOS seviyelerine sahip dijital sinyaller üretir. Bazı modeller geniş frekans üreteçleri olarak çalışabilir (belirli bir yasaya göre) veya basit bir genlik veya frekans modülasyonlu sinyal üretebilir.

Ölçülen frekansın her periyodu için bir kapasitörü yeniden şarj etme yöntemi - sYeniden şarj akımının ortalama değeri frekansla orantılıdır ve ölçeği frekans birimlerinde kalibre edilmiş bir manyetoelektrik ampermetre ile ölçülür. Ölçüm limiti 10 Hz - 1 MHz ve ölçüm hatası ±%2 olan kapasitör frekans ölçerler üretirler.

Rezonans yöntemi, ölçülen frekansla rezonansta ayarlanan elemanların bulunduğu bir devredeki elektriksel rezonans olgusuna dayanmaktadır. Ölçülen frekans, ayar mekanizmasının ölçeğine göre belirlenir. Yöntem 50 kHz'in üzerindeki frekanslarda uygulanır. Ölçüm hatası yüzde yüzde birine kadar azaltılabilir.

Ayrık sayma yöntemiişin merkezinde yer alıyorelektronik sayma dijital frekans ölçerler. Bilinen bir zaman periyodu boyunca ölçülen frekansın darbelerini saymaya dayanır. Her frekans aralığında yüksek ölçüm doğruluğu sağlar.

Ölçülen frekansı referansla karşılaştırma yöntemi - elektriksel titreşimler bilinmeyen ve referans frekanslar, belirli bir frekanstaki vuruşların ortaya çıkacağı şekilde karıştırılır. Vuruş frekansı sıfır olduğunda ölçülen frekans referans frekansına eşittir. Frekans karıştırma, heterodin yöntemi (sıfır vuruş yöntemi) veya osilografik yöntem kullanılarak gerçekleştirilir.

Birçok radyo mühendisliği probleminin çözümü zaman aralıklarının ölçülmesini içerir. Genellikle hem çok küçük (pikosaniye birimleri) hem de çok büyük (yüzlerce saniye) zaman aralıklarının ölçülmesi gerekir. Zaman aralıkları sadece tekrarlanabilir değil aynı zamanda tekli de olabilir.

Zaman aralıklarını ölçmenin iki ana yolu vardır: osilografik ve dijital.

Bir osiloskop kullanılarak zaman aralıklarının ölçülmesi, "doğrusal" bir tarama kullanılarak test edilen voltajın bir osilogramı kullanılarak gerçekleştirilir. Taramanın doğrusal olmaması ve aralığın başlangıcı ve bitişinin okunmasındaki büyük hatalar nedeniyle toplam ölçüm hatası yüzde birkaçtır. Son yıllarda zaman aralıkları çoğunlukla dijital yöntemler kullanılarak ölçülüyor.

Dijital frekans sayacı kullanarak zaman aralıklarının ölçülmesi - Tx zaman aralığının dijital yöntemle ölçümü, bu aralığın standart bir T0 periyodunu takip eden darbelerle doldurulmasına ve sayının sayılmasına dayanır.MxTx süresi boyunca bu dürtülerin.

Sorular İçin kendi kendine testler

Zaman aralıklarını ölçmek için en yaygın yöntemler nelerdir?

Çizmek blok şeması dijital zaman aralığı ölçer.

Hatayı azaltmak için hangi yöntemler var?

Hangi frekans ölçüm yöntemlerini biliyorsunuz?

Bir osiloskop frekans ölçerin fonksiyonel diyagramını çizin.

Konu 3.3 Faz kaymasını ölçmek için araçlar ve yöntemler

Faz kaymasını ölçme yöntemleri. Faz sayaçlarının tasarımı, çalışma prensibi, teknik özellikleri, çeşitleri, uygulama kapsamı.

Birçok radyo mühendisliği probleminin çözümü, sinyallerin genliği ve frekansı ile birlikte faz kaymasını (PS) ölçmeden imkansızdır. Faz ölçüm yöntemleri, ölçüm aralığı, koordinatlar, gürültüye dayanıklı bilgi iletimi vb. ile ilgili birçok sorunun çözülmesini mümkün kılar.

Örneğin, kısa menzilli navigasyon için faz radyo mühendisliği sistemleri, menzil ve koordinatların ölçümünü 0,1–1 m hatayla sağlar, uydu sistemleri küresel navigasyon, mesafeyi birkaç milimetre doğrulukla, açısal konumu ise birkaç dakikalık yay doğruluğuyla belirlemenize olanak tanır. Lazer teknolojisini kullanan faz yöntemlerine dayalı cihazlar, küçük mesafeleri 10 kat doğrulukla ölçebilmektedir. -9 m veya daha az.

Faz kayması kavramı yalnızca aynı frekansa sahip harmonik sinyaller için tanıtılmıştır:
sen 1 = sen M 1 günah ( ne + J 1 ) sen = ne + J 0 – salınım aşaması
sen 2 = sen M 2 günah ( ne + J 2 ) J 0 – başlangıç ​​aşaması
J = sen 1 - sen 2 =( ne + J 1 )- ( ne + J 2 )= ê J 1 - J 2 ê
Faz kayması – başlangıç ​​fazlar arasındaki farkın modülü.
Faz kaymasını bilmek, sinyal bozulmasının nedenlerini tanımlamanıza olanak tanır.
Bozulmamış iletimin koşulu, faz tepkisinin doğrusal olması gerektiğidir.
Faz kaymasını ölçmek için şunu kullanın: aşağıdaki yöntemler: osilografik, kompanzasyon, faz kaymasının akım darbelerine dönüştürülmesi, ayrık sayma yöntemi vb. Osilografik yöntem kullanılarak faz kaymasının ölçülmesi doğrusal, sinüzoidal ve dairesel tarama yöntemleri kullanılarak gerçekleştirilebilir. Osilografik göstergeli dengeleme yöntemini kullanarak faz kaymasını ölçmek için, tek ışınlı bir osiloskoptan, standart bir ölçüm cihazından oluşan bir ölçüm düzeni monte edilir.φ varış. ve yardımcıφ V faz değiştiriciler

Ayrık sayma yöntemiyle faz kaymasının ölçümü, zaman aralıklarının yerine ∆ konulması gereken bir formüle dayanır.Tve T sabit bir tekrarlama oranına sahip karşılık gelen darbe sayısı. Bu tip doğrudan göstergeli faz ölçerlere elektronik sayma veya dijital faz ölçerler denir. Dijital faz ölçerlerin çeşitli şemaları vardır, ancak ölçüm sonucunun, ölçülen voltajın çok sayıda periyodu boyunca faz kaymasının ortalama değeri olduğu entegre faz ölçerler en yaygın olanıdır. Bu tür faz ölçerler iyi bir gürültü bağışıklığı sağlar.

Mikroişlemcili faz ölçer - faz ölçerlerin işlevselliğinde önemli bir genişleme, artan güvenilirlik ve diğer bazı özellikler, ölçüm dönüştürücüleriyle birlikte çalışan bir mikroişlemci temelinde oluşturulduklarında sağlanır. Bu tür faz ölçerler, seçilen herhangi bir süre için iki periyodik sinyal arasındaki faz kaymasını ölçmeyi, bu tür kaymalardaki dalgalanmaları gözlemlemeyi ve istatistiksel özelliklerini değerlendirmeyi mümkün kılar: matematiksel beklenti, dağılım, standart sapma. Yukarıda tartışılan, sıkı çalışma mantığına sahip devrelere göre yapılan dijital faz ölçerlerde olduğu gibi, faz kaymasının ortalama değerini ölçmek de mümkündür.

Aynı frekanstaki iki harmonik sinyal arasındaki faz kayması bir faz dedektörü ile ölçülebilir.

Faz kaydırıcı, bilinen ve ayarlanabilir bir faz kaymasının bir elektrik devresine sokulduğu bir cihazdır. Faz kaydırıcının tasarımı, amaçlandığı çalışma frekansı aralığına bağlıdır.

Sorular İçin kendi kendine testler

1. Sinyalin “faz” kavramının anlamı nedir?

2. İki sinyal arasındaki faz kayması nedir?

3. Faz kaymasını ölçmek için ana yöntemleri listeleyin.

4. Faz kaymasını ölçmek için doğrusal tarama yöntemi nedir?

5. Kompanzasyon faz sayaçları hangi prensipte çalışır?

6. Mikroişlemci tabanlı dijital faz ölçer nasıl çalışır?

1Seçenek

Manyetoelektrik miliammetrenin üst ölçüm sınırı 100 mA'dır. Ölçülen akımdaki 12 mA'lık bir değişiklik, okun 6 bölümlük hareketine karşılık gelir.Bölme sayısını, bölme fiyatını ve terazinin hassasiyetini belirleyin.

Doğruluk sınıfı 1,5 ve ölçüm limiti 5 A olan ampermetre tamir edildikten sonra kalibre edildi. En büyük mutlak hata 0,07 A idi. Ampermetre onarımdan sonra doğruluk sınıfını korudu mu?

İç direnci 5 kOhm olan bir voltmetre, direnci 45 kOhm olan ek bir dirençle bağlanır. Voltmetrenin ölçüm sınırının kaç kat arttığını belirleyin. Bir voltmetreyi ek bir dirençle bağlamak için bir devre şeması çizin.

"Elektrik ölçümleri" disiplini üzerine test

2Seçenek

Üst ölçüm sınırı 600 V olan bir voltmetrenin duyarlılığı 0,25 div/V'dir. Gerilimi ölçerken voltmetrenin iğnesi 50 bölüm saptı. Ölçek bölüm sayısını, bölüm değerini ve voltmetre tarafından ölçülen voltajı belirleyin.

İç direnci 1,2 ohm olan bir ampermetre, direnci 0,3 ohm olan bir şönt ile bağlanır. Ampermetrenin ölçüm sınırının kaç kat arttığını belirleyin. Bir ampermetreyi şönt ile bağlamak için bir devre şeması çizin.

Doğruluk sınıfı 2,5 ve üst ölçüm sınırı 20A olan bir ampermetre, 11,5 A akım değerini gösterdi. Gerçek akım değerinin hangi sınırlar dahilinde olduğunu belirleyin.

Devredeki akımı ölçerken, manyetoelektrik miliammetre işaretçisi 10 bölümü 10 mA işaretinden 20 mA işaretine taşıdı. Miliammetre ölçeği 100 bölümden oluşur. Cihazın ölçüm üst sınırını, bölme değerini ve terazinin hassasiyetini belirleyin.

"Elektrik ölçümleri" disiplini üzerine test

3Seçenek

10 bölümlük bir ölçeğe ve 20 A'lık bir üst ölçüm sınırına sahip bir ampermetre, devrede 15 A'lık bir akım gösterdi. Akımı ölçerken bölümün değerini, ölçeğin hassasiyetini ve okun saptığı bölüm sayısını belirleyin.

Üst ölçüm limiti olan bir voltmetreyi kalibre ederken

50V, en büyük mutlak hata 1,1 V idi. Voltmetreye hangi doğruluk sınıfı atanmıştır?

450 V'a kadar gerilimleri ölçmek için iç direnci 200 ohm ve ölçüm üst sınırı 50 V olan bir voltmetre kullanılmalıdır. Bu nasıl yapılabilir? Bir diyagram çizin ve gerekli hesaplamaları yapın.

Devredeki akımın gerçek değeri 5,23 A'dır. Üst ölçüm limiti 10 A olan bir ampermetre 5,3 A'lık bir akım göstermiştir. Mutlak, bağıl ve azaltılmış ölçüm hatalarını belirleyin.

"Elektrik ölçümleri" disiplini üzerine test

4Seçenek

Miliampermetre 200 mA akım için tasarlanmıştır ve 0,5 div/mA akım duyarlılığına sahiptir. Miliammetre iğnesi 30 bölüm saptı. Ölçek bölüm sayısını, bölüm değerini ve ölçülen akımı belirleyin.

İki voltmetrenin doğruluk sınıfları aynı ve 1'e eşittir. Birinci voltmetrenin üst ölçüm sınırı 50 V, ikinci voltmetrenin ise 10 V'tur. Voltmetrelerin izin verilen en büyük mutlak hatalarının oranını belirleyin.

Manyetoelektrik ampermetrenin iç direnci 0,05 Ohm ve üst ölçüm sınırı 5 A'dir. Ampermetrenin ölçüm sınırı nasıl 125 A'ya genişletilebilir?Bir diyagram çizin ve gerekli hesaplamaları yapın.

8 Ohm dirençli bir dirençten 2,4 A'lık gerçek bir akım geçer. Bu direnç üzerindeki voltajı ölçerken voltmetre 19,3 V'luk bir voltaj gösterdi. Mutlak ve değeri belirleyin. bağıl hata gerilim ölçümleri.

ELEKTRİK
ÖLÇÜMLER
SİSTEMLER
ELEKTRİK BESLEMESİ
Öğretmen: Ph.D., Doçent, EPP Bölümü
Buyakova Natalya Vasilyevna

Elektriksel ölçümler
bir dizi elektriksel ve elektronik ölçüm,
bölümlerden biri olarak kabul edilebilir.
metroloji. "Metroloji" adı iki kelimeden türetilmiştir.
Yunanca kelimeler: metron - ölçü ve logolar - kelime, doktrin;
kelimenin tam anlamıyla: ölçü doktrini.
İÇİNDE modern anlayış metroloji bir bilimdir
ölçümler, yöntemler ve bunların sağlanmasına yönelik araçlar hakkında
birlik ve gerekli doğruluğu elde etmenin yolları.
İÇİNDE gerçek hayat Metroloji sadece bir bilim değil aynı zamanda
ile ilgili pratik faaliyet alanı
fiziksel büyüklüklerin incelenmesi.
Ders
metroloji
öyle
alma
Nesnelerin özellikleri hakkında niceliksel bilgi ve
süreçler, yani nesnelerin ve süreçlerin özelliklerinin ölçülmesi
gereken doğruluk ve güvenilirlik.

Ölçümler bilmenin en önemli yollarından biridir
insan tarafından doğa.
Çevrenin niceliksel bir tanımını sağlarlar
Doğadaki eylemleri insana açıklayan dünyanın
desenler.
Ölçme bir dizi işlem olarak anlaşılır,
özel teknik kullanılarak gerçekleştirilen
Ölçülen miktarın bir birimini depolamak için bir araç,
ölçülen değeri onunla karşılaştırmanıza olanak tanır
birimi ve bu miktarın değerini alın.
X değerinin ölçülmesinin sonucu şu şekilde yazılır:
X=A[X],
burada A sayısal olarak adlandırılan boyutsuz bir sayıdır
fiziksel bir miktarın değeri; [X] - birim
fiziksel miktar.

ELEKTRİK ÖLÇÜMLERİ

Gerilim gibi elektriksel büyüklüklerin ölçümü,
direnç, akım, güç ile üretilir
çeşitli araçlar kullanarak - ölçüm aletleri,
devreler ve özel cihazlar.
Ölçüm cihazının tipi, tipine ve boyutuna bağlıdır
Ölçülen değerin (değer aralığı) yanı sıra
gerekli ölçüm doğruluğu.
Elektriksel ölçümler temel bilgileri kullanır
SI birimleri: volt (V), ohm (Ohm), farad (F),
Henry (H), amper (A) ve saniye (ler).

ELEKTRİK MİKTARLARI BİRİMLERİNİN STANDARTLARI

Elektrik
ölçüm
Bu
bulma
(deneysel yöntemler) fiziksel değerler
Uygun birimlerle ifade edilen miktarlar
(örneğin 3A, 4V).
Elektriksel büyüklük birimlerinin değerleri belirlenir
yasalara uygun uluslararası anlaşma
fizik ve mekanik büyüklük birimleri.
Elektriksel büyüklük birimlerinin "bakımından" bu yana,
azimli
uluslararası
anlaşmalar,
birleşmiş
İle
zorluklar,
onların
temsil etmek
"pratik"
standartlar
birimler
elektrik
miktarlar
Çok
standartlar
desteklenen
durum
Farklı ülkelerin metroloji laboratuvarları.

Tüm yaygın elektrik ve manyetik üniteler
Ölçümler metrik sisteme dayanmaktadır.
İÇİNDE
onay
İle
modern
tanımlar
elektriksel ve manyetik ünitelerin hepsi
belirli birimlerden türetilen türetilmiş birimler
metrik uzunluk birimlerinden fiziksel formüller,
kütle ve zaman.
Çoğu elektriksel ve manyetik
miktarlar
Olumsuz
falan filan
Sadece
ölçüm,
faydalanmak
Bahsedilen standartlar, daha uygun kabul edildi
düzenlemek
ile
ilgili
deneyler
bunlardan bazıları için türetilmiş standartlar
miktarları ölçün ve diğerlerini bu standartları kullanarak ölçün.

SI birimleri

Elektrik akımının birimi olan amper,
altı temel SI birimi.
Amper (A) - sabit bir akımın gücü;
iki paralel düz çizgi boyunca geçen
ihmal edilebilecek kadar küçük sonsuz uzunlukta iletkenler
dairesel kesit alanı,
vakumda 1 m mesafede bulunur
diğeri her bölümde bir kondüktörü arardı
1 m uzunluğunda, etkileşim kuvveti 2 ∗ 10−7 N'ye eşittir.
Volt, potansiyel fark birimi ve elektromotor
kuvvet.
Volt (V) - bölgedeki elektrik voltajı
1 A doğru akıma sahip elektrik devresi
tüketilen güç 1 W.

Coulomb, elektrik birimi
(elektrik yükü).
Coulomb (C) - geçen elektrik miktarı
başından sonuna kadar enine kesitşef
1 saniye süreyle 1 A doğru akım.
Farad, elektriksel kapasitans birimi.
Farad (F) - kapasitörün plakalardaki kapasitansı
1 C'de şarj edildiğinde bir elektrik üretir
voltaj 1 V.
Henry, endüktans birimi.
Henry devrenin endüktansına eşittir
1 V'luk bir kendi kendine indüksiyon emk'si, düzgün bir şekilde oluşur
bu devredeki akım gücünde 1 saniyede 1 A değişiklik.

Weber manyetik akı birimi.
Weber (Wb) - manyetik akı, azalan
kendisine bağlı devrede sıfıra ulaşan,
1 ohm dirence sahip, sızıntılar
elektrik yükü 1 C'ye eşittir.
Tesla, manyetik indüksiyon birimi.
Tesla (T) - homojen bir manyetik indüksiyon
Manyetik akının bulunduğu manyetik alan
1 m2 düz alandan,
indüksiyon hatlarına dik, 1 Wb'ye eşittir.

10. ÖLÇÜ ALETLERİ

Elektrikli ölçüm cihazları çoğunlukla ölçüm yapar
anlık değerler ya elektriksel büyüklükler ya da
elektriksiz, elektriğe dönüştürüldü.
Tüm cihazlar analog ve dijital olarak ayrılmıştır.
İlki genellikle ölçülenin değerini gösterir.
miktarlar boyunca hareket eden bir ok aracılığıyla
dereceli ölçek.
İkincisi dijital bir ekranla donatılmıştır;
Bir büyüklüğün ölçülen değerini sayı olarak gösterir.
Dijital enstrümanlar daha fazla
Daha doğru ve kullanışlı oldukları için tercih ediliyorlar
okuma alırken ve genel olarak daha evrenseldir.

11.

Dijital evrensel sayaçlar
(“multimetre”) ve dijital voltmetreler kullanılır
orta ila yüksek hassasiyetli ölçümler için
DC direncinin yanı sıra voltaj ve
Alternatif akım gücü.
Analog
cihazlar
gitgide
zorla dışarı atılıyor
dijital olmasına rağmen hala uygulama buluyorlar
düşük maliyet önemlidir ve yüksek doğruluk gerekli değildir.
En doğru direnç ve empedans ölçümleri için
direnç (empedans) ölçümü var
köprüler ve diğer özel ölçüm cihazları.
Ölçülen değerdeki değişikliklerin ilerlemesini kaydetmek için
zamanla şerit kaydediciler ve elektronik osiloskoplar gibi kayıt cihazları kullanılmaya başlanır;
Analog ve dijital.

12. DİJİTAL CİHAZLAR

Tüm dijital ölçüm cihazlarında (hariç)
protozoa) amplifikatörler ve diğer elektronik
giriş sinyalini sinyale dönüştürmek için bloklar
Daha sonra dijital forma dönüştürülen voltaj
analogdan dijitale dönüştürücü (ADC).
Ölçülen değeri ifade eden sayı ekranda görüntülenir.
ışık yayan diyot (LED), vakumlu floresan veya
sıvı kristal (LCD) gösterge (ekran).
Cihaz genellikle yerleşik bir cihazın kontrolü altında çalışır.
mikroişlemci ve basit cihazlarda mikroişlemci
ADC ile tek bir entegre devre üzerinde birleştirilir.
Dijital enstrümanlar çalışmaya çok uygundur
harici bir bilgisayara bağlantı. Bazı türlerde
ölçümler, böyle bir bilgisayar ölçümü değiştirir
cihazın işlevlerini yerine getirir ve bunlar için veri aktarım komutları verir.
işleme.

13. Analogdan dijitale dönüştürücüler (ADC)

Üç ana ADC türü vardır: entegre etme,
Ardışık yaklaşım ve paralel.
Entegre ADC, giriş sinyalinin ortalamasını alır
zaman. Listelenen üç türden en doğru olanı budur,
en yavaş olanı olmasına rağmen. Dönüşüm süresi
ADC aralıklarının entegre edilmesi 0,001 ila 50 s arasındadır ve
Üstelik hata %0,1-0,0003'tür.
Ardışık yaklaşım ADC hatası
biraz daha fazla (%0,4-0,002), ancak zaman
dönüşüm - 10 μs'den 1 ms'ye.
Paralel ADC'ler en hızlısıdır ancak aynı zamanda
en az doğru: dönüşüm süreleri 0,25 düzeyindedir
ns, hata -% 0,4'ten% 2'ye.

14.

15. Numune alma yöntemleri

Sinyal zamanında hızlı bir şekilde örneklenir
zamanın farklı noktalarında ölçülüyor ve
Ölçülen değerleri bir süre tutmak (kaydetmek)
bunları dijital forma dönüştürüyoruz.
Elde edilen ayrık değerlerin sırası
sahip bir eğri şeklinde görüntülenebilir
sinyal şekli; bu değerlerin karesi alınır ve
Özetle, ortalamanın karekökü hesaplanabilir
sinyal değeri; onlar için de kullanılabilirler
hesaplamalar
zaman
büyüme,
maksimum
değer, zaman ortalaması, frekans spektrumu vb.
Zaman örneklemesi şu şekilde yapılabilir:
bir sinyal periyodu (“gerçek zamanlı”) veya (ile
sıralı veya rastgele örnekleme) satır başına
tekrarlanan dönemler

16. Dijital voltmetreler ve multimetreler

Dijital
voltmetreler
Ve
multimetreler
ölçüm
bir miktarın yarı statik değeri ve bunu içinde belirtin
dijital form.
Voltmetreler doğrudan yalnızca voltajı ölçer,
genellikle DC akımı ve multimetreler ölçebilir
DC ve AC voltajı, akım gücü,
DC direnci ve bazen sıcaklık.
Bunlar en yaygın enstrümantasyonlardır
0,2 ölçüm hatasına sahip genel amaçlı aletler
%0,001'e kadar 3,5 veya 4,5 haneli dijital ekrana sahip olabilir.
"Yarım tamsayı" işareti (rakam), koşullu bir göstergedir
ekranda sınırlar dışındaki sayılar görüntülenebilir
nominal karakter sayısı. Örneğin, 1-2 V aralığında 3,5 haneli (3,5 haneli) bir ekran şunu gösterebilir:
1,999 V'a kadar voltaj.

17.

18. Empedans ölçerler

Bunlar ölçen ve görüntüleyen özel aletlerdir.
kapasitör kapasitansı, direnç değeri, endüktans
indüktörler veya empedans
Bir kondansatörün veya indüktörün bir dirence bağlanması.
0,00001 pF'den itibaren kapasitansı ölçmek için bu tip cihazlar vardır
99,999 uF'ye kadar, 0,00001 Ohm'dan 99,999 kOhm'a kadar direnç ve
0,0001 mH'den 99,999 G'ye kadar endüktans.
Ölçümler 5 Hz'den 100 MHz'e kadar olan frekanslarda yapılabilmektedir.
bir cihaz tüm frekans aralığını kapsamaz. Frekanslarda
1 kHz'e yakın olduğunda hata yalnızca %0,02 olabilir, ancak
doğruluk, frekans aralıklarının sınırlarına yakın yerlerde azalır ve ölçülür
değerler.
Çoğu enstrüman aynı zamanda türevleri de görüntüleyebilir
bobin kalite faktörü veya kayıp faktörü gibi miktarlar
ölçülen ana değerlerden hesaplanan kapasitör.

19.

20. ANALOG CİHAZLAR

Gerilim, akım ve direnci ölçmek için
kalıcı
akım
uygula
analog
manyetoelektrik cihazlar kalıcı mıknatıs Ve
çok turlu hareketli parça.
Bu tür işaretçi tipi cihazlar karakterize edilir
%0,5 ile %5 arasında hata.
Basit ve ucuzdurlar (örneğin otomobil
akım ve sıcaklığı gösteren cihazlar), ancak
herhangi bir miktarın gerekli olduğu yerlerde kullanılır
önemli doğruluk.

21. Manyetoelektrik cihazlar

Bu tür cihazlar etkileşim kuvvetini kullanır
Hareketli sargının dönüşlerinde akım olan manyetik alan
kısım ikincisini çevirmeye çalışıyor.
Bu kuvvetin momenti an ile dengelenir
karşı yay tarafından yaratılmıştır, böylece
her mevcut değer belirli bir değere karşılık gelir
Ölçekteki işaretçi konumu. Hareketli kısım var
boyutlarına sahip çok turlu tel çerçevenin şekli
3-5 ila 25-35 mm ve mümkün olduğunca hafif yapılmıştır.
hareketli
Parça,
yüklü
Açık
taş
Rulmanlar veya bir metal üzerine asılmış
güçlü bir direklerin arasına yerleştirilen şerit
kalıcı mıknatıs.

22.

Torku dengeleyen iki spiral yay
Moment, aynı zamanda hareketli sargı için akım iletkenleri olarak da görev yapar.
parçalar.
Manyetoelektrik
cihaz
tepki verir
Açık
akım,
hareketli parçasının sarımı boyunca geçerek ve dolayısıyla
temsil etmek
kendin
ampermetre
veya,
daha doğrusu,
miliammetre (aralığın üst sınırından beri
ölçümler yaklaşık 50 mA'yı aşmaz).
Daha büyük akımları ölçmek için uyarlanabilir
Hareketli parçanın sarımına paralel bağlanan kuvvet
düşük dirençli şönt direnç
hareketli parçanın sarımından yalnızca küçük bir kısım dallandı
toplam ölçülen akım.
Böyle bir cihaz ölçülen akımlar için uygundur
binlerce amper. ile seri halinde ise
sargıya ek bir direnç bağlayın, ardından cihaz
voltmetreye dönüşecek.

23.

Böyle bir serideki voltaj düşüşü
bağlantı
eşittir
iş
rezistans
Cihaz tarafından gösterilen akıma direnç, dolayısıyla
Ölçek volt cinsinden derecelendirilebilir.
İle
Yapmak
itibaren
manyetoelektrik
miliammetre ohmmetresi, onu bağlamanız gerekir
Sıralı olarak ölçülen dirençler ve aşağıdakilere uygulanır:
Bu
sıralı
birleştirmek
kalıcı
voltaj, örneğin bir aküden.
Böyle bir devredeki akım orantılı olmayacaktır
direnç ve bu nedenle özel bir ölçeğe ihtiyaç vardır,
düzeltici doğrusal olmama. O zaman mümkün olacak
ölçekte direncin doğrudan okunmasını sağlayın, ancak
ve çok yüksek doğrulukla değil.

24. Galvanometreler

İLE
manyetoelektrik
cihazlar
katmak
Ve
galvanometreler - son derece hassas cihazlar
Son derece düşük akımların ölçümü.
Galvanometrelerin yatakları yoktur; hareketli kısımları;
ince bir şerit veya iplik üzerine asılır, kullanılır
daha güçlü manyetik alan ve ok değiştirilir
süspansiyon ipliğine yapıştırılmış bir ayna (Şek. 1).
Ayna, hareketli parçayla birlikte döner ve
köşe
onun
dönüm
değerlendirilir
İle
yer değiştirme
terazinin üzerine düşürdüğü ışık yansımasını,
yaklaşık 1 m mesafeye monte edilir.
En hassas galvanometreler şunu verebilir:
Akımı değiştirirken 1 mm'ye eşit ölçek sapması
yalnızca 0,00001 µA kadar.

25.

Şekil 1. AYNA GALVANOMETRE akımı ölçer
içine yerleştirilen hareketli parçanın sarımından geçerek
ışık noktasının sapmasına göre manyetik alan.
1 - süspansiyon;
2 - ayna;
3 - boşluk;
4 - kalıcı
mıknatıs;
5 - sarma
hareketli parça;
6 - bahar
süspansiyon.

26. KAYIT CİHAZLARI

Kayıt cihazları değişimin bir “geçmişini” kaydeder
ölçülen miktarın değerleri.
Bu tür cihazların en yaygın türleri arasında
kalemle değişim eğrisini kaydeden şerit kaydediciler
grafik kağıdı bandındaki değerler, analog
süreç eğrisini ortaya çıkaran elektronik osiloskoplar
Açık
ekran
elektron ışını
tüpler,
Ve
dijital
tekli veya seyrek verileri saklayan osiloskoplar
yinelenen sinyaller
Bu cihazlar arasındaki temel fark hızdır
kayıtları.
Kaset
kaydediciler
İle
onların
hareketli
Kayıt için en uygun mekanik parçalar
sinyaller saniyeler, dakikalar içinde ve hatta daha yavaş değişiyor.
Elektronik osiloskoplar kayıt yapabilir
zamanla milyonda parçadan değişen sinyaller
saniyeden birkaç saniyeye kadar.

27. ÖLÇME KÖPRÜLERİ

Ölçme
köprü
Bu
genellikle
dört kollu
elektrik
zincir,
derlenmiş
itibaren
dirençler,
için tasarlanmış kapasitörler ve indüktörler
bu bileşenlerin parametrelerinin oranının belirlenmesi.
Devrenin bir çift zıt kutbuna bağlanır
güç kaynağı ve diğerine - boş bir dedektör.
Ölçüm köprüleri yalnızca aşağıdaki durumlarda kullanılır:
En yüksek ölçüm doğruluğu gereklidir. (Ölçümler için
ortalama
kesinlik
daha iyi
kullanmak
dijital
Cihazların kullanımı daha kolay olduğu için.)
En iyisi
trafo
ölçme
köprüler
AC akımı bir hatayla karakterize edilir (ölçüm
oranı) %0,0000001 mertebesindedir.
Direnci ölçmek için en basit köprünün adı
mucidi Charles Wheatstone

28. Çift DC ölçüm köprüsü

Şekil 2. ÇİFT ÖLÇÜM KÖPRÜSÜ (Thomson köprüsü) Wheatstone köprüsünün daha hassas, ölçüme uygun versiyonu
bölgedeki dört kutuplu referans dirençlerin direnci
mikroohm

29.

Bakır kabloları bir dirence sokmadan bağlamak zordur
bu durumda kontak direnci 0,0001 Ohm veya daha fazladır.
1 Ohm'luk bir direnç durumunda, böyle bir akım ucu bir hataya neden olur
yaklaşık yalnızca %0,01, ancak 0,001 Ohm'luk bir direnç için
hata %10 olacaktır.
Diyagramı çift ölçüm köprüsü (Thomson köprüsü)
Şekil 2'de gösterilmiştir. 2, ölçmek için tasarlandı
küçük değerli referans dirençlerinin direnci.
Bu tür dört kutuplu referans dirençlerin direnci
voltajın potansiyellerine oranı olarak tanımlanır
terminalleri (Şekil 2'deki Rs direncinin p1, p2'si ve Rx direncinin p3, p4'ü)
akım terminalleri üzerinden akım (c1, c2 ve c3, c4).
Bu teknikle bağlantı bağlantılarının direnci
teller istenen ölçüm sonucuna hata getirmez
rezistans.
İki ek kol m ve n etkiyi ortadan kaldırır
kablo 1'i c2 ve c3 terminalleri arasına bağlayın.
Bu kolların m ve n dirençleri şu şekilde seçilir:
M/m = N/n eşitliği sağlandı. Daha sonra değişen
direnç Rs, dengesizliği sıfıra indirin ve Rx ='i bulun
Rs(N/M).

30. AC ölçüm köprüleri

En yaygın ölçüm köprüleri
AC akımı her ikisini de ölçmek için tasarlanmıştır
ağ frekansı 50-60 Hz veya ses frekanslarında
(genellikle 1000 Hz civarında); uzmanlaşmış
ölçüm köprüleri 100 MHz'e kadar frekanslarda çalışır.
Tipik olarak AC ölçüm köprülerinde
ilişkiyi tam olarak tanımlayan iki omuz yerine
voltaj, bir transformatör kullanılır. İstisnalara
Bu kural ölçüm köprüsü için geçerlidir
Maxwell - Suçluluk.

31. Maxwell - Wien ölçüm köprüsü

Şekil 3. MAXWELL ÖLÇÜM KÖPRÜSÜ - ASMA
referans indüktörlerin (L) parametrelerinin karşılaştırılması ve
kapasitörler (C).

32.

Böyle bir ölçüm köprüsü standartları karşılaştırmanıza olanak tanır
bilinmeyen bir kapasitans standartlarıyla endüktans (L)
tam olarak çalışma frekansı.
Yüksek gerilim ölçümlerinde kapasitans standartları kullanılır
kesinlik,
Çünkü
Onlar
yapıcı olarak
Daha kolay
hassas endüktans standartları, daha kompakt,
korunmaları daha kolaydır ve neredeyse hiç
dış elektromanyetik alanlar.
Bu ölçüm köprüsü için denge koşulları şunlardır:
Lx = R2*R3*C1 ve Rx = (R2*R3) / R1 (Şekil 3).
Köprü "kirli" olsa bile dengelidir
güç kaynağı (yani, içeren bir sinyal kaynağı)
temel frekansın harmonikleri), eğer Lx değeri değilse
frekansa bağlıdır.

33. Trafo ölçüm köprüsü

Şekil 4. TRAFO ÖLÇÜM KÖPRÜSÜ
benzer tam değerlerin karşılaştırılması için alternatif akım
rezistans

34.

AC ölçüm köprülerinin avantajlarından biri
- kullanarak tam voltaj oranını ayarlama kolaylığı
transformatör.
Gerilim bölücülerden farklı olarak
dirençler, kapasitörler veya indüktörler,
Transformatörler uzun süre dayanır
belirlenen voltaj oranı sabittir ve nadiren
yeniden kalibrasyon gerektirir.
Açık
pirinç.
4
sundu
şema
trafo
iki benzer kompleyi karşılaştırmak için ölçüm köprüsü
rezistans.
Transformatör ölçüm köprüsünün dezavantajları
Olabilmek
bağlanmak
O,
Ne
davranış,
verildi
transformatör, bir dereceye kadar frekansa bağlıdır
sinyal.
Bu
potansiyel müşteriler
İle
gereklilik
tasarım
trafo
ölçme
köprüler
sadece
İçin
garanti edildiği sınırlı frekans aralıkları
pasaport doğruluğu.

35. AC SİNYALLERİN ÖLÇÜLMESİ

Zamanla değişen AC sinyalleri durumunda
genellikle bazı özelliklerinin ölçülmesi gerekir,
anlık sinyal değerleriyle ilişkilidir.
Daha sık
toplam
tercihen
Bilmek
kök ortalama karesi
Alternatif elektriksel büyüklüklerin (etkili) değerleri
akım, çünkü ısıtma gücü 1V voltajda
DC, ısıtma gücüne karşılık gelir
voltaj 1 V AC.
Bununla birlikte başka miktarlar da ilginizi çekebilir,
örneğin maksimum veya ortalama mutlak değer.
RMS (etkili) voltaj değeri
(veya alternatif akım) kök olarak tanımlanır
zaman ortalamalı voltajın karesi karesi
(veya mevcut):

36.

burada T, Y(t) sinyalinin periyodudur.
Maksimum değer Ymax en büyük anlık değerdir
sinyal ve ortalama mutlak değer YAA mutlak değerdir,
zaman içinde ortalaması alınır.
Sinüzoidal salınımla Yeff = 0,707Ymax ve
YAA = 0,637Ymaks.

37. AC voltaj ve akım ölçümü

Hemen hemen tüm gerilim ve kuvvet ölçüm cihazları
AC akımı değeri gösterir
etkin değer olarak dikkate alınması önerildi
giriş sinyali.
Ancak ucuz cihazlarda genellikle aslında
mutlak ortalama veya maksimum ölçülür
sinyal değeri ve ölçek böylece kalibre edilir
gösterge
karşılık geldi
eş değer
girdi olduğu varsayımı altında etkin değer
sinyal sinüzoidal bir şekle sahiptir.
Bu tür aletlerin doğruluğunun göz ardı edilmemesi gerekir.
Sinyal sinüzoidal değilse son derece düşüktür.

38.

Gerçek etkililiği ölçebilen cihazlar
AC sinyallerinin anlamı şunlar olabilir:
üç prensipten birine dayanmaktadır: elektronik
çarpma, sinyal örnekleme veya termal
dönüşümler.
İlk iki prensibe dayalı cihazlar,
genellikle voltaja ve termale yanıt verir
elektriksel ölçüm cihazları - akım için.
Ek ve şönt dirençler kullanıldığında
Tüm cihazlar hem akımı hem de
Gerilim.

39. Termal elektriksel ölçüm cihazları

Etkin değerlerin en yüksek ölçüm doğruluğu
Gerilim
Ve
akım
sağlamak
termal
elektriksel ölçüm aletleri. Kullanıyorlar
küçük bir formdaki termal akım dönüştürücü
ısıtmalı boşaltılmış cam kartuş
orta kısmına tel (0,5-1 cm uzunluğunda)
Termokuplun sıcak bağlantı noktasına küçük bir boncuk bağlanır.
Boncuk termal temas sağlar ve aynı zamanda
elektrik yalıtımı.
Doğrudan ilişkili sıcaklık artışı ile
etkili
Anlam
akım
V
ısıtma
tel, termokuplun çıkışında bir termo-EMF oluşur
(DC gerilimi).
Bu tür dönüştürücüler kuvveti ölçmek için uygundur
20 Hz ila 10 MHz frekanslı alternatif akım.

40.

Şek. Şekil 5 termal devrenin şematik diyagramını göstermektedir
seçilmiş iki elektriksel ölçüm cihazı
termal akım dönüştürücülerin parametrelerine göre.
Devre girişine AC voltajı uygulandığında
TC1 dönüştürücünün termokuplunun çıkışında Vaс görünüyor
DC voltajı, amplifikatör A oluşturur
devamlı
akım
V
ısıtma
gecikme
ikincisinin termokuplunun bulunduğu dönüştürücü TC2
aynı DC voltajını verir ve normal
Bir DC cihazı çıkış akımını ölçer.

41.

Şekil 5. TERMAL ELEKTRİK ÖLÇÜM CİHAZI
voltajın ve alternatif gücün etkin değerlerinin ölçülmesi
akım
Ek bir direnç kullanılarak açıklanan akım ölçer
voltmetreye dönüşür. Termal elektrik ölçümünden bu yana
cihazlar yalnızca 2 ila 500 mA arasındaki akımları doğrudan ölçer;
Daha yüksek akımları ölçmek için direnç şöntleri gereklidir.

42. AC Güç ve Enerji Ölçümü

AC devresindeki yük tarafından tüketilen güç
akım, zaman ortalama çarpımına eşit
gerilim ve yük akımının anlık değerleri.
Gerilim ve akım sinüzoidal olarak değişiyorsa (olduğu gibi)
bu genellikle olur), o zaman P gücü şu şekilde temsil edilebilir:
form P = EI cosj, burada E ve I etkin değerlerdir
gerilim ve akım ve j faz açısıdır (kayma açısı)
sinüzoidal voltaj ve akım.
Gerilim volt ve akım amper cinsinden ifade edilirse,
o zaman güç watt cinsinden ifade edilecektir.
Güç faktörü olarak adlandırılan cosj çarpanı,
karakterize eder
derece
eşzamanlılık
dalgalanmalar
gerilim ve akım.

43.

İLE
ekonomik
puan
görüş,
en çok
önemli
elektriksel miktar – enerji.
Enerji W, gücün çarpımı ile belirlenir ve
tüketiminin zamanı. Matematiksel formda bu
şu şekilde yazılmıştır:
Zaman (t1 - t2) saniye cinsinden, gerilim e volt cinsinden ve akım i amper cinsinden ölçülürse, enerji W şu şekilde olacaktır:
Watt-saniye cinsinden ifade edilir, yani joule (1 J = 1 W*s).
Zaman saat cinsinden ölçülürse, enerji de watt-saat cinsinden ölçülür. Pratikte elektriği ifade etmek daha uygundur.
kilowatt-saat (1 kW*saat = 1000 Wh).

44. İndüksiyon elektrik sayaçları

Bir indüksiyon ölçer bundan başka bir şey değildir
düşük güçlü bir AC motor olarak
iki sargı - bir akım ve bir voltaj sargısı.
Sargılar arasına yerleştirilen iletken bir disk
döner
altında
aksiyon
tork
an,
güç tüketimiyle orantılıdır.
Bu moment, indüklenen akımlarla dengelenir.
Sabit mıknatıslı disk, böylece dönüş hızı
Disk güç tüketimiyle orantılıdır.

45.

Belirli bir süre için diskin devir sayısı
sırasında alınan toplam elektrikle orantılıdır.
bu tüketici zamanıdır.
Diskin devir sayısı mekanik bir sayaç tarafından sayılır.
elektriği kilovat saat cinsinden gösterir.
Bu tür cihazlar yaygın olarak kullanılmaktadır.
ev elektrik sayaçları.
Hataları genellikle %0,5'tir; Onlar
her koşulda uzun hizmet ömrü ile karakterize edilir
izin verilen akım seviyeleri

Makalenin içeriği

ELEKTRİK ÖLÇÜMLERİ, gerilim, direnç, akım, güç gibi elektriksel büyüklüklerin ölçümü. Ölçümler çeşitli araçlar (ölçüm aletleri, devreler ve özel cihazlar) kullanılarak yapılır. Ölçüm cihazının türü, ölçülen değerin türüne ve boyutuna (değer aralığı) ve ayrıca gerekli ölçüm doğruluğuna bağlıdır. Elektriksel ölçümlerde kullanılan temel SI birimleri volt (V), ohm (Ω), farad (F), Henry (H), amper (A) ve saniyedir (s).

ELEKTRİK MİKTARLARI BİRİMLERİNİN STANDARTLARI

Elektriksel ölçüm, uygun birimlerle (örneğin 3 A, 4 V) ifade edilen bir fiziksel miktarın değerinin (deneysel yöntemler kullanılarak) belirlenmesidir. Elektriksel büyüklük birimlerinin değerleri, fizik kanunlarına ve mekanik büyüklük birimlerine uygun olarak uluslararası anlaşmalarla belirlenir. Uluslararası anlaşmalarla belirlenen elektriksel büyüklük birimlerinin “bakımı” zorluklarla dolu olduğundan, bunlar elektriksel büyüklük birimlerinin “pratik” standartları olarak sunulmaktadır. Bu tür standartlar farklı ülkelerdeki devlet metroloji laboratuvarları tarafından desteklenmektedir. Örneğin, Amerika Birleşik Devletleri'nde, Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü, elektriksel büyüklük birimlerine ilişkin standartların sürdürülmesinden yasal olarak sorumludur. Zaman zaman elektriksel büyüklük birimlerinin standart değerleri ile bu birimlerin tanımları arasındaki uyumu açıklığa kavuşturmak için deneyler yapılmaktadır. 1990 yılında sanayileşmiş ülkelerin devlet metroloji laboratuvarları, elektriksel büyüklük birimlerinin tüm pratik standartlarını kendi aralarında ve bu büyüklüklerin birimlerinin uluslararası tanımlarıyla uyumlu hale getirmek için bir anlaşma imzaladı.

Elektriksel ölçümler, voltaj ve doğru akım birimleri, doğru akım direnci, endüktans ve kapasitans birimlerinin devlet standartlarına uygun olarak gerçekleştirilir. Bu tür standartlar kararlı olan cihazlardır. elektriksel özellikler veya belirli bir fiziksel olguya dayalı olarak bir elektrik miktarının yeniden üretildiği, şu şekilde hesaplanan tesisler: bilinen değerler temel fiziksel sabitler. Watt ve watt-saat standartları desteklenmemektedir, çünkü bu birimlerin değerlerini diğer büyüklük birimleriyle ilişkilendiren tanımlayıcı denklemler kullanılarak hesaplamak daha uygundur.

ÖLÇÜ ALETLERİ

Elektrikli ölçüm cihazları çoğunlukla elektriksel büyüklüklerin veya elektriksel olmayan büyüklüklerin elektriksel büyüklüklere dönüştürülmüş anlık değerlerini ölçer. Tüm cihazlar analog ve dijital olarak ayrılmıştır. İlki genellikle ölçülen miktarın değerini, bölmeli bir ölçek boyunca hareket eden bir ok aracılığıyla gösterir. İkincisi, ölçülen değeri sayı biçiminde gösteren dijital bir ekranla donatılmıştır. Çoğu ölçüm için dijital cihazlar tercih edilir çünkü bunlar daha hassastır, okuma alınması daha kolaydır ve genel olarak daha çok yönlüdür. Dijital multimetreler ("multimetreler") ve dijital voltmetreler, orta ila yüksek doğrulukla DC direncinin yanı sıra AC voltajı ve akımı ölçmek için kullanılır. Analog cihazlar yavaş yavaş yerini dijital cihazlara bırakıyor, ancak bunlar hala düşük maliyetin önemli olduğu ve yüksek doğruluğun gerekli olmadığı yerlerde kullanılıyor. Direnç ve empedansın en doğru ölçümleri için ölçüm köprüleri ve diğer özel ölçüm cihazları mevcuttur. Ölçülen değerdeki değişikliklerin zaman içinde ilerlemesini kaydetmek için kayıt cihazları kullanılır - şerit kaydediciler ve elektronik osiloskoplar, analog ve dijital.

DİJİTAL CİHAZLAR

Tüm dijital sayaçlar (en basitleri hariç), giriş sinyalini bir voltaj sinyaline dönüştürmek için amplifikatörler ve diğer elektronik bileşenleri kullanır; bu daha sonra bir analogdan dijitale dönüştürücü (ADC) tarafından dijital forma dönüştürülür. Ölçülen değeri ifade eden bir sayı, ışık yayan diyot (LED), vakumlu floresan veya sıvı kristal (LCD) gösterge (ekran) üzerinde görüntülenir. Cihaz genellikle yerleşik bir mikroişlemcinin kontrolü altında çalışır ve basit cihazlarda mikroişlemci, tek bir entegre devre üzerinde bir ADC ile birleştirilir. Dijital cihazlar harici bir bilgisayara bağlandığında çalışmaya çok uygundur. Bazı ölçüm türlerinde, böyle bir bilgisayar, cihazın ölçüm fonksiyonlarını değiştirir ve bunların işlenmesi için veri aktarım komutları verir.

Analogdan dijitale dönüştürücüler.

Üç ana ADC türü vardır: entegre, ardışık yaklaşım ve paralel. Entegre bir ADC, giriş sinyalinin zaman içindeki ortalamasını alır. Listelenen üç türden bu, en yavaş olmasına rağmen en doğru olanıdır. Entegre ADC'nin dönüşüm süresi 0,001 ila 50 saniye veya daha fazla arasında değişir, hata %0,1–0,0003'tür. Ardışık ADC yaklaşımının hatası biraz daha büyüktür (%0,4–0,002), ancak dönüşüm süresi ~10 µs ila ~1 ms arasındadır. Paralel ADC'ler en hızlısıdır ancak aynı zamanda en az doğrudur: dönüşüm süreleri yaklaşık 0,25 ns'dir, hata ise %0,4 ile %2 arasındadır.

Ayrıklaştırma yöntemleri.

Sinyal, zamanın ayrı ayrı noktalarında hızlı bir şekilde ölçülerek ve ölçülen değerler dijital forma dönüştürülürken tutularak (kaydedilerek) zaman içinde örneklenir. Elde edilen ayrık değerlerin sırası ekranda bir dalga formu şeklinde görüntülenebilir; bu değerlerin karesini alıp toplayarak sinyalin ortalama karekök değerini hesaplayabilirsiniz; ayrıca yükselme süresini, maksimum değeri, zaman ortalamasını, frekans spektrumunu vb. hesaplamak için de kullanılabilirler. Zaman örneklemesi, tek bir sinyal periyodu ("gerçek zamanlı") üzerinden veya (sıralı veya rastgele örneklemeyle) bir dizi tekrarlanan periyot üzerinden yapılabilir.

Dijital voltmetreler ve multimetreler.

Dijital voltmetreler ve multimetreler, bir miktarın yarı statik değerini ölçer ve bunu dijital biçimde gösterir. Voltmetreler doğrudan yalnızca voltajı (genellikle DC) ölçerken multimetreler DC ve AC voltajı, akımı, DC direncini ve bazen sıcaklığı ölçebilir. Ölçüm doğruluğu %0,2 ila 0,001 arasında değişen bu en yaygın genel amaçlı test cihazları, 3,5 veya 4,5 haneli bir dijital ekrana sahip olabilir. “Yarım tamsayı” karakteri (rakam), ekranın nominal karakter sayısının ötesinde sayılar gösterebileceğinin koşullu bir göstergesidir. Örneğin 1-2V aralığındaki 3,5 haneli (3,5 haneli) bir ekran 1,999V'a kadar olan gerilimleri gösterebilir.

Empedans ölçerler.

Bunlar, bir kapasitörün kapasitansını, bir direncin direncini, bir indüktörün endüktansını veya bir kapasitör veya indüktörün bir dirence bağlantısının toplam direncini (empedans) ölçen ve görüntüleyen özel aletlerdir. Bu tip cihazlar, 0,00001 pF ila 99,999 µF arasındaki kapasitansı, 0,00001 ohm ila 99,999 kohm arasındaki direnci ve 0,0001 mH ila 99,999 H arasındaki endüktansı ölçmek için mevcuttur. Ölçümler 5 Hz ila 100 MHz arasındaki frekanslarda yapılabilir, ancak bir cihaz bunu yapabilmektedir. tüm frekans aralığını kapsamaz. 1 kHz'e yakın frekanslarda hata %0,02 kadar küçük olabilir ancak frekans aralıklarının ve ölçülen değerlerin sınırlarına yakın yerlerde doğruluk azalır. Çoğu cihaz, ölçülen ana değerlerden hesaplanan, bir bobinin kalite faktörü veya bir kapasitörün kayıp faktörü gibi türetilmiş değerleri de görüntüleyebilir.

ANALOG CİHAZLAR

Doğru akımda voltajı, akımı ve direnci ölçmek için, kalıcı mıknatıslı ve çok turlu hareketli parçalı analog manyetoelektrik cihazlar kullanılır. Bu tür işaretçi tipi cihazlar,% 0,5 ila 5'lik bir hatayla karakterize edilir. Basit ve ucuzdurlar (örneğin, akımı ve sıcaklığı gösteren otomotiv aletleri) ancak önemli bir doğruluğun gerekli olduğu yerlerde kullanılmazlar.

Manyetoelektrik cihazlar.

Bu tür cihazlar, hareketli parçanın sargısının dönüşlerinde manyetik alan ile akım arasındaki etkileşim kuvvetini kullanır ve bu, ikincisini döndürme eğilimindedir. Bu kuvvetin momenti, karşı yayın oluşturduğu moment ile dengelenir, böylece her bir akım değeri, skala üzerindeki okun belirli bir konumuna karşılık gelir. Hareketli parça, boyutları 3-5 ila 25-35 mm arasında olan çok turlu tel çerçeve şeklindedir ve mümkün olduğunca hafif yapılmıştır. Taş yataklara monte edilen veya metal bir şerit üzerine asılan hareketli parça, güçlü bir kalıcı mıknatısın kutupları arasına yerleştirilir. Torku dengeleyen iki spiral yay aynı zamanda hareketli parçanın sarılmasında iletken görevi de görür.

Manyetoelektrik cihaz, hareketli parçasının sargısından geçen akıma tepki verir ve bu nedenle bir ampermetre veya daha kesin olarak bir miliammetredir (çünkü ölçüm aralığının üst sınırı yaklaşık 50 mA'yı geçmez). Düşük dirençli bir şönt direncini hareketli parça sargısına paralel bağlayarak daha yüksek akımları ölçecek şekilde uyarlanabilir, böylece ölçülen toplam akımın yalnızca küçük bir kısmı hareketli parça sargısına ayrılır. Böyle bir cihaz binlerce amperde ölçülen akımlar için uygundur. Sargıya seri olarak ek bir direnç bağlarsanız cihaz bir voltmetreye dönüşecektir. Böyle bir seri bağlantıdaki voltaj düşüşü, direncin direnci ile cihaz tarafından gösterilen akımın çarpımına eşittir, dolayısıyla ölçeği volt cinsinden kalibre edilebilir. Manyetoelektrik miliammetreden ohmmetre yapmak için seri olarak ölçülecek dirençleri bağlamanız ve buna seri bağlantı uygulamanız gerekir. sabit voltajörneğin bir bataryadan. Böyle bir devredeki akım dirençle orantılı olmayacaktır ve bu nedenle doğrusal olmayışı düzeltmek için özel bir ölçeğe ihtiyaç vardır. Daha sonra, çok yüksek bir doğrulukla olmasa da, ölçekteki direnci doğrudan okumak mümkün olacaktır.

Galvanometreler.

Manyetoelektrik cihazlar aynı zamanda son derece küçük akımları ölçmek için son derece hassas cihazlar olan galvanometreleri de içerir. Galvanometrelerin yatakları yoktur; hareketli parçaları ince bir şerit veya ip üzerine asılır, daha güçlü bir manyetik alan kullanılır ve işaretçinin yerini askı ipine yapıştırılmış bir ayna alır (Şekil 1). Ayna, hareketli parçayla birlikte döner ve dönme açısı, yaklaşık 1 m mesafeye yerleştirilen bir ölçekte oluşturduğu ışık noktasının yer değiştirmesiyle tahmin edilir. En hassas galvanometreler eşit bir ölçek sapması verme kapasitesine sahiptir. akımda yalnızca 0,00001 μA değişiklikle 1 mm'ye kadar.

KAYIT CİHAZLARI

Kayıt cihazları, ölçülen büyüklüğün değerindeki değişikliklerin "geçmişini" kaydeder. Bu tür cihazların en yaygın türleri arasında, değerdeki değişim eğrisini bir grafik kağıdı bandı üzerine kaydeden şerit grafik kaydediciler, işlem eğrisini bir katot ışın tüpünün ekranında görüntüleyen analog elektronik osiloskoplar ve dijital osiloskoplar bulunur. Tek veya nadiren tekrarlanan sinyalleri saklayan. Bu cihazlar arasındaki temel fark kayıt hızıdır. Şerit kaydediciler, hareketli mekanik parçalarıyla saniyeler, dakikalar veya hatta daha yavaş değişen sinyallerin kaydedilmesi için en uygun olanlardır. Elektronik osiloskoplar, zamanla saniyenin milyonda birinden birkaç saniyeye kadar değişen sinyalleri kaydetme kapasitesine sahiptir.

ÖLÇÜM KÖPRÜLERİ

Bir ölçüm köprüsü genellikle dirençler, kapasitörler ve indüktörlerden oluşan ve bu bileşenlerin parametrelerinin oranını belirlemek için tasarlanmış dört kollu bir elektrik devresidir. Devrenin bir çift zıt kutbuna bir güç kaynağı bağlanır ve diğerine bir sıfır dedektörü bağlanır. Ölçüm köprüleri yalnızca en yüksek ölçüm doğruluğunun gerekli olduğu durumlarda kullanılır. (Orta doğruluklu ölçümler için dijital aletlerin kullanılması daha iyidir çünkü bunların kullanımı daha kolaydır.) En iyi AC trafo ölçüm köprüleri %0,0000001 mertebesinde bir hataya (oran ölçümü) sahiptir. Direnci ölçmek için kullanılan en basit köprü, adını mucidi Charles Wheatstone'dan almıştır.

Çift DC ölçüm köprüsü.

Bakır kabloları, 0,0001 ohm veya daha fazla temas direnci sağlamadan bir dirence bağlamak zordur. 1 Ohm'luk bir direnç durumunda, böyle bir akım ucu yalnızca %0,01 düzeyinde bir hataya neden olur, ancak 0,001 Ohm'luk bir direnç için hata %10 olacaktır. Diyagramı Şekil 2'de gösterilen çift ölçüm köprüsü (Thomson köprüsü). 2, küçük değerli referans dirençlerin direncini ölçmek için tasarlanmıştır. Bu tür dört kutuplu referans dirençlerin direnci, potansiyel terminallerindeki voltajın oranı olarak tanımlanır ( R 1 , R 2 direnç Rs Ve R 3 , P 4 direnç RxŞek. 2) mevcut terminallerinden akım geçirmek ( İle 1 , İle 2 ve İle 3 , İle 4). Bu teknikle, bağlantı tellerinin direnci, istenen direncin ölçülmesi sonucunda hatalara neden olmaz. İki ek kol M Ve N bağlantı telinin etkisini ortadan kaldırın 1 terminaller arasında İle 2 ve İle 3. Rezistans M Ve N bu omuzlar eşitliği sağlayacak şekilde seçilmiştir M/M= N/N. Daha sonra direnci değiştirerek Rs dengesizliği sıfıra indirin ve bulun

Rx = Rs(N/M).

AC ölçüm köprüleri.

En yaygın AC ölçüm köprüleri, 50–60 Hz hat frekansında veya ses frekanslarında (genellikle 1000 Hz civarında) ölçüm yapmak üzere tasarlanmıştır; özel ölçüm köprüleri 100 MHz'e kadar frekanslarda çalışır. Kural olarak AC ölçüm köprülerinde gerilim oranını hassas bir şekilde ayarlayan iki kol yerine bir transformatör kullanılır. Bu kuralın bir istisnası Maxwell-Wien ölçüm köprüsüdür.

Maxwell-Wien ölçüm köprüsü.

Böyle bir ölçüm köprüsü endüktans standartlarını karşılaştırmayı mümkün kılar ( L) bilinmeyen bir çalışma frekansında kapasitans standartlarıyla. Kapasitans standartları yüksek hassasiyetli ölçümlerde kullanılır çünkü tasarım açısından hassas endüktans standartlarından daha basittir, daha kompakttır, koruması daha kolaydır ve neredeyse hiç harici elektromanyetik alan yaratmaz. Bu ölçüm köprüsü için denge koşulları şunlardır: U x = R 2 R 3 C 1 ve Rx = (R 2 R 3) /R 1 (Şek. 3). Köprü, "saf olmayan" bir güç kaynağı (yani temel frekansın harmoniklerini içeren bir sinyal kaynağı) durumunda bile dengelenir; eğer değer U x frekansa bağlı değildir.

Trafo ölçüm köprüsü.

AC ölçüm köprülerinin avantajlarından biri, bir transformatör kullanılarak tam voltaj oranının ayarlanmasının kolaylığıdır. Dirençlerden, kapasitörlerden veya indüktörlerden yapılan gerilim bölücülerin aksine, transformatörler uzun bir süre boyunca sabit bir voltaj oranını korur ve nadiren yeniden kalibrasyon gerektirir. Şek. Şekil 4, aynı tipteki iki empedansı karşılaştırmak için bir transformatör ölçüm köprüsünün diyagramını göstermektedir. Transformatör ölçüm köprüsünün dezavantajları, transformatör tarafından belirlenen oranın bir dereceye kadar sinyalin frekansına bağlı olduğu gerçeğini içerir. Bu, transformatör ölçüm köprülerinin yalnızca nominal doğruluğun garanti edildiği sınırlı frekans aralıkları için tasarlanması ihtiyacına yol açmaktadır.

Topraklama ve koruma.

Tipik sıfır dedektörleri.

AC ölçüm köprülerinde en sık iki tip sıfır dedektörü kullanılır. Bunlardan birinin sıfır dedektörü, sinyal seviyesini gösteren analog çıkış cihazına sahip bir rezonans amplifikatörüdür. Başka bir boş dedektör türü, dengesizlik sinyalini aktif ve reaktif bileşenlere ayıran faza duyarlı bir dedektördür ve bilinmeyen bileşenlerden yalnızca birinin (örneğin endüktansın) doğru şekilde dengelenmesi gereken uygulamalarda kullanışlıdır. L ama direnç değil R indüktörler).

AC SİNYALLERİN ÖLÇÜMÜ

Zamanla değişen AC sinyalleri söz konusu olduğunda, genellikle sinyalin anlık değerleriyle ilişkili bazı özelliklerinin ölçülmesi gerekir. 1 VDC'deki ısıtma gücü, 1 Vrms AC'deki ısıtma gücüne karşılık geldiğinden çoğu zaman RMS (rms) AC elektrik değerlerinin bilinmesi istenir. Bununla birlikte, örneğin maksimum veya ortalama mutlak değer gibi diğer büyüklükler de ilgi çekici olabilir. Alternatif bir akımın voltajının (veya gücünün) ortalama karekök (etkili) değeri, voltajın (veya akımın) zaman ortalamalı karesinin karekökü olarak belirlenir:

Nerede T– sinyal periyodu e(T). Maksimum değer e max, sinyalin en büyük anlık değeri ve ortalama mutlak değeridir yaa– zaman içinde ortalaması alınan mutlak değer. Sinüzoidal salınımla e etki = 0,707 e maksimum ve yaa = 0,637e Maks.

AC voltaj ve akım ölçümü.

Hemen hemen tüm AC gerilim ve akım ölçüm cihazları, giriş sinyalinin etkin değeri olarak kabul edilmesi önerilen bir değeri gösterir. Bununla birlikte, ucuz cihazlar genellikle sinyalin ortalama mutlak veya maksimum değerini ölçer ve giriş sinyalinin sinüzoidal bir dalga biçimi olduğunu varsayarak okumanın eşdeğer etkin değere karşılık gelmesi için ölçeği kalibre eder. Sinyalin sinüsoidal olmaması durumunda bu tür cihazların doğruluğunun son derece düşük olduğu göz ardı edilmemelidir. AC sinyallerinin gerçek rms değerini ölçebilen cihazlar üç prensipten birine dayanabilir: elektronik çarpma, sinyal örnekleme veya termal dönüşüm. İlk iki prensibe dayanan cihazlar, kural olarak gerilime, termal elektriksel ölçüm cihazları ise akıma yanıt verir. Ek ve şönt dirençler kullanıldığında tüm cihazlar hem akımı hem de voltajı ölçebilir.

Elektronik çarpma.

Giriş sinyalinin zaman içinde karesi alınması ve ortalamasının alınması bir miktar yaklaşıma göre gerçekleştirilir elektronik devreler Bunu gerçekleştirmek için amplifikatörler ve doğrusal olmayan öğelerle matematiksel işlemler Analog sinyallerin logaritmasını ve antilogaritmasını bulmak gibi. Bu tür cihazlar yalnızca %0,009 düzeyinde hataya sahip olabilir.

Sinyal örnekleme.

AC sinyali, yüksek hızlı bir ADC kullanılarak dijital forma dönüştürülür. Örneklenen sinyal değerlerinin karesi alınır, toplanır ve bir sinyal döneminde örneklenen değerlerin sayısına bölünür. Bu tür cihazların hatası% 0,01-0,1'dir.

Termal elektriksel ölçüm cihazları.

Gerilim ve akımın etkin değerlerinin ölçülmesinde en yüksek doğruluk, termal elektriksel ölçüm cihazları tarafından sağlanır. Orta kısmına küçük bir boncukla bir termokupl sıcak bağlantısının bağlandığı bir ısıtma teli (0,5-1 cm uzunluğunda) içeren, içi boşaltılmış küçük bir cam kap şeklinde bir termal akım dönüştürücü kullanırlar. Boncuk termal temas ve aynı zamanda elektrik yalıtımı sağlar. Isıtma kablosundaki akımın etkin değeriyle doğrudan ilişkili olan sıcaklıktaki bir artışla, termokupl çıkışında bir termo-EMF (doğru akım voltajı) belirir. Bu tür dönüştürücüler, 20 Hz ila 10 MHz frekansındaki alternatif akımı ölçmek için uygundur.

Şek. Şekil 5, parametrelere göre seçilen iki termal akım dönüştürücüye sahip bir termal elektrik ölçüm cihazının şematik diyagramını göstermektedir. Devre girişine AC voltajı uygulandığında V dönüştürücünün termokupl çıkışında ac TS 1 DC voltajı oluşur, amplifikatör A Dönüştürücünün ısıtma telinde doğru akım oluşturur TSŞekil 2'de, ikincisinin termokuplunun aynı DC voltajını ürettiği ve geleneksel bir DC ölçerin çıkış akımını ölçtüğü görülmektedir.

Ek bir direnç kullanılarak açıklanan akım ölçer bir voltmetreye dönüştürülebilir. Termal elektrik sayaçları yalnızca 2 ila 500 mA arasındaki akımları doğrudan ölçtüğünden, daha yüksek akımları ölçmek için direnç şöntlerine ihtiyaç vardır.

AC güç ve enerji ölçümü.

Bir AC devresinde yük tarafından tüketilen güç, anlık voltaj ve yük akımı değerlerinin zaman ortalama ürününe eşittir. Gerilim ve akım sinüzoidal olarak değişiyorsa (genellikle olduğu gibi), o zaman güç Rşeklinde temsil edilebilir P = EIçünkü J, Nerede e Ve BEN gerilim ve akımın etkin değerleridir ve J– gerilim ve akım sinüzoidlerinin faz açısı (kayma açısı). Gerilim volt ve akım amper cinsinden ifade edilirse, güç watt cinsinden ifade edilir. çünkü çarpan J Güç faktörü olarak adlandırılan, voltaj ve akım dalgalanmalarının senkronizasyon derecesini karakterize eder.

İLE ekonomik nokta Bir açıdan bakıldığında en önemli elektriksel büyüklük enerjidir. Enerji W Gücün ürünü ve tüketim zamanı tarafından belirlenir. Matematiksel formda bu şu şekilde yazılır:

Eğer zaman ( T 1 - T 2) saniye cinsinden ölçülen voltaj e- volt ve akım cinsinden Ben– amper cinsinden, ardından enerji W Watt-saniye cinsinden ifade edilecektir; joule (1 J = 1 Wh·s). Zaman saat cinsinden ölçülürse, enerji de watt-saat cinsinden ölçülür. Pratikte elektriği kilowatt saat (1 kWh h = 1000 Wh) cinsinden ifade etmek daha uygundur.

Zaman paylaşımlı elektrik sayaçları.

Zaman paylaşımlı elektrik sayaçları, elektrik gücünü ölçmek için çok benzersiz ancak doğru bir yöntem kullanır. Bu cihazın iki kanalı var. Bir kanal, giriş sinyalinin geçmesine izin veren veya geçmeyen bir elektronik anahtardır e(veya ters giriş sinyali - e) alçak geçiş filtresine. Anahtarın durumu, giriş sinyaliyle orantılı "kapalı"/"açık" zaman aralığı oranıyla ikinci kanalın çıkış sinyali tarafından kontrol edilir. Filtre çıkışındaki ortalama sinyal, iki giriş sinyalinin çarpımının zaman ortalamasına eşittir. Bir giriş sinyali yük voltajıyla orantılıysa ve diğeri yük akımıyla orantılıysa, çıkış voltajı yükün tükettiği güçle orantılıdır. Bu tür endüstriyel sayaçların hatası 3 kHz'e kadar olan frekanslarda %0,02'dir (laboratuvar sayaçlarının hatası 60 Hz'de yalnızca %0,0001 civarındadır). Yüksek hassasiyetli cihazlar olarak, çalışan ölçüm cihazlarının kontrolünde standart sayaçlar olarak kullanılırlar.

Örnekleme wattmetreleri ve elektrik sayaçları.

Bu tür cihazlar dijital voltmetre prensibine dayanır ancak akım ve gerilim sinyallerini paralel olarak örnekleyen iki giriş kanalına sahiptir. Her ayrı değer e(kÖrnekleme sırasındaki voltaj sinyalinin anlık değerlerini temsil eden, karşılık gelen ayrık değerle çarpılır. Ben(k) aynı anda alınan akım sinyali. Bu tür ürünlerin zaman ortalaması watt cinsinden güçtür:

Zaman içinde ayrık değerlerin ürünlerini biriktiren bir toplayıcı, toplam elektriği watt-saat cinsinden verir. Elektrik sayaçlarının hatası %0,01 kadar az olabilir.

İndüksiyon elektrik sayaçları.

Bir endüksiyon ölçer, iki sargılı (bir akım sargısı ve bir gerilim sargısı) düşük güçlü bir AC elektrik motorundan başka bir şey değildir. Sargılar arasına yerleştirilen iletken disk, tüketilen güçle orantılı bir torkun etkisi altında döner. Bu tork, sabit bir mıknatıs tarafından diskte indüklenen akımlarla dengelenir, böylece diskin dönüş hızı güç tüketimiyle orantılı olur. Belirli bir süre boyunca diskin devir sayısı, bu süre zarfında tüketicinin aldığı toplam elektrikle orantılıdır. Diskin devir sayısı, elektriği kilovat saat cinsinden gösteren mekanik bir sayaç tarafından sayılır. Bu tip cihazlar ev elektrik sayaçları olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Hataları genellikle %0,5'tir; İzin verilen herhangi bir akım seviyesinde uzun bir hizmet ömrüne sahiptirler.

Edebiyat:

Atamalyan E.G. vesaire. Elektriksel büyüklükleri ölçmek için aletler ve yöntemler. M., 1982
Malinovsky V.N. vesaire. Elektrik ölçümleri. M., 1985
Avdeev B.Ya. vesaire. Metrolojinin ve elektriksel ölçümlerin temelleri. L., 1987



Elektriksel ölçümler olmadan sanayide enerji tasarrufu ve enerji verimliliği düşünülemez, çünkü hesabını bilmediğiniz bir şeyi kurtarmak imkansızdır.

Elektriksel ölçümler aşağıdaki türlerden birinde gerçekleştirilir: doğrudan, dolaylı, kümülatif ve ortak. İsim doğrudan görünüm kendisi için konuşursak, gerekli değerin değeri doğrudan cihaz tarafından belirlenir. Bu tür ölçümlerin bir örneği, bir wattmetre ile gücün, bir ampermetre ile akımın vb. belirlenmesidir.

Dolaylı görünüm Bu değerin bilinen bağımlılığına ve doğrudan yöntemle bulunan değere dayalı bir değerin bulunmasından oluşur. Bir örnek, wattmetre olmadan gücün belirlenmesidir. Direkt yöntemle I, U, faz bulunur ve formül kullanılarak güç hesaplanır.

Kümülatif ve ortak türler ölçümler aynı isimli (kümülatif) veya aynı isimde olmayan (ortak) büyüklüklerin birden fazla niceliğinin eş zamanlı ölçümünden oluşur. Gerekli miktarların bulunması, doğrudan ölçümler sonucunda elde edilen katsayılı denklem sistemlerinin çözülmesiyle gerçekleştirilir. Böyle bir sistemdeki denklemlerin sayısı gerekli miktarların sayısına eşit olmalıdır.

Doğrudan ölçümler En yaygın ölçüm türü olarak iki ana yöntemle yapılabilir:

• doğrudan değerlendirme yöntemi
• ölçü ile karşılaştırma yöntemi.

İlk yöntem en basitidir çünkü istenen değerin değeri cihazın ölçeğine göre belirlenir.

Bu yöntem, bir ampermetre ile akım gücünü, voltmetrelerin voltajını vb. belirler. Avantajı bu yöntem basitlik olarak adlandırılabilir ancak dezavantajı düşük doğruluktur.

Bir ölçüyle karşılaştırmalı ölçümler şu yöntemlerden biri kullanılarak gerçekleştirilir: ikame, karşıtlık, tesadüf, diferansiyel ve sıfır. Ölçü, belirli bir miktarın bir tür referans değeridir.

Diferansiyel ve sıfır yöntemleri– ölçüm köprülerinin çalışmasının temelini oluşturur. Diferansiyel yöntemle dengesiz gösterge köprüleri, sıfır yöntemiyle ise dengeli veya sıfır köprüler yapılır.

Dengeli köprülerde karşılaştırma, dirençler karşılaştırılırken kapalı bir devre (dört terminalli ağ) oluşturacak, tek bir kaynaktan beslenen ve bir denge göstergesi tarafından tespit edilen eş potansiyel noktalara sahip olacak şekilde seçilen iki veya daha fazla yardımcı direnç kullanılarak yapılır. .

Yardımcı dirençler arasındaki oran, karşılaştırılan büyüklükler arasındaki ilişkinin bir ölçüsüdür. DC devrelerinde denge göstergesi bir galvanometre, AC devrelerinde ise bir milivoltmetredir.

Diferansiyel yöntem, ölçüm cihazı bilinen ve istenen akım değerleri arasındaki farktan tam olarak etkilendiğinden, fark yöntemi olarak da adlandırılır. Null yöntemi ekstrem bir durumdur diferansiyel yöntem. Örneğin, belirtilen köprü devresinde eşitlik karşılanırsa galvanometre sıfırı gösterir:

R1*R3 = R2*R4;

Bu ifadeden şu sonuç çıkıyor:

Rx=R1=R2*R4/R3.

Böylece diğer 3'ü örnek olmak şartıyla bilinmeyen herhangi bir elemanın direncini hesaplamak mümkündür. Doğru akım kaynağı da örnek teşkil etmelidir.

Zıtlaştırma yöntemi– aksi halde bu yönteme kompanzasyon denir ve voltajın veya EMF'nin, akımın doğrudan karşılaştırılması için ve dolaylı olarak elektriksel büyüklüklere dönüştürülen diğer niceliklerin ölçülmesi için kullanılır.

Birbirine bağlı olmayan iki zıt yönlü EMF, devrenin dallarını dengeleyen bir cihaza açılır. Resimde: Ux'u bulmanız gerekiyor. Örnek teşkil eden bir ayarlanabilir direnç Rk kullanılarak, sayısal olarak Ux'e eşit olacak şekilde bir gerilim düşüşü Uk elde edilir.

Eşitlikleri bir galvanometrenin okumalarıyla değerlendirilebilir. U ve Ux eşitse, zıt yönlü oldukları için galvanometre devresinde hiçbir akım akmayacaktır. Direnci ve akım değerini bilerek Ux'i formülü kullanarak belirleriz.

Değiştirme yöntemi- Arzu edilen değerin, ikame edilen değere eşit, bilinen bir standart değerle değiştirildiği veya birleştirildiği bir yöntem. Bu yöntem bilinmeyen bir değerin endüktansını veya kapasitansını belirlemek için kullanılır. Frekansın devre parametrelerine bağımlılığını belirleyen bir ifade:

fo=1/(√LC)

Sol tarafta f0 frekansı HF jeneratörü tarafından ayarlanır, sağ tarafta ise ölçülen devrenin endüktans ve kapasitans değerleri bulunur. Rezonans frekansını seçerek belirleyebilirsiniz bilinmeyen değerler ifadenin sağ tarafında.

Rezonans göstergesi, rezonans anında okumaları en yüksek olacak olan, yüksek giriş direncine sahip bir elektronik voltmetredir. Ölçülen indüktör bir referans kapasitöre paralel bağlanırsa ve ölçülürse rezonans frekansı ise Lx'in değeri yukarıdaki ifade kullanılarak bulunabilir. Bilinmeyen kapasite de benzer şekilde konumlandırılmıştır.

İlk olarak, L endüktansı ve Co model kapasitörden oluşan rezonans devresi fo frekansındaki rezonansa ayarlanır; aynı zamanda fo değerleri ve Co1 kapasitörünün kapasitansı kaydedilir.

Daha sonra, model kapasitör Co'ya paralel olarak, aynı fo frekansında rezonans elde etmek için model kapasitörün kapasitansı değiştirilerek bir kapasitör Cx bağlanır; Buna göre gerekli miktar Co2'dir.

Eşleştirme yöntemi- İstenilen ile istenen arasındaki farkın belirlendiği bir yöntem bilinen miktarölçek işaretlerinin veya periyodik sinyallerin çakışmasıyla belirlenir. Çarpıcı bir örnek Bu yöntemin yaşamdaki uygulaması, çeşitli parçaların açısal dönüş hızını ölçmektir.

Bunu yapmak için, ölçülen nesneye küçük bir işaret gibi bir işaret uygulanır. İşaretli bir parça döndürüldüğünde, başlangıçta yanıp sönme frekansı bilinen bir flaş ışığı ona yönlendirilir. Flaşın frekansını ayarlayarak işaretin yerinde kalmasını sağlayabilirsiniz. Bu durumda parçanın dönme frekansı, flaş ışığının yanıp sönme frekansına eşit alınır.

ELEKTRİK ÖLÇÜMLERİ VE ALETLER

3.1. Elektrik mühendisliğinde ölçümlerin rolü

Herhangi bir bilgi alanında ölçümler son derece önemlidir, ancak elektrik mühendisliğinde özellikle önemlidir.

İnsan, duyularının yardımıyla mekanik, termal ve ışık olaylarını algılar. Yaklaşık olarak da olsa nesnelerin büyüklüğünü, hareket hızlarını ve ışıklı cisimlerin parlaklığını tahmin edebiliriz. Uzun zamandır insanlar yıldızlı gökyüzünü bu şekilde incelediler.

Ama sen ve ben akımı 10 olan bir iletkene tamamen aynı şekilde tepki veriyoruz. mA veya 1 A(yani 100 kat daha fazla).

İletkenin şeklini, rengini görüyoruz ama duyularımız akımın büyüklüğünü değerlendirmemize izin vermiyor. Aynı şekilde biz de tamamen kayıtsızız. manyetik alan Bobin tarafından oluşturulan, kapasitörün plakaları arasındaki elektrik alanı. Tıp, elektrik ve manyetik alanların insan vücudu üzerinde belirli bir etkisini oluşturmuştur, ancak biz bu etkiyi ve büyüklüğünü hissetmiyoruz. elektromanyetik alan değerlendiremiyoruz.

Tek istisna çok güçlü alanlar. Ancak burada da, yüksek gerilim iletim hattının gözü boyunca yürürken fark edilebilecek hoş olmayan karıncalanma hissi, değeri yaklaşık olarak tahmin etmemize bile izin vermeyecektir. elektrik voltajıÇizgide.

Bütün bunlar, fizikçileri ve mühendisleri elektriğin araştırılması ve uygulanmasının ilk adımlarından itibaren elektriksel ölçüm cihazlarını kullanmaya zorladı.

Aletler bir elektrik mühendisinin gözleri ve kulaklarıdır. Onlar olmadan sağır, kör ve tamamen çaresizdir. Fabrikalarda ve araştırma laboratuvarlarında milyonlarca elektriksel ölçüm cihazı kuruludur. Her dairede ayrıca bir ölçüm cihazı - bir elektrik sayacı vardır.

Elektrikli ölçüm cihazlarının okumaları (sinyalleri), çeşitli elektrikli cihazların çalışmasını ve elektrikli ekipmanın durumunu, özellikle yalıtımın durumunu değerlendirmek için kullanılır. Elektrikli ölçüm cihazları yüksek hassasiyet, ölçüm doğruluğu, güvenilirlik ve uygulama kolaylığı ile öne çıkar.

Elektrikli alet yapımının başarısı, diğer endüstrilerin de hizmetlerini kullanmaya başlamasına yol açtı. Elektrik yöntemleri boyutları, hızları, kütleyi ve sıcaklığı belirlemek için kullanılmaya başlandı. Hatta bağımsız bir disiplin ortaya çıktı” Elektriksel olmayan büyüklüklerin elektriksel ölçümleri”.

Elektrikli ölçüm cihazlarının okumaları uzun mesafelere iletilebilir (telemetre), bunlar doğrudan etki Açık üretim süreçleri(otomatik düzenleme); onların yardımıyla, kontrollü süreçlerin ilerlemesi, örneğin kasete kaydedilerek vb. kaydedilir.

Yarı iletken teknolojisinin kullanımı, elektrikli ölçüm cihazlarının kullanımını önemli ölçüde genişletmiştir.

Herhangi bir fiziksel miktarı ölçmek, değerini özel teknik araçlar kullanarak deneysel olarak bulmak anlamına gelir.

En yeni ekipmanın tezgah testi, elektriksel ölçümler olmadan düşünülemez. Bu nedenle, 1200 gücünde bir turbojeneratörü test ederken. MW Elektrosila fabrikasında 1.500 noktada ölçüm yapıldı.

Elektrikli ölçüm cihazlarının geliştirilmesi, içlerinde mikroelektroniklerin kullanılmasına yol açmıştır, bu da fiziksel büyüklüklerin% 0,005-0,0005'ten fazla olmayan bir hatayla ölçülmesini mümkün kılmaktadır.

3.2. Temel kavramlar, terimler ve tanımlar

Deneyle doğrulanmayan teorik faaliyetlerin sonuçları güvenilmezdir. Bir deney sırasında ölçüm ekipmanı, ürünlerin kalitesini ve miktarını, teknolojik süreçlerin doğruluğunu, dağıtımı, tüketimi ve üretimi gösteren sonuçlar verir. Aynı zamanda, düşük enerji tüketimi, ölçülen değerlerin uzak mesafelere iletilmesi olasılığı, yüksek ölçüm ve iletim hızının yanı sıra yüksek doğruluk ve hassasiyet nedeniyle elektriksel ölçümlerin tercih edilebilir olduğu ortaya çıktı.

Elektriksel ölçümler ve aletler, bunların birliğini sağlama yöntemleri ve araçları, gerekli doğruluğu elde etme yöntemleri - tüm bunlar metroloji ile ilgilidir ve optimal normları ve etkileşim kurallarını oluşturmanın ilke ve yöntemleri - standardizasyon.

İÇİNDE Rusya Federasyonu standardizasyon ve metroloji tek bir yerde birleştirilmiştir kamu hizmeti- Devlet Standartlar Komitesi. 1963 yılında GOST 9867-61, metreye dayalı Uluslararası Birim Sistemini (SI) tanıttı ( M), kilogram ( kilogram), saniye ( İle), amper ( A), kelvin ( İLE) ve kandelalar ( CD).

Terimlerin ve tanımların içeriği bilinirse, elektriksel ölçümler ve aletlerle ilgili konuların anlaşılması daha kolay olur.

Metroloji- Ölçme bilimi, bunların birliğini sağlama yöntemleri ve araçları ile gerekli doğruluğu elde etme yöntemleri.

Ölçüm- fiziksel bir miktarın değerinin özel teknik araçlar kullanılarak deneysel olarak bulunması.

Ölçüm sonucu- ölçüm yoluyla bulunan fiziksel bir miktarın değeri.

Ölçüm- belirli bir boyuttaki fiziksel miktarı yeniden üretmek için tasarlanmış bir ölçüm cihazı (örneğin, ışık ölçüm birimi - cd).

Dönüştürücü- İletim, daha fazla dönüştürme, işleme (veya depolama) için uygun olan ancak bir gözlemci tarafından doğrudan algılanmaya uygun olmayan bir formda ölçüm bilgisi sinyali oluşturmaya yönelik bir ölçüm cihazı. Birincil ölçüm dönüştürücüsü bir sensördür.

Metre- Bir gözlemcinin doğrudan algılayabileceği bir formda ölçüm bilgisi sinyali üretmek üzere tasarlanmış bir ölçüm cihazı.

3.3. Ölçüm yöntemleri. Ölçüm hatası

Ölçülen çeşitli elektriksel büyüklükler için kendi ölçüm aletleri, sözde önlemler. Örneğin, normal elemanlar EMF ölçüsü olarak hizmet eder, ölçüm dirençleri elektrik direnci ölçüsü olarak hizmet eder, ölçüm indüktörleri endüktans ölçüsü olarak hizmet eder, sabit kapasitans kapasitörleri elektriksel kapasitans ölçüsü olarak hizmet eder, vb.

Uygulamada, çeşitli fiziksel büyüklükleri ölçmek için çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. İkincisi, sonucu elde etme yöntemine bağlı olarak ikiye ayrılır: dümdüz Ve dolaylı. Şu tarihte: doğrudan ölçüm miktarın değeri doğrudan deneysel verilerden elde edilir. Şu tarihte: dolaylı ölçüm bir büyüklüğün istenilen değeri, bu büyüklük ile doğrudan ölçümlerden elde edilen değerler arasında bilinen bir ilişki kullanılarak sayılarak bulunur. Böylece, bir devrenin bir bölümünün direnci, içinden akan akımın ve uygulanan voltajın ölçülmesi ve ardından bu direncin Ohm kanununa göre hesaplanmasıyla belirlenebilir. Elektriksel ölçüm teknolojisinde en yaygın kullanılan yöntemler, genellikle daha basit olması ve daha az zaman gerektirmesi nedeniyle doğrudan ölçüm yöntemleridir.

Elektriksel ölçüm teknolojisinde ayrıca kullanırlar karşılaştırma yöntemiölçülen değerin tekrarlanabilir bir ölçümle karşılaştırılmasına dayanır. Karşılaştırma yöntemi telafi edici veya köprü olabilir. Uygulama örneği telafi yöntemi değerini normal bir elemanın EMF değeriyle karşılaştırarak voltajı ölçmeye yarar. Örnek köprü yöntemi dört kollu bir köprü devresi kullanarak direnci ölçmektir. Kompanzasyon ve köprü yöntemleri kullanılarak yapılan ölçümler çok doğrudur ancak daha gelişmiş ölçüm ekipmanları gerektirir.