Elektriksel ölçümlerin temel yöntem türleri ve teknolojisi. Elektrik ölçümleri ve aletleri

ELEKTRİK ÖLÇÜMLERİ VE ALETLER

3.1. Elektrik mühendisliğinde ölçümlerin rolü

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

Mekanik, termal, ışık fenomeniİnsan duyuları yardımıyla 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 bobinin oluşturduğu manyetik alana, kapasitörün plakaları arasındaki elektrik alanına da tamamen kayıtsızız. 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 bile etrafta dolaşırken fark edilebilecek hoş olmayan bir karıncalanma hissi var. yüksek gerilim hattı iletim, hattaki elektrik voltajının büyüklüğünü yaklaşık olarak tahmin etmemize bile izin vermeyecektir.

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. Boyutları, hızları, kütleyi ve sıcaklığı belirlemek için elektriksel yöntemler kullanılmaya başlandı. Hatta vardı bağımsız disiplin “Elektriksel ölçümler elektriksel büyüklükler ”.

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 genişletti.

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

Sonuçlar teorik aktivite deneysel doğrulama olmadan 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 devre bölümünün direnci, içinden geçen 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 oldukça doğrudur ancak daha karmaşık ölçüm ekipmanları gerektirir.

Bilim ve teknolojinin ihtiyaçları, araçları ve yöntemleri sürekli olarak geliştirilen ve iyileştirilen birçok ölçümü içermektedir. Bu alandaki en önemli rol, çok çeşitli endüstrilerde geniş uygulama alanı bulan elektriksel büyüklüklerin ölçümlerine aittir.

Ölçüm kavramı

Herhangi bir fiziksel miktarın ölçümü, bir ölçü birimi olarak benimsenen aynı türdeki olgunun belirli bir miktarı ile karşılaştırılarak yapılır. Karşılaştırmadan elde edilen sonuç uygun birimlerle sayısal olarak sunulur.

Bu işlem kullanılarak gerçekleştirilir. özel araçlarölçümler - belirli parametrelerin ölçülmesi gereken bir nesneyle etkileşime giren teknik cihazlar. Bu durumda, belirli yöntemler kullanılır - ölçülen değerin ölçüm birimiyle karşılaştırılmasını sağlayan teknikler.

Elektriksel büyüklüklerin ölçümlerini türe göre sınıflandırmak için temel oluşturan birkaç işaret vardır:

Ölçüm eylemlerinin sayısı. Burada önemli olan bunların bir kez mi yoksa iki kez mi olduğudur.
Doğruluk derecesi. Teknik, kontrol ve doğrulama ölçümleri, en doğru ölçümlerin yanı sıra eşit derecede doğru ve eşit derecede doğru olmayan ölçümler vardır.
Ölçülen miktardaki zaman içindeki değişimin niteliği. Bu kritere göre ölçümler statik ve dinamik olabilir. Dinamik ölçümlerle elde ederiz anlık değerler zamanla değişen miktarlar ve statik olanlar - bazıları sabit değerler.
Sonucun sunumu. Elektriksel büyüklüklerin ölçümleri göreceli terimlerle veya terimlerle ifade edilebilir. mutlak biçim.
İstenilen sonucu elde etmek için bir yöntem. Bu kritere göre, ölçümler doğrudan (sonucun doğrudan elde edildiği) ve dolaylı olarak ikiye ayrılır; burada herhangi birinin istenen değeriyle ilişkili miktarlar doğrudan ölçülür. fonksiyonel bağımlılık. İkinci durumda elde edilen sonuçlardan istenen fiziksel miktar hesaplanır. Bu nedenle, bir ampermetre kullanılarak akımın ölçülmesi doğrudan ölçümün bir örneğidir ve güç dolaylıdır.

Ölçme araçları

Ölçüm amaçlı cihazlar standart özelliklere sahip olmalı ve ayrıca belirli bir süre boyunca korunmalı veya ölçülmesi amaçlanan miktarın birimini yeniden üretmelidir.

Elektriksel büyüklükleri ölçmek için kullanılan aletler, amaçlarına bağlı olarak birkaç kategoriye ayrılır:

Miktar. Bu araçlar, belirli bir boyuttaki bir değeri yeniden üretmeye hizmet eder - örneğin, bilinen bir hatayla belirli bir direnci yeniden üreten bir direnç.
depolama, dönüştürme, iletim için uygun bir biçimde bir sinyal oluşturmak. Bu tür bilgiler doğrudan algılama için mevcut değildir.
Elektrikli ölçüm aletleri. Bu araçlar, bilgiyi gözlemcinin erişebileceği bir biçimde sunmak üzere tasarlanmıştır. Taşınabilir veya sabit, analog veya dijital, kayıt veya sinyalleşme olabilirler.
Elektrik ölçüm tesisleri, yukarıda belirtilen araçların ve ek cihazların tek bir yerde toplanmış kompleksleridir. Kurulumlar daha fazlasını sağlar karmaşık ölçümler(Örneğin, manyetik özellikler veya direnç), doğrulama veya referans cihazları olarak hizmet eder.
Elektriksel ölçüm sistemleri de çeşitli araçların birleşimidir. Bununla birlikte, kurulumlardan farklı olarak, elektriksel büyüklükleri ölçen aletler ve diğer araçlar sistem içerisinde dağınık halde bulunmaktadır. Sistemleri kullanarak çeşitli miktarları ölçebilir, ölçüm bilgi sinyallerini saklayabilir, işleyebilir ve iletebilirsiniz.

Herhangi bir karmaşık ölçüm problemini çözmek gerekiyorsa, bir dizi cihazı ve elektronik bilgi işlem ekipmanını birleştiren ölçüm ve hesaplama kompleksleri oluşturulur.

Ölçüm cihazlarının özellikleri

Ölçme ekipmanı cihazları belirli özellikler doğrudan işlevlerinin yerine getirilmesi açısından önemlidir. Bunlar şunları içerir:

hassasiyet ve eşiği, elektriksel bir büyüklüğün ölçüm aralığı, cihaz hatası, bölme değeri, hız vb. gibi.
Dinamik özellikler, örneğin genlik (cihazın çıkış sinyalinin genliğinin girişteki genliğe bağımlılığı) veya faz (bağımlılık) faz kayması sinyal frekansına bağlı olarak).
Performans özellikleri, belirli koşullar altında cihazın çalışma gereksinimlerine uygunluk derecesini yansıtır. Bunlar, okumaların güvenilirliği, güvenilirlik (cihazın çalışabilirliği, dayanıklılığı ve güvenilirliği), bakım kolaylığı, elektriksel güvenlik ve verimlilik gibi özellikleri içerir.

Ekipmanın özellikleri, her cihaz türü için ilgili düzenleyici ve teknik belgeler tarafından belirlenir.

Kullanılan yöntemler

Elektriksel büyüklükler kullanılarak ölçülür çeşitli yöntemler göre de sınıflandırılabilir. aşağıdaki kriterler:

Ölçümün gerçekleştirildiği fiziksel olayların türü (elektriksel veya manyetik olaylar).
Ölçüm cihazının nesneyle etkileşiminin doğası. Buna bağlı olarak iletişim kurun ve temassız yöntemler elektriksel büyüklüklerin ölçümü.
Ölçüm modu. Buna göre ölçümler dinamik ve statik olabilir.
İstenilen değer doğrudan bir cihaz (örneğin bir ampermetre) tarafından belirlendiğinde hem doğrudan değerlendirme yöntemleri hem de bilinen bir değerle karşılaştırılarak ortaya çıkarıldığı daha doğru yöntemler (sıfır, diferansiyel, karşıtlık, ikame) geliştirilmiştir. değer. Kompansatörler ve sabit ve sabit voltajlı elektriksel ölçüm köprüleri karşılaştırma cihazları olarak görev yapar. klima.

Elektrikli ölçüm cihazları: türleri ve özellikleri

Temel elektriksel büyüklüklerin ölçülmesi çok çeşitli enstrümanlar gerektirir. bağlı olarak fiziksel prensipçalışmalarının temelini oluşturan, hepsi aşağıdaki gruplara ayrılır:

Elektromekanik cihazların tasarımlarında mutlaka hareketli bir parça bulunur. Buna büyük grupölçüm aletleri arasında elektrodinamik, ferrodinamik, manyetoelektrik, elektromanyetik, elektrostatik, indüksiyon aletleri bulunur. Örneğin çok yaygın olarak kullanılan manyetoelektrik prensibi voltmetre, ampermetre, ohmmetre ve galvanometre gibi cihazların temeli olarak kullanılabilir. Elektrik sayaçları, frekans ölçerler vb. endüksiyon prensibine dayanmaktadır.
Elektronik cihazlar ek birimlerin varlığıyla ayırt edilir: fiziksel büyüklüklerin dönüştürücüleri, amplifikatörler, dönüştürücüler vb. Kural olarak, bu tip cihazlarda ölçülen miktar gerilime dönüştürülür ve yapısal temeli bir voltmetredir. Elektronik ölçüm aletleri frekans ölçer, kapasitans, direnç, endüktans ölçer ve osiloskop olarak kullanılır.
Termoelektrik cihazlar, tasarımlarında manyetoelektrik tipte bir ölçüm cihazı ile bir termokupl ve içinden ölçülen akımın aktığı bir ısıtıcı tarafından oluşturulan bir termal dönüştürücüyü birleştirir. Bu tip cihazlar esas olarak yüksek frekanslı akımları ölçmek için kullanılır.
Elektrokimyasal. Çalışma prensibi, elektrotlarda veya elektrotlar arası alanda incelenen ortamda meydana gelen işlemlere dayanmaktadır. Bu tip aletler elektriksel iletkenliği, elektrik miktarını ve elektriksel olmayan bazı miktarları ölçmek için kullanılır.

İle fonksiyonel özellikler farklılaştırmak aşağıdaki türler elektriksel büyüklükleri ölçen aletler:

Gösterge (sinyal verme) cihazları, wattmetre veya ampermetre gibi yalnızca ölçüm bilgilerinin doğrudan okunmasına izin veren cihazlardır.
Kayıt - elektronik osiloskoplar gibi okumaların kaydedilmesine izin veren aletler.

Sinyal türüne bağlı olarak cihazlar analog ve dijital olarak ayrılır. Cihaz, ölçülen miktarın sürekli bir fonksiyonu olan bir sinyal üretiyorsa, bu analogdur, örneğin bir voltmetredir ve okumaları bir ibreli bir kadran kullanılarak verilir. Cihazın otomatik olarak ekrana sayısal biçimde sağlanan ayrı değerler akışı şeklinde bir sinyal üretmesi durumunda, dijital bir ölçüm cihazından bahsediyoruz.

Dijital enstrümanların analog olanlara göre bazı dezavantajları vardır: daha az güvenilirlik, bir güç kaynağına ihtiyaç duyulması, daha fazla yüksek maliyet. Bununla birlikte, genel olarak dijital cihazların kullanımını daha çok tercih edilir kılan önemli avantajlarla da ayırt edilirler: kullanım kolaylığı, yüksek doğruluk ve gürültü bağışıklığı, evrenselleştirme olasılığı, bir bilgisayarla kombinasyon ve doğruluk kaybı olmadan uzaktan sinyal iletimi .

Aletlerin hataları ve doğruluğu

Bir elektrikli ölçüm cihazının en önemli özelliği - diğerleri gibi elektriksel büyüklüklerin sınıfı da teknik cihazın hataları dikkate alınmadan yapılamaz. ek faktörler(katsayılar) ölçüm doğruluğunu etkiler. Verilen hataların sınır değerlerine izin verilir bu türden cihaza normalleştirilmiş denir ve yüzde olarak ifade edilir. Belirli bir cihazın doğruluk sınıfını belirlerler.

Ölçme cihazlarının terazilerini işaretlemek için kullanılan standart sınıflar şunlardır: 4.0; 2.5; 1.5; 1.0; 0,5; 0,2; 0,1; 0.05. Bunlara uygun olarak amaca göre bir ayrım oluşturulmuştur: 0,05 ila 0,2 arasındaki sınıflara ait cihazlar örnek niteliğindedir, laboratuvar cihazları 0,5 ve 1,0 sınıflarına sahiptir ve son olarak 1,5-4,0 sınıflarındaki cihazlar tekniktir.

Bir ölçüm cihazı seçerken, çözülen probleme sınıfta karşılık gelmesi gerekirken, üst sınırölçümler istenilen miktarın sayısal değerine mümkün olduğunca yakın olmalıdır. Yani, alet iğnesinin sapması ne kadar büyük olursa, ölçümün bağıl hatası da o kadar küçük olacaktır. Yalnızca düşük sınıf cihazlar mevcutsa, en küçük çalışma aralığına sahip olanı seçmelisiniz. Bu yöntemleri kullanarak elektriksel büyüklüklerin ölçümleri oldukça doğru bir şekilde gerçekleştirilebilir. Bu durumda, cihazın ölçek tipini de (ohmmetre ölçekleri gibi tekdüze veya düzensiz) dikkate almanız gerekir.

Temel elektriksel büyüklükler ve ölçü birimleri

Çoğu zaman, elektriksel ölçümler aşağıdaki miktarlarla ilişkilendirilir:

Akım gücü (veya kısaca akım) I. Bu değer, bir iletkenin kesitinden 1 saniyede geçen elektrik yükünün miktarını gösterir. Elektrik akımı, ampermetreler, avometreler (“tseshki” olarak adlandırılan test cihazları), dijital multimetreler ve ölçüm transformatörleri kullanılarak amper (A) cinsinden ölçülür.
Elektrik miktarı (şarj) q. Bu değer, belirli bir fiziksel bedenin ne ölçüde elektromanyetik alan kaynağı olabileceğini belirler. Elektrik yükü coulomb (C) cinsinden ölçülür. 1 C (amper-saniye) = 1 A ∙ 1 s. Ölçüm cihazları elektrometreler veya elektronik şarj ölçerlerdir (coulomb metreler).
Gerilim U. İki farklı nokta arasında mevcut olan potansiyel farkı (şarj enerjisi) ifade eder elektrik alanı. Bu elektriksel büyüklük için ölçü birimi volttur (V). 1 coulomb'luk yükü bir noktadan diğerine taşımak için alan 1 joule iş yaparsa (yani karşılık gelen enerji harcanırsa), o zaman bu noktalar arasındaki potansiyel fark - voltaj - 1 volt: 1 olur. V = 1 J/1 Cl. Elektrik voltajı voltmetreler, dijital veya analog (test cihazları) multimetreler kullanılarak ölçülür.
Direnç R. Bir iletkenin elektrik akımının içinden geçmesini önleme yeteneğini karakterize eder. Direncin birimi ohm'dur. 1 Ohm, uçlarında 1 volt gerilim bulunan bir iletkenin 1 amperlik akıma karşı direncidir: 1 Ohm = 1 V/1 A. Direnç, iletkenin kesiti ve uzunluğu ile doğru orantılıdır. Bunu ölçmek için ohmmetreler, avometreler ve multimetreler kullanılır.
Elektriksel iletkenlik (iletkenlik) G direncin tersidir. Siemens (Sm) cinsinden ölçülmüştür: 1 Sm = 1 Ohm -1.
Kapasitans C, bir iletkenin şarj depolama yeteneğinin bir ölçüsüdür ve aynı zamanda temel elektriksel büyüklüklerden biridir. Ölçü birimi faraddır (F). Bir kapasitör için bu değer, plakaların karşılıklı kapasitansı olarak tanımlanır ve biriken yükün plakalar arasındaki potansiyel farkına oranına eşittir. Düz bir kapasitörün kapasitansı, plakaların alanı arttıkça ve aralarındaki mesafe azaldıkça artar. Plakalarda 1 coulomb'luk bir yük ile 1 voltluk bir voltaj oluşturulursa, böyle bir kapasitörün kapasitansı 1 farad'a eşit olacaktır: 1 F = 1 C/1 V. Ölçüm, kullanılarak gerçekleştirilir. özel cihazlar- kapasite ölçerler veya dijital multimetreler.
Güç P, elektrik enerjisinin aktarıldığı (dönüştürüldüğü) hızı yansıtan bir miktardır. Gibi sistem birimi güç watt olarak alınır (W; 1 W = 1 J/s). Bu değer aynı zamanda gerilim ve akımın çarpımı ile de ifade edilebilir: 1 W = 1 V ∙ 1 A. Alternatif akım devreleri için aktif (tüketilen) güç Pa ayırt edilir, reaktif güç P ra (işlemde yer almaz) akım) ve toplam güç P Ölçüm sırasında aşağıdaki birimler kullanılır: watt, var (“volt-amper reaktif” anlamına gelir) ve buna göre volt-amper VA. Boyutları aynıdır ve belirtilen miktarları ayırt etmeye yararlar. Gücü ölçmek için aletler - analog veya dijital wattmetreler. Dolaylı ölçümler(örneğin ampermetre kullanmak) her zaman uygulanamaz. Güç faktörü (faz kayma açısıyla ifade edilir) gibi önemli bir miktarı belirlemek için faz ölçer adı verilen aletler kullanılır.
Frekans f. Bu, alternatif akımın bir özelliğidir ve büyüklüğündeki ve yönündeki değişim döngülerinin sayısını gösterir ( genel durum) 1 saniyelik bir süre boyunca. Frekans birimi karşılıklı saniye veya hertz'dir (Hz): 1 Hz = 1 s -1. Bu miktar, frekans ölçer adı verilen geniş bir alet sınıfı kullanılarak ölçülür.

Manyetik miktarlar

Manyetizma elektrikle yakından ilişkilidir, çünkü her ikisi de tek bir temel fiziksel sürecin - elektromanyetizmanın - tezahürleridir. Bu nedenle, eşit derecede yakın bir bağlantı, elektriksel ve manyetik büyüklükleri ölçme yöntemlerinin ve araçlarının karakteristiğidir. Ancak nüanslar da var. Kural olarak, ikincisini belirlerken pratik olarak bir elektriksel ölçüm gerçekleştirilir. Manyetik miktar, onu elektriksel miktarla bağlayan işlevsel ilişkiden dolaylı olarak elde edilir.

Bu ölçüm alanındaki referans büyüklükler manyetik indüksiyon, alan kuvveti ve manyetik akıdır. Cihazın ölçüm bobini kullanılarak ölçülen EMF'ye dönüştürülebilir ve ardından gerekli değerler hesaplanır.

Manyetik akı, webermetreler (fotovoltaik, manyetoelektrik, analog elektronik ve dijital) ve son derece hassas balistik galvanometreler gibi cihazlar kullanılarak ölçülür.
İndüksiyon ve manyetik alan kuvveti, çeşitli tipte dönüştürücülerle donatılmış teslametreler kullanılarak ölçülür.

Birbiriyle doğrudan ilişkili olan elektriksel ve manyetik büyüklüklerin ölçümü birçok bilimsel ve teknik sorunlarörneğin araştırma atom çekirdeği Güneş, Dünya ve gezegenlerin manyetik alanı ve manyetik özellikleri, manyetik özelliklerin incelenmesi çeşitli malzemeler, kalite kontrol ve diğerleri.

Elektriksel olmayan miktarlar

Kolaylık elektriksel yöntemler bunları sıcaklık, boyutlar (doğrusal ve açısal), deformasyon ve diğerleri gibi elektriksel olmayan her türlü fiziksel niceliğin ölçümlerine başarılı bir şekilde genişletmeyi ve aynı zamanda çalışmayı mümkün kılar kimyasal süreçler ve maddelerin bileşimi.

Elektriksel olmayan miktarların elektriksel ölçümüne yönelik cihazlar genellikle bir sensör kompleksinden oluşur - bazı devre parametrelerine (voltaj, direnç) dönüştürücü ve bir elektrikli ölçüm cihazı. En fazla ölçümü yapabileceğiniz birçok dönüştürücü türü vardır. farklı boyutlar. İşte sadece birkaç örnek:

Reostat sensörleri. Bu tür dönüştürücülerde, ölçülen değere maruz kaldığında (örneğin, bir sıvının seviyesi veya hacmi değiştiğinde), reostat kaydırıcısı hareket ederek direnci değiştirir.
Termistörler. Bu tip cihazlardaki sensörün direnci sıcaklığın etkisi altında değişir. Hızı ölçmek için kullanılır gaz akışı, sıcaklık, bileşimi belirlemek için gaz karışımları.
Gerilme dirençleri tel deformasyonunun ölçülmesini mümkün kılar.
Aydınlatma, sıcaklık veya hareketteki değişiklikleri daha sonra ölçülen bir fotoakıma dönüştüren fotosensörler.
Havanın, hareketin, nemin, basıncın kimyasal bileşimi için sensör olarak kullanılan kapasitif dönüştürücüler.
Bazı kristal malzemelerde EMF'nin ortaya çıkması prensibi üzerinde çalışın. mekanik etki onların üzerinde.
İndüksiyon sensörleri hız veya ivme gibi büyüklüklerin indüklenmiş bir emk'ye dönüştürülmesine dayanır.

Elektriksel ölçüm aletleri ve yöntemlerinin geliştirilmesi

Elektriksel büyüklükleri ölçmek için kullanılan araçların çok çeşitli olması, çeşitli fenomenler Bu parametrelerin önemli bir rol oynadığı. Elektriksel süreçler ve olaylar tüm endüstrilerde son derece geniş bir kullanım alanına sahiptir - uygulama bulmayacakları bir insan faaliyet alanı belirlemek imkansızdır. Bu, fiziksel büyüklüklerin elektriksel ölçümlerinin giderek genişleyen problem aralığını belirler. Bu sorunların çözümüne yönelik araç ve yöntemlerin çeşitliliği ve geliştirilmesi sürekli artmaktadır. Elektriksel olmayan büyüklüklerin elektriksel yöntemler kullanılarak ölçülmesi gibi ölçüm teknolojisi alanı özellikle hızlı ve başarılı bir şekilde gelişmektedir.

Modern elektriksel ölçüm teknolojisi, artan doğruluk, gürültü bağışıklığı ve hızın yanı sıra ölçüm sürecinin otomasyonunun ve sonuçlarının işlenmesinin arttırılması yönünde gelişmektedir. Ölçüm cihazları, en basit elektromekanik cihazlardan elektronik ve dijital cihazlara, ardından da mikroişlemci teknolojisini kullanan en yeni ölçüm ve hesaplama sistemlerine doğru gelişmiştir. Aynı zamanda ölçüm cihazlarının yazılım bileşeninin artan rolü de şüphesiz ana gelişme eğilimidir.

KONU HAKKINDA:

"ELEKTRİK ÖLÇÜMLERİ"

giriiş

Bilim ve teknolojinin gelişimi her zaman ölçüm alanındaki ilerlemeyle yakından bağlantılı olmuştur. Mükemmel değer Bilime yönelik ölçümler bazı bilim adamları tarafından vurgulanmıştır.

G. Galileo: “Ölçülebilen her şeyi ölçün ve erişilemeyen her şeyi erişilebilir kılın.”

DI. Mendeleev: “Bilim ölçmeye başladığı anda başlar, kesin bilimölçüsüz düşünülemez."

Kelvin: "Her şey ölçülebildiği ölçüde bilinir."

Ölçümler doğayı, doğa olaylarını ve yasalarını anlamanın ana yollarından biridir. Doğal ve doğal alandaki her yeni keşfe teknik bilimleröncesinde çok sayıda farklı ölçüm yapılır. (G. Ohm - Ohm yasası; P. Lebedev - hafif basınç).

Ölçümler yeni makineler, yapılar oluşturmada ve ürün kalitesini iyileştirmede önemli bir rol oynar. Örneğin, Leningrad Electrosila Derneği'nde oluşturulan dünyanın en büyük 1200 MW turbojeneratörünün tezgah testi sırasında 1500 farklı noktada ölçümler yapıldı.

Özellikle önemli rol Hem elektriksel hem de elektriksel olmayan büyüklüklerin elektriksel ölçümleri bir rol oynar.

Dünyanın ilk elektrikli ölçüm cihazı "işaretçi" elektrik kuvveti"1745 yılında akademisyen G.V. Rokhman, M.V.'nin meslektaşı. Lomonosov.

Bu bir elektrometreydi; potansiyel farkları ölçen bir cihaz. Ancak ancak 19. yüzyılın ikinci yarısından itibaren elektrik enerjisi jeneratörlerinin yaratılmasıyla bağlantılı olarak çeşitli elektriksel ölçüm cihazlarının geliştirilmesi sorunu ciddileşti.

19. yüzyılın ikinci yarısı, 20. yüzyılın başı - Rus elektrik mühendisi M.O. Dolivo-Voluntsky bir elektromanyetik sistem olan bir ampermetre ve voltmetre geliştirdi; indüksiyon ölçüm mekanizması; Ferrodinamik cihazların temelleri.

Aynı zamanda Rus fizikçi A.G. Stoletov – manyetik geçirgenlikteki değişim yasası, ölçümü.

Aynı zamanda - Akademisyen B.S. Jacobi - bir elektrik devresinin direncini ölçmek için aletler.

Aynı zamanda - D.I. Mendeleev - kesin ölçek teorisi, Rusya'da metrik ölçü sisteminin tanıtılması, elektrikli ölçüm cihazlarının test edilmesi için bir departmanın organizasyonu.

1927 - Leningrad ilk yerli enstrüman üretim tesisi "Electropribor"u kurdu (şimdi - sayaçların vibratör üretimi).

30 yıl - Kharkov, Leningrad, Moskova, Kiev ve diğer şehirlerde enstrüman yapım fabrikaları inşa edildi.

1948'den 1967'ye kadar enstrüman imalat ürünlerinin hacmi 200 kat arttı.

Sonraki beş yıllık planlarda enstrüman mühendisliğinin gelişimi her zaman daha hızlı ilerlemektedir.

Ana başarılar:

– Geliştirilmiş özelliklerin doğrudan değerlendirilmesi için analog cihazlar;

– Dar profilli analog sinyal kontrol cihazları;

– Hassas yarı otomatik kapasitörler, köprüler, gerilim bölücüler, diğer tesisatlar;

– Dijital ölçüm cihazları;

– Mikroişlemcilerin uygulanması;

– Ölçüm bilgisayarı.

Modern üretim onsuz düşünülemez modern araçlarölçümler. Elektriksel ölçüm teknolojisi sürekli olarak geliştirilmektedir.

Enstrüman yapımında radyo elektroniğinin, bilgisayar teknolojisinin ve bilim ve teknolojinin diğer başarıları yaygın olarak kullanılmaktadır. Mikroişlemciler ve mikrobilgisayarlar giderek daha fazla kullanılmaktadır.

“Elektrik ölçümleri” dersini incelemek hedefi belirler:

– Elektrikli ölçüm cihazlarının yapısı ve çalışma prensibinin incelenmesi;

– Ölçü aletlerinin sınıflandırılması, alet terazilerindeki sembollere aşinalık;

– Temel ölçüm teknikleri, ölçülen miktara ve ölçüm gereksinimlerine bağlı olarak belirli ölçüm cihazlarının seçimi;

– Modern enstrüman yapımının ana yönlerine aşinalık.

1 . Temel kavramlar, ölçüm yöntemleri ve hatalar

Ölçerek fiziksel bir miktarın değerlerinin özel teknik araçlar kullanılarak deneysel olarak bulunmasına denir.

Ölçümler genel kabul görmüş birimlerde yapılmalıdır.

Elektrikli ölçüm aletleri denir teknik araçlar elektriksel ölçümlerde kullanılır.

Aşağıdaki elektrikli ölçüm cihazı türleri ayırt edilir:

– Elektrikli ölçüm cihazları;

– Ölçüm dönüştürücüleri;

– Elektrik ölçüm tesisatları;

– Ölçme bilgi sistemleri.

Ölçüm Belirli bir boyuttaki fiziksel miktarı yeniden üretmek için tasarlanmış bir ölçüm cihazıdır.

Elektrik ölçüm cihazı gözlemcinin doğrudan algılayabileceği bir biçimde ölçüm bilgisi sinyalleri üretmek üzere tasarlanmış elektrikli bir ölçüm cihazıdır.

Ölçüm dönüştürücü ölçüm bilgisi sinyallerini iletime, daha fazla dönüştürmeye, depolamaya uygun, ancak doğrudan algılamaya uygun olmayan bir biçimde üretmek üzere tasarlanmış bir elektrikli ölçüm cihazıdır.

Elektrik ölçüm kurulumu bir dizi ölçüm cihazı ve yardımcı cihazdan oluşur. Onun yardımıyla daha doğru ve karmaşık ölçümler, cihazların doğrulanması ve kalibrasyonu vb. yapabilirsiniz.

Ölçüm bilgi sistemleri bir dizi ölçüm aletini ve yardımcı cihazı temsil eder. İletim ve işleme için çeşitli kaynaklardan ölçüm bilgilerini otomatik olarak almak üzere tasarlanmıştır.

Ölçümlerin sınıflandırılması :

A). Sonucun elde edilme yöntemine bağlı olarak doğrudan ve dolaylı :

Doğrudan sonucu doğrudan deneysel verilerden elde edilen ölçümler denir (bir ampermetre ile akım ölçümü).

Dolaylıİstenilen miktarın doğrudan ölçülmediği, bilinen formüller kullanılarak hesaplanarak bulunduğu ölçümlere denir. Örneğin: P=U·I, burada U ve I aletlerle ölçülür.

B). Prensiplerin ve ölçüm araçlarının kullanımına ilişkin tekniklere bağlı olarak tüm yöntemler yöntemlere ayrılmıştır doğrudan değerlendirme ve karşılaştırma yöntemleri .

Doğrudan değerlendirme yöntemi– ölçülen değer doğrudan ölçüm cihazının okuma cihazından belirlenir doğrudan eylem(bir ampermetre ile akım ölçümü). Bu yöntem basittir ancak doğruluğu düşüktür.

Karşılaştırma yöntemi– ölçülen miktar bilinen bir miktarla karşılaştırılır (örneğin: direncin bir direnç ölçüsüyle (standart bir direnç bobini) karşılaştırılarak ölçülmesi). Karşılaştırma yöntemi aşağıdakilere ayrılmıştır: sıfır, diferansiyel ve ikame .

Hükümsüz– ölçülen ve bilinen miktar aynı anda karşılaştırma cihazını etkileyerek okumalarını sıfıra getirir (örneğin: dengeli bir köprü ile elektrik direncinin ölçülmesi).

Diferansiyel– Bir karşılaştırma cihazı, ölçülen ve bilinen bir miktar arasındaki farkı ölçer.

Değiştirme yöntemi– ölçülen miktar, ölçüm kurulumunda bilinen bir miktarla değiştirilir.

Bu yöntem en doğrudur.

Ölçüm hataları

Fiziksel bir miktarın ölçülmesinin sonuçları, çeşitli nedenlerden dolayı yalnızca yaklaşık bir değer sağlar. Ölçüm sonucunun, ölçülen büyüklüğün gerçek değerinden sapmasına ölçüm hatası denir.

Ayırt etmek mutlak ve göreceli hata.

Mutlak hataölçüm, ölçüm sonucu Ai ile ölçülen büyüklük A'nın gerçek değeri arasındaki farka eşittir:

Düzeltme: dA=A–Ai

Böylece miktarın Gerçek değeri şuna eşittir: A=Au+dA.

Cihazın okumalarını referans cihazın okumalarıyla karşılaştırarak hatayı öğrenebilirsiniz.

Göreli hataölçüm g A, mutlak ölçüm hatasının, % olarak ifade edilen, ölçülen değerin gerçek değerine oranıdır:

Örnek: Cihaz U=9,7 V gösteriyor. U=10 V'nin gerçek değeri DU ve U tarafından belirlenir:

ÄU=9,7–10=–0,3 V g U =

%=3%.

Ölçüm hataları var sistematik ve rastgele bileşenler. Birinci tekrarlanan ölçümlerle sabit kalır, belirlenir ve bir düzeltme getirilerek ölçüm sonucu üzerindeki etkisi ortadan kaldırılır. . Saniye rastgele değişir ve tanımlanamazlar veya ortadan kaldırılamazlar .

Elektriksel ölçümlerin uygulanmasında bu kavram en sık kullanılır. verilen hata gp:

Bu, mutlak hatanın ölçülen değerin nominal değerine veya alet skalasındaki son rakama oranıdır:

Örnek: DU = 0,3 V. Voltmetre 100 V için tasarlanmıştır. g p =?

g p =0,3/100·100%=0,3%

Ölçümlerdeki hatalar şunlardan kaynaklanabilir: :

A). Cihazın yanlış kurulumu (dikey yerine yatay);

B). Ortamın yanlış muhasebeleştirilmesi (dış nem, tє).

V). Dış elektromanyetik alanların etkisi.

G). Yanlış okumalar vb.

Elektrikli ölçüm cihazlarının imalatında, bir veya daha fazla doğruluk seviyesini sağlamak için belirli teknik araçlar kullanılır.

Cihazın üretim kalitesinden kaynaklanan hataya - ana hata .

İşçilik kalitesine uygun olarak tüm cihazlar ikiye ayrılır doğruluk sınıfları : 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

Doğruluk sınıfı ölçüm cihazlarının terazisinde gösterilir. Cihazın ana maksimum izin verilen azaltılmış hatasını belirtir:

Cihazı kontrol ederken doğruluk sınıfına göre, daha fazla kullanıma uygun olup olmadığı belirlenir, yani. Doğruluk sınıfına uygun mu?

KONUŞ No. 1

Ders:ELEKTRİKLİ ALETLER VE ELEKTRİK MİKTARLARININ ÖLÇÜLMESİ

1. Genel bilgi elektro hakkında ölçüm aletleri

Elektrikli ölçüm cihazları, bir elektrik devresinin çeşitli miktarlarını ve parametrelerini ölçmek için tasarlanmıştır: voltaj, akım, güç, frekans, direnç, endüktans, kapasitans ve diğerleri.

Diyagramlarda, elektrikli ölçüm cihazları GOST 2.729-68'e uygun olarak geleneksel grafik sembollerle gösterilmektedir. Şekil 1.1 gösterge ve kayıt cihazlarının genel tanımlarını göstermektedir.

Pirinç. 1.1 Elektrikli ölçüm cihazlarının sembolleri.

Bir elektrikli ölçüm cihazının amacını belirtmek için, standartlarda belirlenmiş belirli bir sembol veya Tablo 1.1'e uygun olarak GOST'a göre cihazın ölçüm birimlerinin harf tanımı genel tanımına girilir.

Tablo 1.1

İsim ölçü birimleri	Sembol	İsim ölçü birimleri	Sembol
		Miliamper
		mikroamper
		Milivolt
		Kilovat

Güç faktörü

2. Elektromekanik ölçüm cihazları

Çalışma prensibine göre, elektromekanik cihazlar manyetoelektrik, elektromanyetik, ferrodinamik, indüksiyon cihazlarına ayrılır. elektrostatik sistemler. Sistemlerin sembolleri tabloda verilmiştir. 1.2. En yaygın cihazlar ilk üç tiptir: manyetoelektrik, elektromanyetik, elektrodinamik.

Tablo 1.2

Cihaz türü	Sembol	Ölçülen akımın türü	Avantajları	Kusurlar
elektrik		Devamlı	Yüksek doğruluk, ölçek bütünlüğü	Aşırı yüklere karşı dayanıklı değil
manyetik		Değişken devamlı	Cihazın basitliği, aşırı yüklere karşı dayanıklı olması	Düşük doğruluk, girişime duyarlı
dinamik		Değişken devamlı	Yüksek doğruluk	Düşük hassasiyet girişime duyarlı
İndüksiyon		Değişken	Yüksek güvenilirlik, aşırı yüke dayanıklı	Düşük doğruluk

3. Elektromekanik cihazların uygulama alanları

Manyetoelektrik cihazlar: panel ve laboratuvar ampermetreleri ve voltmetreleri; köprü ve kompanzasyon devrelerinde ölçüm yaparken sıfır göstergeler.

İÇİNDE endüstriyel tesisler Düşük frekanslı alternatif akım, çoğu ampermetre ve voltmetre elektromanyetik sistemin cihazlarıdır. Doğru ve alternatif akımları ve gerilimi ölçmek için sınıf 0,5 ve daha doğru laboratuvar cihazları üretilebilir.

Elektrodinamik mekanizmalar laboratuvarlarda ve model cihazlarda doğru ve alternatif akımları, gerilimleri ve güçleri ölçmek için kullanılır.

Endüksiyon mekanizmalarına dayalı endüksiyon cihazları esas olarak tek ve üç fazlı AC enerji sayaçları olarak kullanılır. Doğruluk açısından sayaçlar 1.0 sınıfına ayrılır; 2.0; 2.5. CO sayacı (tek fazlı sayaç), tek fazlı devrelerde aktif enerjiyi (watt-saat) hesaplamak için kullanılır. Üç fazlı devrelerde aktif enerjiyi ölçmek için, sayma mekanizması kilovatsaati hesaba katan iki elemanlı endüktif sayaçlar kullanılır. Reaktif enerjiyi hesaba katmak için, sarımların tasarımında veya anahtarlama devresinde bazı değişiklikler olan özel endüktif sayaçlar kullanılır.

Kullanılan elektriğin enerji tedarik kuruluşlarına ödenmesi için tüm işletmelere aktif ve reaktif sayaçlar takılmaktadır.

Ölçme cihazlarının seçim prensibi

1. Devreyi hesaplayarak devredeki akım, gerilim ve gücün maksimum değerlerini belirleyiniz. Çoğunlukla ölçülen büyüklüklerin değerleri, örneğin şebeke veya akü voltajı gibi önceden bilinir.

2. Ölçülen büyüklüğün türüne, doğru veya alternatif akıma bağlı olarak cihaz sistemi seçilir. Doğru ve alternatif akımın teknik ölçümleri için sırasıyla manyetoelektrik ve elektromanyetik sistemler seçilir. Laboratuar ve hassas ölçümlerde, doğru akım ve gerilimleri belirlemek için manyetoelektrik sistem, alternatif akım ve gerilim için ise elektrodinamik sistem kullanılır.

3. Cihazın ölçüm limitini seçin, böylece
ölçülen değer ölçeğin son üçüncü bölümündeydi
cihaz.

4. Gerekli ölçüm doğruluğuna bağlı olarak bir sınıf seçin
cihazın doğruluğu.

4. Cihazları bir devreye bağlama yöntemleri

Ampermetreler yüke seri olarak bağlanır, voltmetreler paralel bağlanır, wattmetreler ve sayaçlar iki sargıya (akım ve voltaj) sahip olarak seri olarak - paralel olarak bağlanır (Şekil 1.2.).

https://pandia.ru/text/78/613/images/image013_9.gif" width="296" height="325">

https://pandia.ru/text/78/613/images/image016_8.gif" width = "393" height = "313 src = ">

Pirinç. 1.3. Aletlerin ölçüm sınırlarını genişletme yöntemleri.

Çok limitli ampermetreler, voltmetreler ve wattmetrelerin bölüm fiyatı aşağıdaki formüle göre belirlenir:

En anlamlı basamaktaki "-" işareti yanıp söndüğünde giriş sinyalinin polaritesini değiştirin.

VR-11 A multimetrenin ölçüm hatası.

Sabit voltaj: ±(%0,5 Ux +4 hane).

AC voltajı: ±(%0,5 Ux + 10 hane),

burada Ux cihaz okumasıdır;

zn. - en düşük rütbedeki birim.

Elektronik cihazların avantajları: devreyi etkilemeden ölçüm yapılmasına olanak tanıyan yüksek giriş empedansı; geniş ölçüm aralığı, yüksek hassasiyet, geniş frekans aralığı, yüksek ölçüm doğruluğu.

6. Ölçme ve ölçme aletlerindeki hatalar

Ölçme araçlarının ve sonuçlarının kalitesi genellikle hatalarının belirtilmesiyle karakterize edilir. Literatürde ölçümlerle ilgili 30'a yakın hata tanımı verilmektedir. Ölçme aletlerindeki hatalar ile ölçüm sonuçlarındaki hataların aynı kavramlar olmadığı unutulmamalıdır. Tarihsel olarak hata türlerinin bazı adları ölçü aletlerindeki hatalara, bazıları ölçüm sonuçlarındaki hatalara verilmiş, bazıları ise her ikisine de uygulanmıştır.

Hatayı sunma yöntemleri aşağıdaki gibidir.

Çözülen problemlere bağlı olarak, hatayı temsil etmek için çeşitli yöntemler kullanılır; en sık olarak mutlak, göreceli ve azaltılmış yöntemler kullanılır.

Mutlak hata – ölçülen büyüklükle aynı birimlerde ölçülür. Ölçülen değerin gerçek değerinin ölçülen değerden olası sapmasının büyüklüğünü karakterize eder.

Göreli hata– mutlak hatanın miktarın değerine oranı. Hatayı tüm ölçüm aralığı boyunca belirlemek istiyorsak, aralığın maksimum değerini bulmamız gerekir. Boyutsuz birimlerle ölçülür.

Doğruluk sınıfı– yüzde olarak ifade edilen bağıl hata. Tipik olarak doğruluk sınıfı değerleri aşağıdaki aralıktan seçilir: 0,1; 0,5:1,0; 1.5; 2.0; 2.5 vb.

Mutlak ve bağıl hata kavramları hem ölçüler hem de ölçü aletleri için geçerlidir ve verilen hata yalnızca ölçü aletlerinin doğruluğunu değerlendirir.

Mutlak ölçüm hatası, x'in ölçülen değeri ile gerçek değeri chi arasındaki farktır:

Genellikle ölçülen büyüklüğün gerçek değeri bilinmemektedir ve (1.1)'de bunun yerine daha doğru bir cihazla, yani x değerini veren cihazdan daha küçük hataya sahip bir cihazla ölçülen miktarın değeri konur. . Mutlak hata, ölçülen değerin birimleriyle ifade edilir. Ölçme aletlerini kontrol ederken formül (1.1) kullanılır.

Göreli hata https://pandia.ru/text/78/613/images/image020_7.gif" width="99" height="45"> (1.2)

Göreceli ölçüm hatasına dayanarak ölçüm doğruluğu değerlendirilir.

Bir ölçüm cihazının azaltılmış hatası, mutlak hatanın xn standart değerine oranı olarak tanımlanır ve yüzde olarak ifade edilir:

(1.3)

Normalleştirme değeri genellikle sıfır işaretinin ölçeğin kenarında olduğu ölçeğin çalışma kısmının üst sınırına eşit olarak alınır.

Verilen hata, ölçüm cihazının doğruluğunu belirler, ölçülen değere bağlı değildir ve belirli bir cihaz için tek bir değere sahiptir. (1..gif" width=15" height=19 src=> den ne kadar büyükse, cihazın ölçüm sınırına (xN) göre ölçülen x değeri o kadar küçük olur.

Birçok ölçüm cihazının doğruluk sınıfları farklılık gösterir. Cihaz doğruluk sınıfı G, cihazın doğruluğunu karakterize eden genelleştirilmiş bir özelliktir ancak bu cihaz kullanılarak gerçekleştirilen ölçümün doğruluğunun doğrudan bir özelliği değildir.

Cihazın doğruluk sınıfı, yüzde olarak hesaplanan, izin verilen en büyük azaltılmış temel hataya sayısal olarak eşittir. Ampermetreler ve voltmetreler için aşağıdaki doğruluk sınıfları oluşturulmuştur: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1.0; 1.5; 2.5; 4.0; 5.0. Bu sayılar alet ölçeğinde işaretlenmiştir. Örneğin sınıf 1, garanti edilen hata limitlerini yüzde olarak (örneğin, 100 V nihai değerinin ± %1'i, yani ± 1 V) karakterize eder: normal koşullar Operasyon.

İle uluslararası sınıflandırma doğruluk sınıfı 0,5 ve daha yüksek olan cihazlar doğru veya örnek olarak kabul edilir ve doğruluk sınıfı 1,0 ve daha kaba olan cihazlar çalışır durumda kabul edilir. Tüm cihazlar, doğruluk sınıfı da dahil olmak üzere metrolojik özelliklere uygunluk açısından periyodik doğrulamaya tabidir. pasaport değerleri. Bu durumda referans cihazının, sınıf aracılığıyla doğrulanan cihazdan daha doğru olması gerekir; yani: 4,0 doğruluk sınıfına sahip bir cihazın doğrulanması, doğruluk sınıfı 1,5 olan bir cihaz tarafından gerçekleştirilir ve bir cihazın doğrulanması, doğruluk sınıfı 1,0 olan ölçüm, doğruluk sınıfı 0,2 olan bir cihaz tarafından gerçekleştirilir.

Alet ölçeği hem aletin doğruluk sınıfını G hem de ölçüm limiti XN'yi gösterdiğinden, o zaman mutlak hata cihaz formül (1.3)'ten belirlenir:

https://pandia.ru/text/78/613/images/image019_7.gif" width="15 height=19" height="19"> İle G cihazının doğruluk sınıfı aşağıdaki formülle ifade edilir:

Buradan, bağıl ölçüm hatasının, yalnızca ölçekteki sınır değeri ölçülürken, yani x = XN olduğunda, cihazın doğruluk sınıfına eşit olduğu sonucu çıkar. Ölçülen değer azaldıkça göreceli hata artar. Kaç kere XN > x, kaç kere > G. Bu nedenle gösterge cihazının ölçüm limitlerinin, skalanın son üçte birlik kısmında, sonuna yakın okumalar alacak şekilde seçilmesi önerilir.

7. Tekli ölçümler için ölçüm sonuçlarının sunumu

Ölçüm sonucu, ölçülen değerin ve ölçümün doğruluğunu karakterize eden ölçüm hatasının değerlendirilmesinden oluşur. GOST 8.011-72'ye göre ölçüm sonucu şu şekilde sunulur:

burada A ölçüm sonucudur;

Cihazın mutlak hatası;

P - istatistiksel veri işleme sırasında olasılık.

Bu durumda A ve https://pandia.ru/text/78/613/images/image023_5.gif" width="15" height="17"> ikiden fazla anlamlı rakama sahip olmamalıdır.

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 bulmaktır ( deneysel yöntemler) uygun birimlerle ifade edilen fiziksel bir miktarın değeri (örneğin, 3 A, 4 V). Elektriksel büyüklük birimlerinin değerleri, fizik kanunlarına ve mekanik büyüklük birimlerine uygun olarak uluslararası anlaşmalarla belirlenir. Uluslararası anlaşmalarla belirlenen elektriksel büyüklük birimlerinin “korunması” zorluklarla dolu olduğundan, elektriksel büyüklük birimleri için “pratik” standartlar olarak sunulmaktadır. Bu standartlar devlet metroloji laboratuvarları tarafından desteklenmektedir. farklı ülkeler. 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 devlet metroloji laboratuvarları endüstriyel olarak gelişmiş ülkeler elektriksel büyüklük birimlerinin tüm pratik standartlarını kendi aralarında ve bu büyüklük birimlerinin uluslararası tanımlarıyla uyumlu hale getirmek için bir anlaşma imzaladı.

Elektriksel ölçümler voltaj ve kuvvet birimlerinin devlet standartlarına uygun olarak yapılır. DC, DC direnci, endüktans ve kapasitans. Bu tür standartlar kararlı olan cihazlardır. elektriksel özellikler veya bazı temellere dayanan kurulumlar fiziksel olay hesaplanan elektrik miktarı 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. Bunlar en yaygın enstrümantasyonlardır genel amaçlı%0,2 ila 0,001 ölçüm hatası olan bir cihaz 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 gerilim, akım ve direnci ölçmek için analog manyetoelektrik cihazlar kalıcı mıknatıs ve çok turlu hareketli bir parça. 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 bir ohmmetre yapmak için seri ölçülebilir dirençleri ona bağlamanız ve uygulamanız gerekir. seri bağlantıörneğin bir aküden gelen sabit voltaj. 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 diğer miktarlar da ilgi çekici olabilir; örneğin maksimum veya ortalama mutlak değer. 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 belirli bir yaklaşıma göre karelenmesi ve zaman ortalamasının alınması, analog sinyallerin logaritmasını ve antilogaritmasını bulmak gibi matematiksel işlemleri gerçekleştirmek için amplifikatörlere ve doğrusal olmayan öğelere sahip elektronik devreler tarafından gerçekleştirilir. 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 K Gücün ürünü ve tüketim zamanı tarafından belirlenir. İÇİNDE matematiksel formşu şekilde yazılmıştır:

Eğer zaman ( T 1 - T 2) saniye cinsinden ölçülen voltaj e- volt ve akım cinsinden Ben– amper cinsinden, ardından enerji K 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; her koşulda uzun bir hizmet ömrüne sahiptirler izin verilen seviyeler akım

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