ĐO LƯỜNG ĐIỆN VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN

3.1. Vai trò của phép đo trong kỹ thuật điện

Trong bất kỳ lĩnh vực kiến ​​thức nào, các phép đo đều vô cùng quan trọng, nhưng chúng đặc biệt quan trọng trong kỹ thuật điện.

Cơ, nhiệt, hiện tượng ánh sáng một người nhận thức với sự giúp đỡ của các giác quan của mình. Mặc dù gần đúng nhưng chúng ta có thể ước tính kích thước của vật thể, tốc độ chuyển động của chúng và độ sáng của vật thể phát sáng. Trong một khoảng thời gian dàiđây là cách mọi người nghiên cứu bầu trời đầy sao.

Nhưng bạn và tôi phản ứng giống hệt nhau đối với một dây dẫn có dòng điện 10 ma hoặc 1 MỘT(tức là gấp 100 lần).

Chúng ta nhìn thấy hình dạng của dây dẫn, màu sắc của nó, nhưng giác quan của chúng ta không cho phép đánh giá cường độ dòng điện. Tương tự như vậy, chúng ta hoàn toàn không quan tâm đến từ trường do cuộn dây tạo ra, điện trường giữa hai bản của tụ điện. Y học đã xác lập được những ảnh hưởng nhất định của điện trường và từ trường lên cơ thể con người, nhưng chúng ta không cảm nhận được ảnh hưởng này và mức độ của chúng. trường điện từ chúng tôi không thể đánh giá được.

Ngoại lệ duy nhất là rất lĩnh vực mạnh mẽ. Nhưng ngay cả ở đây cũng có cảm giác ngứa ran khó chịu, có thể nhận thấy khi đi lại xung quanh đường dây điện cao thế việc truyền tải sẽ không cho phép chúng ta ước tính gần đúng độ lớn của điện áp trong đường dây.

Tất cả điều này buộc các nhà vật lý và kỹ sư ngay từ những bước đầu tiên nghiên cứu và ứng dụng điện phải sử dụng các dụng cụ đo điện.

Dụng cụ là tai mắt của kỹ sư điện. Không có họ, anh ta bị điếc, mù và hoàn toàn bất lực. Hàng triệu dụng cụ đo điện được lắp đặt trong các nhà máy và phòng thí nghiệm nghiên cứu. Mỗi căn hộ còn có một thiết bị đo - công tơ điện.

Các chỉ số (tín hiệu) của dụng cụ đo điện được sử dụng để đánh giá hoạt động của các thiết bị điện khác nhau và tình trạng của thiết bị điện, đặc biệt là trạng thái cách điện. Dụng cụ đo điện được phân biệt bởi độ nhạy cao, độ chính xác đo, độ tin cậy và dễ thực hiện.

Thành công của việc chế tạo thiết bị điện đã dẫn đến việc các ngành công nghiệp khác bắt đầu sử dụng dịch vụ của nó. Các phương pháp điện bắt đầu được sử dụng để xác định kích thước, tốc độ, khối lượng và nhiệt độ. Thậm chí còn có kỷ luật độc lập “Các phép đo điện không đại lượng điện ”.

Các số liệu của dụng cụ đo điện có thể được truyền qua khoảng cách xa (đo từ xa), chúng có thể được sử dụng để tác động trực tiếp TRÊN quy trinh san xuat(điều chỉnh tự động); với sự trợ giúp của họ, tiến trình của các quy trình được kiểm soát sẽ được ghi lại, ví dụ như bằng cách ghi vào băng, v.v.

Việc sử dụng công nghệ bán dẫn đã mở rộng đáng kể việc sử dụng các dụng cụ đo điện.

Đo bất kỳ đại lượng vật lý nào có nghĩa là tìm giá trị của nó bằng thực nghiệm bằng các phương tiện kỹ thuật đặc biệt.

Việc thử nghiệm trên băng ghế dự bị của thiết bị mới nhất là không thể tưởng tượng được nếu không có phép đo điện. Do đó, khi thử nghiệm máy phát điện tua bin có công suất 1200. MW Tại nhà máy Elektrosila, các phép đo được thực hiện ở 1.500 điểm.

Sự phát triển của các dụng cụ đo điện đã dẫn đến việc sử dụng vi điện tử trong chúng, giúp đo các đại lượng vật lý với sai số không quá 0,005-0,0005%.

3.2. Các khái niệm, thuật ngữ và định nghĩa cơ bản

kết quả hoạt động lý thuyết không có xác minh thực nghiệm là không đáng tin cậy. Thiết bị đo lường trong quá trình thí nghiệm cho kết quả cho biết chất lượng, số lượng sản phẩm, tính đúng đắn của quy trình công nghệ, phân phối, tiêu thụ và sản xuất. Đồng thời, các phép đo điện, do mức tiêu thụ năng lượng thấp, khả năng truyền các giá trị đo được trong khoảng cách xa, tốc độ đo và truyền cao, cũng như độ chính xác và độ nhạy cao, hóa ra lại được ưu tiên hơn.

Các phép đo và dụng cụ điện, phương pháp và phương tiện đảm bảo tính thống nhất của chúng, phương pháp đạt được độ chính xác cần thiết - tất cả những điều này đều liên quan đến đo lường, cũng như các nguyên tắc và phương pháp thiết lập các định mức và quy tắc tương tác tối ưu - để tiêu chuẩn hóa.

TRONG Liên Bang Nga tiêu chuẩn hóa và đo lường được kết hợp thành một dịch vụ công cộng- Ủy ban Tiêu chuẩn Nhà nước. Năm 1963, GOST 9867-61 giới thiệu Hệ thống đơn vị quốc tế (SI) dựa trên đồng hồ đo ( tôi), kilôgam ( Kilôgam), giây ( Với), ampe ( MỘT), kelvin ( ĐẾN) và nến ( đĩa CD).

Các vấn đề về đo lường và dụng cụ điện sẽ dễ hiểu hơn nếu biết được nội dung của các thuật ngữ, định nghĩa.

Đo lường- khoa học về đo lường, phương pháp và phương tiện đảm bảo tính thống nhất của chúng và phương pháp đạt được độ chính xác cần thiết.

Đo đạc- tìm giá trị của một đại lượng vật lý bằng thực nghiệm bằng các phương tiện kỹ thuật đặc biệt.

Kết quả đo lường- giá trị của một đại lượng vật lý tìm được bằng phép đo.

Đo lường- dụng cụ đo được thiết kế để tái tạo một đại lượng vật lý có kích thước nhất định (ví dụ: đơn vị đo ánh sáng - cd).

đầu dò- dụng cụ đo để tạo ra tín hiệu đo lường thông tin ở dạng thuận tiện cho việc truyền tải, chuyển đổi, xử lý (hoặc lưu trữ) nhưng không thể chấp nhận được đối với nhận thức trực tiếp của người quan sát. Đầu dò đo chính là một cảm biến.

Thiết bị đo- dụng cụ đo được thiết kế để tạo ra tín hiệu đo lường thông tin ở dạng mà người quan sát có thể tiếp cận được trực tiếp.

3.3. Phương pháp đo lường. Lỗi đo lường

Đối với các đại lượng điện đo được khác nhau, có những đại lượng riêng dụng cụ đo lường, cái gọi là biện pháp. Ví dụ, các phần tử thông thường dùng làm thước đo EMF, điện trở đo dùng làm thước đo điện trở, cuộn cảm đo dùng làm thước đo độ tự cảm, tụ điện có điện dung không đổi dùng làm thước đo điện dung, v.v.

Trong thực tế, có nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng để đo các đại lượng vật lý khác nhau. Loại thứ hai, tùy thuộc vào phương pháp thu được kết quả, được chia thành thẳng Và gián tiếp. Tại đo trực tiếp giá trị của đại lượng được lấy trực tiếp từ dữ liệu thực nghiệm. Tại đo gián tiếp giá trị mong muốn của một đại lượng được tìm thấy bằng cách đếm bằng cách sử dụng mối quan hệ đã biết giữa đại lượng này và các giá trị thu được từ các phép đo trực tiếp. Do đó, điện trở của một đoạn mạch có thể được xác định bằng cách đo dòng điện chạy qua nó và điện áp đặt vào, sau đó tính điện trở này theo định luật Ohm. Phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghệ đo điện là phương pháp đo trực tiếp vì chúng thường đơn giản hơn và cần ít thời gian hơn.

Trong công nghệ đo điện họ cũng sử dụng phương pháp so sánh, dựa trên sự so sánh giá trị đo được với thước đo có thể tái tạo. Phương pháp so sánh có thể là bù trừ hoặc cầu nối. Ví dụ ứng dụng phương pháp bồi thường dùng để đo điện áp bằng cách so sánh giá trị của nó với giá trị EMF của một phần tử bình thường. Ví dụ phương pháp cầu là để đo điện trở bằng mạch cầu bốn nhánh. Các phép đo sử dụng phương pháp bù và cầu rất chính xác nhưng chúng đòi hỏi thiết bị đo phức tạp hơn.

Nhu cầu của khoa học và công nghệ bao gồm nhiều phép đo, phương tiện và phương pháp đo lường không ngừng được phát triển và cải tiến. Vai trò quan trọng nhất trong lĩnh vực này thuộc về phép đo đại lượng điện, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp.

Khái niệm đo lường

Việc đo bất kỳ đại lượng vật lý nào được thực hiện bằng cách so sánh nó với một đại lượng nhất định của cùng loại hiện tượng, được sử dụng làm đơn vị đo lường. Kết quả thu được từ việc so sánh được trình bày bằng số theo đơn vị thích hợp.

Hoạt động này được thực hiện bằng cách sử dụng phương tiện đặc biệtđo lường - các thiết bị kỹ thuật tương tác với một đối tượng, cần đo một số thông số nhất định. Trong trường hợp này, một số phương pháp nhất định được sử dụng - các kỹ thuật mà qua đó giá trị đo được so sánh với đơn vị đo.

Có một số dấu hiệu làm cơ sở để phân loại các phép đo đại lượng điện theo loại:

• Số lượng hành vi đo lường. Điều quan trọng ở đây là chúng xảy ra một lần hay hai lần.
• Mức độ chính xác. Có các phép đo kỹ thuật, kiểm soát và xác minh, các phép đo chính xác nhất, cũng như các phép đo chính xác như nhau và không chính xác như nhau.
• Bản chất của sự thay đổi về đại lượng đo được theo thời gian. Theo tiêu chí này, các phép đo có thể là tĩnh và động. Bằng các phép đo động, chúng tôi thu được giá trị tức thờiđại lượng thay đổi theo thời gian và đại lượng tĩnh - một số giá trị không đổi.
• Trình bày kết quả. Phép đo đại lượng điện có thể được biểu thị dưới dạng tương đối hoặc dưới dạng dạng tuyệt đối.
• Một phương pháp để đạt được kết quả mong muốn. Theo tiêu chí này, các phép đo được chia thành trực tiếp (trong đó kết quả thu được trực tiếp) và gián tiếp, trong đó các đại lượng liên quan đến giá trị mong muốn của bất kỳ giá trị nào đều được đo trực tiếp. sự phụ thuộc chức năng. Trong trường hợp sau, đại lượng vật lý mong muốn được tính từ kết quả thu được. Như vậy, đo dòng điện bằng ampe kế là một ví dụ về phép đo trực tiếp, còn công suất là phép đo gián tiếp.

Đo lường

Các thiết bị dùng để đo phải có các đặc tính được tiêu chuẩn hóa và cũng có thể duy trì trong một thời gian nhất định hoặc tái tạo đơn vị của đại lượng mà chúng dự định đo.

Dụng cụ đo đại lượng điện được chia thành nhiều loại tùy theo mục đích của chúng:

• Đo. Các phương tiện này dùng để tái tạo một giá trị có kích thước xác định nhất định - chẳng hạn như điện trở tái tạo một điện trở nhất định có lỗi đã biết.
• hình thành tín hiệu ở dạng thuận tiện cho việc lưu trữ, chuyển đổi, truyền tải. Loại thông tin này không có sẵn cho nhận thức trực tiếp.
• Dụng cụ đo điện. Những công cụ này được thiết kế để trình bày thông tin dưới dạng mà người quan sát có thể tiếp cận được. Chúng có thể di động hoặc cố định, analog hoặc kỹ thuật số, ghi âm hoặc báo hiệu.
• Hệ thống lắp đặt đo điện là tổ hợp gồm các phương tiện nêu trên và các thiết bị bổ sung, tập trung ở một nơi. Việc cài đặt cho phép nhiều hơn nữa phép đo phức tạp(Ví dụ, đặc tính từ tính hoặc điện trở suất), dùng làm thiết bị xác minh hoặc tham chiếu.
• Hệ thống đo lường điện cũng là sự kết hợp của nhiều phương tiện khác nhau. Tuy nhiên, không giống như hệ thống lắp đặt, các dụng cụ đo đại lượng điện và các phương tiện khác trong hệ thống bị phân tán. Sử dụng hệ thống, bạn có thể đo một số đại lượng, lưu trữ, xử lý và truyền tín hiệu thông tin đo lường.

Nếu cần giải quyết bất kỳ vấn đề đo lường phức tạp cụ thể nào, các tổ hợp đo lường và tính toán sẽ được hình thành để kết hợp một số thiết bị và thiết bị máy tính điện tử.

Đặc điểm của dụng cụ đo

Các thiết bị thiết bị đo lường có một số tính chất nhất định, quan trọng đối với việc thực hiện các chức năng trực tiếp của họ. Bao gồm các:

• chẳng hạn như độ nhạy và ngưỡng của nó, phạm vi đo của đại lượng điện, sai số của thiết bị, giá trị chia, tốc độ, v.v.
• Các đặc tính động, ví dụ như biên độ (sự phụ thuộc của biên độ tín hiệu đầu ra của thiết bị vào biên độ ở đầu vào) hoặc pha (phụ thuộc chuyển pha tùy thuộc vào tần số tín hiệu).
• Đặc tính hiệu suất, phản ánh mức độ tuân thủ của thiết bị với các yêu cầu vận hành trong những điều kiện nhất định. Chúng bao gồm các đặc tính như độ tin cậy của số đọc, độ tin cậy (khả năng hoạt động, độ bền và độ tin cậy của thiết bị), khả năng bảo trì, an toàn điện và hiệu quả.

Tập hợp các đặc tính của thiết bị được thiết lập bởi các tài liệu quy định và kỹ thuật có liên quan cho từng loại thiết bị.

Phương pháp được sử dụng

Đại lượng điện được đo bằng Các phương pháp khác nhau, cũng có thể được phân loại theo tiêu chí sau:

• Loại hiện tượng vật lý trên cơ sở đó phép đo được thực hiện (điện hoặc hiện tượng từ tính).
• Bản chất của sự tương tác của dụng cụ đo với vật thể. Tùy theo đó mà liên hệ và phương pháp không tiếp xúc các phép đo đại lượng điện.
• Chế độ đo Theo nó, các phép đo có thể là động và tĩnh.
• Cả hai phương pháp đánh giá trực tiếp đều đã được phát triển, khi giá trị mong muốn được xác định trực tiếp bằng một thiết bị (ví dụ: ampe kế) và các phương pháp chính xác hơn (không, vi sai, đối lập, thay thế), trong đó nó được tiết lộ bằng cách so sánh với một giá trị đã biết. giá trị. Bộ bù và cầu đo điện có điện áp không đổi và không đổi đóng vai trò là thiết bị so sánh. Dòng điện xoay chiều.

Dụng cụ đo điện: chủng loại và tính năng

Đo các đại lượng điện cơ bản đòi hỏi nhiều loại dụng cụ. Tùy thuộc vào nguyên lý vật lý, tạo thành nền tảng cho công việc của họ, tất cả chúng đều được chia thành các nhóm sau:

• Các thiết bị cơ điện nhất thiết phải có bộ phận chuyển động trong thiết kế của chúng. Về điều này nhóm lớn dụng cụ đo bao gồm dụng cụ đo điện động, sắt động, từ điện, điện từ, tĩnh điện, cảm ứng. Ví dụ, nguyên lý điện từ, được sử dụng rất rộng rãi, có thể được sử dụng làm cơ sở cho các thiết bị như vôn kế, ampe kế, ôm kế và điện kế. Đồng hồ đo điện, đồng hồ đo tần số, v.v. đều hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng.
• Các thiết bị điện tử được phân biệt bởi sự hiện diện của các đơn vị bổ sung: bộ chuyển đổi đại lượng vật lý, bộ khuếch đại, bộ chuyển đổi, v.v. Theo quy định, trong các thiết bị loại này, đại lượng đo được chuyển đổi thành điện áp và cơ sở cấu trúc của chúng là vôn kế. Dụng cụ đo điện tử được sử dụng như máy đo tần số, điện dung, điện trở, máy đo điện cảm và máy hiện sóng.
• Các thiết bị nhiệt điện kết hợp trong thiết kế của chúng một thiết bị đo loại điện từ và một bộ chuyển đổi nhiệt được tạo thành bởi cặp nhiệt điện và lò sưởi mà dòng điện đo được chạy qua. Các thiết bị loại này được sử dụng chủ yếu để đo dòng điện tần số cao.
• Điện hóa. Nguyên lý hoạt động của chúng dựa trên các quá trình xảy ra trên các điện cực hoặc trong môi trường được nghiên cứu trong không gian giữa các điện cực. Dụng cụ loại này được sử dụng để đo độ dẫn điện, lượng điện và một số đại lượng không dùng điện.

Qua tính năng chức năng phân biệt các loại sau Dụng cụ đo đại lượng điện:

• Thiết bị chỉ báo (báo hiệu) là thiết bị chỉ cho phép đọc trực tiếp thông tin đo lường, chẳng hạn như oát kế hoặc ampe kế.
• Ghi âm - dụng cụ cho phép ghi lại các số đọc, ví dụ như máy hiện sóng điện tử.

Dựa trên loại tín hiệu, các thiết bị được chia thành analog và kỹ thuật số. Nếu thiết bị tạo ra tín hiệu là hàm liên tục của đại lượng được đo thì đó là tín hiệu tương tự, ví dụ như vôn kế, các số đọc được đưa ra bằng cách sử dụng mặt số có con trỏ. Trong trường hợp thiết bị tự động tạo tín hiệu dưới dạng một luồng giá trị rời rạc, được cung cấp cho màn hình ở dạng số, chúng ta nói đến một dụng cụ đo kỹ thuật số.

Các thiết bị kỹ thuật số có một số nhược điểm so với các thiết bị tương tự: độ tin cậy kém hơn, cần nguồn điện, nhiều hơn nữa. giá cao. Tuy nhiên, chúng cũng được phân biệt bởi những ưu điểm đáng kể, nhìn chung, khiến việc sử dụng các thiết bị kỹ thuật số được ưa chuộng hơn: dễ sử dụng, độ chính xác cao và khả năng chống ồn, khả năng phổ cập, kết hợp với máy tính và truyền tín hiệu từ xa mà không làm giảm độ chính xác. .

Lỗi và độ chính xác của dụng cụ

Đặc tính quan trọng nhất của thiết bị đo điện - loại đại lượng điện, giống như bất kỳ loại nào khác, không thể được thực hiện nếu không tính đến các lỗi của thiết bị kỹ thuật, cũng như yếu tố bổ sung(các hệ số) ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo. Giá trị giới hạn của các lỗi nhất định được phép đối với thuộc loại này thiết bị được gọi là chuẩn hóa và được biểu thị dưới dạng phần trăm. Họ xác định lớp chính xác của một thiết bị cụ thể.

Các cấp chuẩn dùng để đánh dấu thang đo của các thiết bị đo như sau: 4.0; 2,5; 1,5; 1,0; 0,5; 0,2; 0,1; 0,05. Theo họ, sự phân chia theo mục đích đã được thiết lập: các thiết bị thuộc loại từ 0,05 đến 0,2 là mẫu mực, thiết bị thí nghiệm có loại 0,5 và 1,0, và cuối cùng, các thiết bị thuộc loại 1,5-4,0 là kỹ thuật.

Khi chọn một thiết bị đo, điều cần thiết là nó phải phù hợp với loại vấn đề đang được giải quyết, đồng thời giới hạn trên các phép đo phải càng gần với trị số của đại lượng mong muốn càng tốt. Nghĩa là, độ lệch của kim dụng cụ càng lớn thì sai số tương đối của phép đo sẽ càng nhỏ. Nếu chỉ có thiết bị cấp thấp, bạn nên chọn thiết bị có phạm vi hoạt động nhỏ nhất. Bằng cách sử dụng những phương pháp này, các phép đo đại lượng điện có thể được thực hiện khá chính xác. Trong trường hợp này, bạn cũng cần tính đến loại thang đo của thiết bị (đồng nhất hoặc không đồng đều, chẳng hạn như thang đo ohmmeter).

Đại lượng điện cơ bản và đơn vị đo lường

Thông thường, các phép đo điện được liên kết với tập hợp đại lượng sau:

• Cường độ dòng điện (hoặc đơn giản là dòng điện) I. Giá trị này cho biết lượng điện tích đi qua tiết diện của dây dẫn trong 1 giây. Dòng điện được đo bằng ampe (A) bằng cách sử dụng ampe kế, avometer (máy kiểm tra, còn gọi là “tseshki”), đồng hồ vạn năng kỹ thuật số và máy biến áp đo.
• Lượng điện (phí) q. Giá trị này xác định mức độ mà một vật thể cụ thể có thể là nguồn của trường điện từ. Điện tích được đo bằng coulomb (C). 1 C (ampe-giây) = 1 A ∙ 1 s. Dụng cụ đo là điện kế hoặc máy đo điện tích điện tử (máy đo Coulomb).
• Điện áp U. Biểu thị hiệu điện thế (năng lượng tích điện) tồn tại giữa hai điểm khác nhau điện trường. Đối với đại lượng điện này, đơn vị đo là vôn (V). Nếu, để di chuyển một điện tích 1 coulomb từ điểm này sang điểm khác, thì trường thực hiện công 1 joule (nghĩa là tiêu hao năng lượng tương ứng), thì hiệu điện thế - điện áp - giữa các điểm này là 1 volt: 1 V = 1J/1Cl. Điện áp điện được đo bằng vôn kế, đồng hồ vạn năng kỹ thuật số hoặc analog (máy thử).
• Điện trở R. Đặc trưng cho khả năng của một dây dẫn ngăn dòng điện đi qua nó. Đơn vị của điện trở là ôm. 1 Ohm là điện trở của một dây dẫn có điện áp ở hai đầu 1 volt với dòng điện 1 ampe: 1 Ohm = 1 V/1 A. Điện trở tỷ lệ thuận với tiết diện và chiều dài của dây dẫn. Để đo nó, người ta sử dụng ohmmeter, avometer và vạn năng.
• Độ dẫn điện (độ dẫn điện) G là nghịch đảo của điện trở. Đo bằng siemens (Sm): 1 Sm = 1 Ohm -1.
• Điện dung C là thước đo khả năng lưu trữ điện tích của dây dẫn, cũng là một trong những đại lượng điện cơ bản. Đơn vị đo của nó là farad (F). Đối với một tụ điện, giá trị này được định nghĩa là điện dung lẫn nhau của các bản và bằng tỷ số giữa điện tích tích lũy và hiệu điện thế giữa các bản. Điện dung của tụ điện phẳng tăng khi diện tích của các bản tăng và giảm khoảng cách giữa chúng. Nếu với điện tích 1 coulomb, tạo ra điện áp 1 volt trên các bản thì điện dung của tụ điện đó sẽ bằng 1 farad: 1 F = 1 C/1 V. Phép đo được thực hiện bằng cách sử dụng thiết bị đặc biệt- đồng hồ đo điện dung hoặc đồng hồ vạn năng kỹ thuật số.
• Công suất P là đại lượng phản ánh tốc độ truyền năng lượng điện (chuyển đổi). BẰNG đơn vị hệ thống công suất được lấy dưới dạng watt (W; 1 W = 1 J/s). Giá trị này còn có thể biểu diễn qua tích của điện áp và dòng điện: 1 W = 1 V ∙ 1 A. Đối với mạch điện xoay chiều, phân biệt công suất tác dụng (tiêu thụ) P a, công suất phản kháng P ra (không tham gia hoạt động). của dòng điện) và tổng công suất P Khi đo, các đơn vị sau được sử dụng: watt, var (viết tắt của “volt-ampere phản kháng”) và theo đó, volt-ampere VA. Kích thước của chúng giống nhau và chúng dùng để phân biệt giữa các đại lượng được chỉ định. Dụng cụ đo công suất - oát kế tương tự hoặc kỹ thuật số. Các phép đo gián tiếp(ví dụ: sử dụng ampe kế) không phải lúc nào cũng có thể áp dụng được. Để xác định một đại lượng quan trọng như hệ số công suất (thể hiện qua góc dịch pha), người ta sử dụng dụng cụ gọi là máy đo pha.
• Tần số f. Đây là đặc tính của dòng điện xoay chiều, biểu thị số chu kỳ thay đổi về độ lớn và hướng của nó (theo trường hợp chung) trong khoảng thời gian 1 giây. Đơn vị của tần số là giây nghịch đảo hay hertz (Hz): 1 Hz = 1 s -1. Đại lượng này được đo bằng cách sử dụng một loại dụng cụ gọi là máy đo tần số.

Đại lượng từ

Từ tính có liên quan chặt chẽ với điện, vì cả hai đều là biểu hiện của một quá trình vật lý cơ bản duy nhất - điện từ. Do đó, mối liên hệ chặt chẽ như nhau là đặc trưng của các phương pháp và phương tiện đo đại lượng điện và từ. Nhưng cũng có những sắc thái. Theo quy định, khi xác định cái sau, phép đo điện được thực hiện trên thực tế. Đại lượng từ có được một cách gián tiếp từ mối quan hệ chức năng kết nối nó với đại lượng điện.

Các đại lượng tham chiếu trong vùng đo này là cảm ứng từ, cường độ trường và từ thông. Chúng có thể được chuyển đổi bằng cách sử dụng cuộn đo của thiết bị thành EMF, được đo, sau đó tính toán các giá trị cần thiết.

• Từ thông được đo bằng các dụng cụ như webermeter (quang điện, điện từ, điện tử tương tự và kỹ thuật số) và điện kế đạn đạo có độ nhạy cao.
• Cường độ cảm ứng và từ trường được đo bằng máy đo teslameter được trang bị nhiều loại đầu dò khác nhau.

Việc đo các đại lượng điện và từ có quan hệ trực tiếp với nhau cho phép chúng ta giải được nhiều bài toán khoa học và vấn đề kỹ thuật ví dụ như nghiên cứu hạt nhân nguyên tử và từ trường của Mặt trời, Trái đất và các hành tinh, nghiên cứu tính chất từ Vật liệu khác nhau, kiểm soát chất lượng và những thứ khác.

Đại lượng không mang điện

Sự tiện lợi phương pháp điện cho phép mở rộng thành công chúng sang các phép đo tất cả các loại đại lượng vật lý không có tính chất điện, chẳng hạn như nhiệt độ, kích thước (tuyến tính và góc), biến dạng và nhiều đại lượng khác, cũng như nghiên cứu quá trình hóa học và thành phần của các chất.

Các thiết bị đo điện của các đại lượng không dùng điện thường là một tổ hợp cảm biến - bộ chuyển đổi thành một số thông số mạch (điện áp, điện trở) và thiết bị đo điện. Có rất nhiều loại đầu dò, nhờ đó bạn có thể đo được nhiều nhất kích cỡ khác nhau. Đây chỉ la một vai vi dụ:

• Cảm biến biến trở. Trong các bộ chuyển đổi như vậy, khi tiếp xúc với giá trị đo được (ví dụ: khi mức chất lỏng hoặc thể tích của nó thay đổi), thanh trượt biến trở sẽ di chuyển, do đó điện trở sẽ thay đổi.
• Nhiệt điện trở. Điện trở của cảm biến trong các thiết bị loại này thay đổi dưới tác động của nhiệt độ. Dùng để đo tốc độ lưu lượng gas, nhiệt độ, để xác định thành phần hỗn hợp khí.
• Điện trở biến dạng giúp đo được độ biến dạng của dây.
• Cảm biến quang chuyển đổi những thay đổi về độ chiếu sáng, nhiệt độ hoặc chuyển động thành dòng quang điện sau đó được đo.
• Đầu dò điện dung được sử dụng làm cảm biến cho thành phần hóa học của không khí, chuyển động, độ ẩm, áp suất.
• hoạt động dựa trên nguyên lý xuất hiện EMF trong một số vật liệu tinh thể khi tác động cơ học về họ.
• Cảm biến cảm ứng dựa trên việc chuyển đổi các đại lượng như tốc độ hoặc gia tốc thành lực điện động cảm ứng.

Phát triển các dụng cụ và phương pháp đo điện

Sự đa dạng của các phương tiện đo đại lượng điện là do sự đa dạng hiện tượng khác nhau, trong đó các tham số này đóng một vai trò quan trọng. Các quá trình và hiện tượng điện có phạm vi sử dụng cực kỳ rộng rãi trong tất cả các ngành công nghiệp - không thể chỉ định một lĩnh vực hoạt động của con người mà chúng sẽ không tìm thấy ứng dụng. Điều này xác định phạm vi ngày càng mở rộng của các vấn đề đo điện của các đại lượng vật lý. Sự đa dạng và cải tiến của các phương tiện và phương pháp giải quyết những vấn đề này không ngừng tăng lên. Lĩnh vực công nghệ đo lường như đo các đại lượng không dùng điện bằng phương pháp điện đang phát triển đặc biệt nhanh chóng và thành công.

Công nghệ đo điện hiện đại đang phát triển theo hướng nâng cao độ chính xác, khả năng chống ồn và tốc độ cũng như tăng cường tự động hóa quá trình đo và xử lý kết quả. Các dụng cụ đo lường đã đi từ những thiết bị cơ điện đơn giản nhất đến các thiết bị điện tử và kỹ thuật số, sau đó đến các hệ thống đo lường và tính toán mới nhất sử dụng công nghệ vi xử lý. Đồng thời, vai trò ngày càng tăng của thành phần phần mềm trong các thiết bị đo lường rõ ràng là xu hướng phát triển chính.

VỀ CHỦ ĐỀ:

"ĐO LƯỜNG ĐIỆN"

Giới thiệu

Sự phát triển của khoa học công nghệ luôn gắn liền với sự tiến bộ trong lĩnh vực đo lường. Tầm quan trọng lớn các phép đo cho khoa học đã được một số nhà khoa học nhấn mạnh.

G. Galileo: “Đo mọi thứ có thể đo được và làm cho mọi thứ không thể tiếp cận được.”

DI. Mendeleev: “Khoa học bắt đầu ngay khi người ta bắt đầu đo lường, Khoa học chính xác không thể tưởng tượng được mà không có biện pháp."

Kelvin: “Mọi thứ chỉ được biết đến ở mức độ có thể đo lường được.”

Các phép đo là một trong những cách chính để hiểu bản chất, các hiện tượng và quy luật của nó. Đối với mỗi phát hiện mới trong lĩnh vực tự nhiên và khoa học kỹ thuật trước một số lượng lớn các phép đo khác nhau. (G. Ohm - định luật Ohm; P. Lebedev - áp suất nhẹ).

Các phép đo đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các máy móc, kết cấu mới và nâng cao chất lượng sản phẩm. Ví dụ, trong quá trình thử nghiệm máy phát điện tua bin 1200 MW lớn nhất thế giới, được tạo ra tại Hiệp hội Electrosila Leningrad, các phép đo được thực hiện ở 1500 điểm khác nhau.

Đặc biệt vai trò quan trọng các phép đo điện của cả đại lượng điện và đại lượng không điện đều đóng một vai trò.

Dụng cụ đo điện đầu tiên trên thế giới "con trỏ" lực điện"được tạo ra vào năm 1745 bởi học giả G.V. Rokhman, đồng nghiệp của M.V. Lomonosov.

Đó là một điện kế - một thiết bị để đo sự khác biệt tiềm năng. Tuy nhiên, chỉ từ nửa sau thế kỷ 19, cùng với việc tạo ra các máy phát điện, vấn đề phát triển các dụng cụ đo điện khác nhau mới trở nên gay gắt.

Nửa sau thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20 - Kỹ sư điện người Nga M.O. Tình nguyện viên Dolivo đã phát triển ampe kế và vôn kế, một hệ thống điện từ; cơ chế đo cảm ứng; nguyên tắc cơ bản của các thiết bị sắt động lực học.

Đồng thời - nhà vật lý người Nga A.G. Stoletov – định luật thay đổi độ thấm từ, phép đo của nó.

Đồng thời - Viện sĩ B.S. Jacobi - dụng cụ đo điện trở của mạch điện.

Đồng thời - D.I. Mendeleev - lý thuyết chính xác về thang đo, sự ra đời của hệ thống đo lường số liệu ở Nga, tổ chức bộ phận thử nghiệm các dụng cụ đo điện.

1927 - Leningrad xây dựng nhà máy chế tạo dụng cụ nội địa đầu tiên "Electropribor" (nay là - Sản xuất máy đo rung).

30 năm - các nhà máy chế tạo nhạc cụ được xây dựng ở Kharkov, Leningrad, Moscow, Kyiv và các thành phố khác.

Từ năm 1948 đến năm 1967, số lượng sản phẩm sản xuất dụng cụ đã tăng gấp 200 lần.

Trong các kế hoạch 5 năm tiếp theo, sự phát triển của kỹ thuật thiết bị được tiến hành với tốc độ luôn nhanh hơn.

Những thành tựu chính:

– Thiết bị tương tự để đánh giá trực tiếp các đặc tính được cải thiện;

– Thiết bị điều khiển tín hiệu tương tự có cấu hình hẹp;

– Tụ điện bán tự động chính xác, cầu, bộ chia điện áp, các hệ thống lắp đặt khác;

– Dụng cụ đo kỹ thuật số;

– Ứng dụng bộ vi xử lý;

– Máy tính đo lường.

Sản xuất hiện đại là không thể tưởng tượng được nếu không có phương tiện hiện đạiđo. Công nghệ đo lường điện không ngừng được cải tiến.

Trong chế tạo thiết bị, những thành tựu của điện tử vô tuyến, công nghệ máy tính và những thành tựu khoa học công nghệ khác được sử dụng rộng rãi. Bộ vi xử lý và máy vi tính đang ngày càng được sử dụng nhiều hơn.

Học môn “Đo điện” đặt ra mục tiêu:

– Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các dụng cụ đo điện;

– Phân loại dụng cụ đo, làm quen với ký hiệu trên cân dụng cụ;

– Kỹ thuật đo cơ bản, lựa chọn một số dụng cụ đo tùy theo đại lượng cần đo và yêu cầu đo;

– Làm quen với các hướng chính của việc chế tạo nhạc cụ hiện đại.

1 . Các khái niệm cơ bản, phương pháp đo và sai số

Bằng cách đo đạcđược gọi là tìm giá trị của một đại lượng vật lý bằng thực nghiệm bằng các phương tiện kỹ thuật đặc biệt.

Các phép đo phải được thực hiện theo đơn vị được chấp nhận rộng rãi.

Dụng cụ đo điệnđược gọi là phương tiện kỹ thuật, được sử dụng trong các phép đo điện.

Các loại dụng cụ đo điện sau đây được phân biệt:

– Dụng cụ đo điện;

– Đầu dò đo lường;

– Thiết bị đo lường điện;

- Đo lường Hệ thông thông tin.

Đo lường là một dụng cụ đo được thiết kế để tái tạo một đại lượng vật lý có kích thước nhất định.

Dụng cụ đo điện là một dụng cụ đo điện được thiết kế để tạo ra các tín hiệu thông tin đo lường ở dạng mà người quan sát có thể tiếp cận được trực tiếp.

đầu dò đo là thiết bị đo điện được thiết kế để tạo ra các tín hiệu thông tin đo lường ở dạng thuận tiện cho việc truyền tải, chuyển đổi, lưu trữ thêm nhưng không thể nhận biết trực tiếp.

Lắp đặt đo điện bao gồm một số dụng cụ đo và thiết bị phụ trợ. Với sự trợ giúp của nó, bạn có thể thực hiện các phép đo, xác minh và hiệu chuẩn thiết bị chính xác và phức tạp hơn, v.v.

Hệ thống thông tin đo lường đại diện cho một bộ dụng cụ đo lường và các thiết bị phụ trợ. Được thiết kế để tự động nhận thông tin đo lường từ một số nguồn để truyền và xử lý.

Phân loại phép đo :

MỘT). Tùy thuộc vào phương pháp thu được kết quả, trực tiếp và gián tiếp :

Trực tiếpđược gọi là các phép đo, kết quả của chúng được lấy trực tiếp từ dữ liệu thực nghiệm (đo dòng điện bằng ampe kế).

gián tiếpđược gọi là các phép đo trong đó đại lượng mong muốn không được đo trực tiếp mà được tìm thấy nhờ tính toán sử dụng các công thức đã biết. Ví dụ: P=U·I, trong đó U và I được đo bằng dụng cụ.

b). Tùy theo tập hợp các kỹ thuật sử dụng nguyên lý và dụng cụ đo tất cả các phương pháp được chia thành các phương pháp phương pháp đánh giá và so sánh trực tiếp .

Phương pháp đánh giá trực tiếp– giá trị đo được xác định trực tiếp từ thiết bị đọc của thiết bị đo hành động trực tiếp(đo dòng điện bằng ampe kế). Phương pháp này đơn giản nhưng có độ chính xác thấp.

Phương pháp so sánh– đại lượng đo được so sánh với đại lượng đã biết (ví dụ: đo điện trở bằng cách so sánh nó với thước đo điện trở - một cuộn dây điện trở tiêu chuẩn). Phương pháp so sánh được chia thành không, vi phân và thay thế .

Vô giá trị- đại lượng đo được và đại lượng đã biết đồng thời ảnh hưởng đến thiết bị so sánh, đưa số đọc của nó về 0 (ví dụ: đo điện trở bằng cầu cân bằng).

vi sai– một thiết bị so sánh đo sự khác biệt giữa đại lượng đo được và đại lượng đã biết.

Phương pháp thay thế- đại lượng đo được thay thế trong hệ thống đo bằng đại lượng đã biết.

Phương pháp này là chính xác nhất.

Lỗi đo lường

Kết quả đo một đại lượng vật lý chỉ cung cấp giá trị gần đúng vì một số lý do. Độ lệch của kết quả đo so với giá trị thực của giá trị đo được gọi là sai số đo.

Phân biệt tuyệt đối và tương đối lỗi.

Lỗi tuyệt đối phép đo bằng hiệu giữa kết quả đo Ai và giá trị thực của đại lượng đo A:

Sửa lại: dA=A–Ai

Do đó, giá trị thực của đại lượng bằng: A=Au+dA.

Bạn có thể tìm ra lỗi bằng cách so sánh số đọc của thiết bị với số đọc của thiết bị tham chiếu.

Sai số tương đối số đo g A là tỷ số giữa sai số tuyệt đối của phép đo với giá trị thực của giá trị đo được, tính bằng %:

%

Ví dụ: Máy hiển thị U=9,7 V. Giá trị thực tế của U=10 V được xác định bởi DU và U:

ДU=9,7–10=–0,3 Vg U =

%=3%.

Sai số đo lường có hệ thống và ngẫu nhiên các thành phần. Đầu tiên không đổi với các phép đo lặp đi lặp lại, chúng được xác định và ảnh hưởng của nó đến kết quả đo được loại bỏ bằng cách đưa ra hiệu chỉnh . Thứ hai thay đổi ngẫu nhiên và chúng không thể được xác định hoặc loại bỏ .

Trong thực hành đo điện, khái niệm này thường được sử dụng nhiều nhất lỗi đã cho g p:

Đây là tỷ lệ giữa sai số tuyệt đối với giá trị danh nghĩa của giá trị đo được hoặc với chữ số cuối cùng trên thang đo:

%

Ví dụ: DU=0,3 V. Vôn kế được thiết kế cho điện áp 100 V. g p =?

g p =0,3/100·100%=0,3%

Sai số trong phép đo có thể do :

MỘT). Cài đặt thiết bị không chính xác (ngang thay vì dọc);

b). Tính toán môi trường không chính xác (độ ẩm bên ngoài, tє).

V). Ảnh hưởng của trường điện từ bên ngoài.

G). Số đọc không chính xác, v.v.

Trong sản xuất dụng cụ đo điện, một số phương tiện kỹ thuật nhất định được sử dụng để đảm bảo mức độ chính xác này hoặc mức độ khác.

Lỗi do chất lượng sản xuất của thiết bị được gọi là - lỗi chính .

Theo chất lượng tay nghề, tất cả các thiết bị được chia thành lớp chính xác : 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

Lớp chính xác được chỉ định trên thang đo của dụng cụ đo. Nó biểu thị lỗi giảm tối đa cho phép chính của thiết bị:

%.

Dựa trên cấp độ chính xác khi kiểm tra thiết bị, người ta xác định liệu nó có phù hợp để sử dụng tiếp hay không, tức là. Nó có tương ứng với lớp chính xác của nó không?

BÀI GIẢNG số 1

Chủ thể:Dụng cụ điện và đo đại lượng điện

1. Thông tin chung về điện dụng cụ đo lường

Dụng cụ đo điện được thiết kế để đo các đại lượng và thông số khác nhau của mạch điện: điện áp, dòng điện, công suất, tần số, điện trở, độ tự cảm, điện dung và các loại khác.

Trong sơ đồ, các dụng cụ đo điện được mô tả bằng các ký hiệu đồ họa thông thường theo GOST 2.729-68. Hình 1.1 cho thấy các ký hiệu chung của các thiết bị chỉ báo và ghi âm.

Cơm. 1.1 Ký hiệu của dụng cụ đo điện.

Để biểu thị mục đích của thiết bị đo điện, một ký hiệu cụ thể được thiết lập trong tiêu chuẩn hoặc ký hiệu chữ cái của đơn vị đo lường thiết bị theo GOST theo Bảng 1.1 được nhập vào ký hiệu chung của nó.

Bảng 1.1

Tên các đơn vị	Biểu tượng	Tên các đơn vị	Biểu tượng
		miliampe
		microamp
		Millivolt
		Kilowatt
Hệ số công suất

2. Dụng cụ đo cơ điện

Theo nguyên lý hoạt động, thiết bị cơ điện được chia thành thiết bị điện từ, thiết bị điện từ, thiết bị sắt động, thiết bị cảm ứng, hệ thống tĩnh điện. Ký hiệu của các hệ thống được đưa ra trong bảng. 1.2. Các thiết bị phổ biến nhất là ba loại đầu tiên: điện từ, điện từ, điện động.

Bảng 1.2

Loại thiết bị	Biểu tượng	Loại dòng điện được đo	Thuận lợi	sai sót
điện		Không thay đổi	Độ chính xác cao, độ đồng đều của thang đo	Không chịu được quá tải
từ tính		Biến đổi không thay đổi	Sự đơn giản của thiết bị, khả năng chống quá tải	Độ chính xác thấp, nhạy cảm với nhiễu
năng động		Biến đổi không thay đổi	Độ chính xác cao	Độ nhạy thấp nhạy cảm với nhiễu
Hướng dẫn		Biến đổi	Độ tin cậy cao, chống quá tải	Độ chính xác thấp

3. Lĩnh vực ứng dụng của thiết bị cơ điện

Thiết bị điện từ: ampe kế và vôn kế bảng và phòng thí nghiệm; chỉ số 0 khi đo trong mạch cầu và mạch bù.

TRONG lắp đặt công nghiệp dòng điện xoay chiều tần số thấp, hầu hết các ampe kế và vôn kế đều là thiết bị của hệ thống điện từ. Dụng cụ phòng thí nghiệm loại 0,5 và chính xác hơn có thể được sản xuất để đo dòng điện và điện áp một chiều và xoay chiều.

Cơ chế điện động được sử dụng trong phòng thí nghiệm và các thiết bị mô hình để đo dòng điện, điện áp và công suất một chiều và xoay chiều.

Các thiết bị cảm ứng dựa trên cơ chế cảm ứng được sử dụng chủ yếu làm đồng hồ đo năng lượng xoay chiều một pha và ba pha. Theo độ chính xác, đồng hồ được chia thành loại 1.0; 2.0; 2.5. Đồng hồ đo CO (đồng hồ một pha) được sử dụng để tính năng lượng hoạt động (watt-giờ) trong mạch một pha. Để đo năng lượng hoạt động trong mạch ba pha, người ta sử dụng đồng hồ đo cảm ứng hai phần tử, cơ chế đếm có tính đến kilowatt giờ. Để tính năng lượng phản kháng, người ta sử dụng các đồng hồ đo điện cảm đặc biệt, có một số thay đổi trong thiết kế cuộn dây hoặc trong mạch chuyển mạch.

Các đồng hồ đo tác dụng và phản kháng được lắp đặt tại tất cả các doanh nghiệp để thanh toán lượng điện sử dụng cho các tổ chức cung cấp năng lượng.

Nguyên tắc lựa chọn dụng cụ đo

1. Bằng cách tính toán mạch điện, xác định các giá trị lớn nhất của dòng điện, điện áp và công suất trong mạch. Thông thường các giá trị của đại lượng đo được biết trước, ví dụ, điện áp nguồn hoặc điện áp pin.

2. Tùy theo loại đại lượng cần đo, dòng điện một chiều hay xoay chiều mà chọn hệ thống thiết bị. Đối với các phép đo kỹ thuật dòng điện một chiều và xoay chiều, hệ thống điện từ và điện từ được chọn tương ứng. Trong phòng thí nghiệm và các phép đo chính xác, hệ thống điện từ được sử dụng để xác định dòng điện và điện áp một chiều, còn hệ thống điện động lực được sử dụng cho dòng điện và điện áp xoay chiều.

3. Chọn giới hạn đo của thiết bị sao cho
giá trị đo được nằm ở phần cuối cùng, phần thứ ba của thang đo
thiết bị.

4. Tùy thuộc vào độ chính xác của phép đo được yêu cầu, hãy chọn loại
độ chính xác của thiết bị.

4. Phương pháp kết nối thiết bị với mạch điện

Ampe kế được mắc nối tiếp với tải, vôn kế được mắc song song, oát kế và mét, vì có hai cuộn dây (dòng điện và điện áp), được mắc nối tiếp - song song (Hình 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=">

Cơm. 1.3. Các phương pháp mở rộng giới hạn đo của dụng cụ.

Giá phân chia của ampe kế, vôn kế, oát kế nhiều giới hạn được xác định theo công thức:

P" ở chữ số có nghĩa nhất) và thay đổi cực tính của tín hiệu đầu vào khi dấu "-" ở chữ số có nghĩa nhất nhấp nháy.

Sai số đo của đồng hồ vạn năng VR-11A.

Điện áp không đổi: ±(0,5% Ux +4 chữ số).

Điện áp xoay chiều: ±(0,5% Ux + 10 chữ số),

trong đó Ux là số đọc của thiết bị;

zn. - đơn vị có thứ hạng thấp nhất.

Ưu điểm của thiết bị điện tử: trở kháng đầu vào cao, cho phép đo mà không ảnh hưởng đến mạch điện; dải đo rộng, độ nhạy cao, dải tần rộng, độ chính xác đo cao.

6. Sai số của phép đo và dụng cụ đo

Chất lượng của các công cụ và kết quả đo lường thường được đặc trưng bằng việc chỉ ra sai sót của chúng. Có khoảng 30 loại lỗi được đưa ra trong tài liệu về đo lường. Cần lưu ý rằng sai số của dụng cụ đo và sai số của kết quả đo không phải là những khái niệm giống nhau. Trong lịch sử, một số tên loại sai số được gán cho sai số của dụng cụ đo, số khác đặt cho sai số của kết quả đo và một số được áp dụng cho cả hai.

Các phương pháp trình bày lỗi như sau.

Tùy thuộc vào vấn đề đang được giải quyết, một số phương pháp biểu thị sai số được sử dụng; tuyệt đối, tương đối và rút gọn thường được sử dụng nhất.

Lỗi tuyệt đối – cùng đơn vị với đại lượng cần đo. Đặc trưng cho độ lớn của độ lệch có thể có của giá trị thực của giá trị đo được so với giá trị đo được.

Sai số tương đối- tỷ số giữa sai số tuyệt đối và giá trị của đại lượng. Nếu muốn xác định sai số trong toàn bộ khoảng thời gian đo, chúng ta phải tìm giá trị lớn nhất của tỷ số trong khoảng thời gian đó. Đo bằng đơn vị không thứ nguyên.

Lớp chính xác- sai số tương đối, được biểu thị bằng phần trăm. Thông thường, các giá trị lớp chính xác được chọn từ phạm vi sau: 0,1; 0,5: 1,0; 1,5; 2.0; 2.5, v.v.

Các khái niệm về sai số tuyệt đối và tương đối áp dụng cho cả phép đo và dụng cụ đo, và sai số đã cho chỉ đánh giá độ chính xác của dụng cụ đo.

Sai số đo tuyệt đối là độ chênh lệch giữa giá trị đo được của x và giá trị thực chi của nó:

Thông thường giá trị thực của đại lượng đo là không xác định và thay vào đó trong (1.1) người ta thay thế giá trị của đại lượng được đo bằng một thiết bị chính xác hơn, nghĩa là một thiết bị có sai số nhỏ hơn thiết bị cho giá trị x . Sai số tuyệt đối được biểu thị bằng đơn vị của giá trị đo được. Công thức (1.1) được sử dụng khi kiểm tra dụng cụ đo.

Lỗi tương đối https://pandia.ru/text/78/613/images/image020_7.gif" width="99" Height="45"> (1.2)

Dựa trên sai số đo tương đối, độ chính xác của phép đo được đánh giá.

Sai số giảm của thiết bị đo được định nghĩa là tỷ số giữa sai số tuyệt đối với giá trị tiêu chuẩn xn và được biểu thị bằng phần trăm:

(1.3)

Giá trị chuẩn hóa thường được lấy bằng giới hạn trên của phần làm việc của thang đo, trong đó vạch 0 nằm ở rìa của thang đo.

Sai số đã cho xác định độ chính xác của thiết bị đo, không phụ thuộc vào giá trị đo được và có một giá trị duy nhất đối với một thiết bị nhất định. Từ (1..gif" width="15" Height="19 src="> càng lớn thì giá trị x đo được càng nhỏ so với giới hạn đo xN của thiết bị.

Nhiều dụng cụ đo có mức độ chính xác khác nhau. Độ chính xác của thiết bị loại G là đặc tính tổng quát đặc trưng cho độ chính xác của thiết bị nhưng không phải là đặc tính trực tiếp về độ chính xác của phép đo được thực hiện bằng thiết bị này.

Cấp chính xác của thiết bị về mặt số học bằng sai số cơ bản giảm lớn nhất cho phép, được tính bằng phần trăm. Các cấp chính xác sau đây được thiết lập cho ampe kế và vôn kế: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4.0; 5.0. Những con số này được vẽ trên thang đo dụng cụ. Ví dụ: loại 1 mô tả các giới hạn lỗi được đảm bảo dưới dạng phần trăm (ví dụ: ± 1% của giá trị cuối cùng là 100 V, tức là ± 1 V) trong điều kiện bình thường hoạt động.

Qua phân loại quốc tế các thiết bị có cấp chính xác từ 0,5 trở lên được coi là chính xác hoặc mẫu mực và các thiết bị có cấp chính xác từ 1,0 trở lên được coi là đang hoạt động. Tất cả các thiết bị đều phải được xác minh định kỳ về việc tuân thủ các đặc tính đo lường, bao gồm cấp độ chính xác, giá trị hộ chiếu. Trong trường hợp này, thiết bị tham chiếu phải chính xác hơn thiết bị được xác minh qua lớp, cụ thể là: việc xác minh thiết bị có cấp chính xác là 4.0 được thực hiện bởi thiết bị có cấp chính xác là 1,5 và việc xác minh thiết bị với cấp chính xác là 1,0 được thực hiện bởi một thiết bị có cấp chính xác là 0,2.

Vì thang đo của thiết bị hiển thị cả cấp chính xác của thiết bị G và giới hạn đo XN, nên lỗi tuyệt đối thiết bị được xác định từ công thức (1.3):

https://pandia.ru/text/78/613/images/image019_7.gif" width="15 chiều cao=19" chiều cao="19"> Với Cấp chính xác của thiết bị G được biểu thị bằng công thức:

do đó, sai số đo tương đối chỉ bằng cấp chính xác của thiết bị khi đo giá trị giới hạn trên thang đo, tức là khi x = XN. Khi giá trị đo giảm thì sai số tương đối sẽ tăng. XN > x bao nhiêu lần, bao nhiêu lần > G. Do đó, nên chọn giới hạn đo của thiết bị chỉ thị sao cho số đọc nằm trong một phần ba cuối cùng của thang đo, gần điểm cuối của thang đo.

7. Trình bày kết quả đo đối với phép đo đơn lẻ

Kết quả đo bao gồm đánh giá giá trị đo được và sai số đo, đặc trưng cho độ chính xác của phép đo. Theo GOST 8.011-72, kết quả đo được trình bày dưới dạng:

trong đó A là kết quả đo;

Lỗi tuyệt đối của thiết bị;

P - xác suất trong quá trình xử lý dữ liệu thống kê.

Trong trường hợp này, A và https://pandia.ru/text/78/613/images/image023_5.gif" width="15" Height="17"> không được có nhiều hơn hai chữ số có nghĩa.

Nội dung của bài viết

ĐO LƯỜNG ĐIỆN,đo các đại lượng điện như điện áp, điện trở, dòng điện, công suất. Các phép đo được thực hiện bằng nhiều phương tiện khác nhau - dụng cụ đo, mạch điện và các thiết bị đặc biệt. Loại thiết bị đo phụ thuộc vào loại và kích thước (phạm vi giá trị) của giá trị đo được cũng như độ chính xác của phép đo được yêu cầu. Các đơn vị SI cơ bản được sử dụng trong phép đo điện là vôn (V), ohm (Ω), farad (F), henry (H), ampe (A) và giây (s).

TIÊU CHUẨN ĐƠN VỊ ĐIỆN

Đo điện đang tìm thấy ( phương pháp thí nghiệm) giá trị của đại lượng vật lý được biểu thị bằng đơn vị thích hợp (ví dụ: 3 A, 4 V). Giá trị của các đơn vị đại lượng điện được xác định theo thỏa thuận quốc tế phù hợp với các định luật vật lý và đơn vị đại lượng cơ học. Do việc “bảo trì” các đơn vị đại lượng điện được xác định theo các thỏa thuận quốc tế gặp nhiều khó khăn nên chúng được trình bày dưới dạng tiêu chuẩn “thực tế” của các đơn vị đại lượng điện. Các tiêu chuẩn này được hỗ trợ bởi các phòng thí nghiệm đo lường nhà nước Những đất nước khác nhau. Ví dụ, ở Hoa Kỳ, Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia chịu trách nhiệm pháp lý trong việc duy trì các tiêu chuẩn cho các đơn vị đại lượng điện. Đôi khi, các thí nghiệm được thực hiện để làm rõ sự tương ứng giữa giá trị tiêu chuẩn của các đơn vị đại lượng điện và định nghĩa của các đơn vị này. Năm 1990, các phòng thí nghiệm đo lường nhà nước công nghiệp các nước phát triểnđã ký một thỏa thuận nhằm hài hòa tất cả các tiêu chuẩn thực tế của các đơn vị đại lượng điện với nhau và với các định nghĩa quốc tế về đơn vị của các đại lượng này.

Các phép đo điện được thực hiện theo tiêu chuẩn nhà nước về đơn vị điện áp và lực dòng điện một chiều, điện trở DC, điện cảm và điện dung. Những tiêu chuẩn như vậy là những thiết bị có khả năng ổn định Đặc điểm điện từ hoặc các cài đặt trong đó, dựa trên một số hiện tượng vật lýđại lượng điện tính từ giá trị đã biết các hằng số vật lý cơ bản. Tiêu chuẩn watt và watt-giờ không được hỗ trợ, vì sẽ phù hợp hơn khi tính giá trị của các đơn vị này bằng cách sử dụng các phương trình xác định liên hệ chúng với các đơn vị đại lượng khác.

DỤNG CỤ ĐO LƯỜNG

Dụng cụ đo điện thường đo các giá trị tức thời của đại lượng điện hoặc đại lượng không điện được chuyển đổi thành đại lượng điện. Tất cả các thiết bị được chia thành analog và kỹ thuật số. Cái trước thường hiển thị giá trị của đại lượng đo được bằng một mũi tên di chuyển dọc theo thang đo có vạch chia. Loại thứ hai được trang bị màn hình kỹ thuật số hiển thị giá trị đo được dưới dạng số. Máy đo kỹ thuật số được ưa chuộng hơn cho hầu hết các phép đo vì chúng chính xác hơn, dễ đọc hơn và nói chung là linh hoạt hơn. Đồng hồ vạn năng kỹ thuật số ("vạn năng kế") và vôn kế kỹ thuật số được sử dụng để đo điện trở DC, cũng như điện áp và dòng điện xoay chiều, với độ chính xác từ trung bình đến cao. Các thiết bị analog đang dần được thay thế bằng các thiết bị kỹ thuật số, mặc dù chúng vẫn được sử dụng ở những nơi quan trọng là chi phí thấp và không cần độ chính xác cao. Để đo điện trở, trở kháng chính xác nhất phải có cầu đo và các máy đo chuyên dụng khác. Để ghi lại tiến trình thay đổi giá trị đo được theo thời gian, người ta sử dụng các dụng cụ ghi - máy ghi dải và máy hiện sóng điện tử, analog và kỹ thuật số.

DỤNG CỤ KỸ THUẬT SỐ

Tất cả các đồng hồ đo kỹ thuật số (trừ những loại đơn giản nhất) đều sử dụng bộ khuếch đại và các linh kiện điện tử khác để chuyển đổi tín hiệu đầu vào thành tín hiệu điện áp, sau đó được chuyển đổi sang dạng kỹ thuật số bằng bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC). Một số biểu thị giá trị đo được hiển thị trên chỉ báo (màn hình) điốt phát sáng (LED), huỳnh quang chân không hoặc tinh thể lỏng (LCD). Thiết bị thường hoạt động dưới sự điều khiển của bộ vi xử lý tích hợp và trong các thiết bị đơn giản, bộ vi xử lý được kết hợp với ADC trên một mạch tích hợp duy nhất. Các thiết bị kỹ thuật số rất phù hợp để hoạt động khi được kết nối với máy tính bên ngoài. Trong một số loại phép đo, máy tính như vậy sẽ chuyển đổi các chức năng đo của thiết bị và đưa ra các lệnh truyền dữ liệu để xử lý chúng.

Bộ chuyển đổi tương tự sang số.

Có ba loại ADC chính: tích hợp, xấp xỉ liên tiếp và song song. Một ADC tích hợp tính trung bình tín hiệu đầu vào theo thời gian. Trong số ba loại được liệt kê, đây là loại chính xác nhất, mặc dù chậm nhất. Thời gian chuyển đổi của ADC tích hợp nằm trong khoảng từ 0,001 đến 50 giây trở lên, sai số là 0,1–0,0003%. Sai số của ADC xấp xỉ liên tiếp lớn hơn một chút (0,4–0,002%), nhưng thời gian chuyển đổi là từ ~10 µs đến ~1 ms. ADC song song là nhanh nhất nhưng cũng kém chính xác nhất: thời gian chuyển đổi của chúng khoảng 0,25 ns, sai số từ 0,4 đến 2%.

Các phương pháp rời rạc hóa

Tín hiệu được lấy mẫu kịp thời bằng cách đo nhanh tại từng thời điểm riêng lẻ và giữ (lưu) các giá trị đo được trong khi chúng được chuyển đổi sang dạng kỹ thuật số. Chuỗi các giá trị rời rạc thu được có thể được hiển thị trên màn hình dưới dạng sóng; bằng cách bình phương các giá trị này và tính tổng, bạn có thể tính giá trị bình phương trung bình gốc của tín hiệu; chúng cũng có thể được sử dụng để tính toán thời gian tăng, giá trị cực đại, thời gian trung bình, phổ tần số, v.v. Việc lấy mẫu thời gian có thể được thực hiện trong một khoảng thời gian tín hiệu duy nhất ("thời gian thực") hoặc (với lấy mẫu tuần tự hoặc ngẫu nhiên) qua một số khoảng thời gian lặp lại.

Vôn kế kỹ thuật số và vạn năng.

Vôn kế và đồng hồ vạn năng kỹ thuật số đo giá trị gần như tĩnh của một đại lượng và biểu thị nó ở dạng kỹ thuật số. Vôn kế chỉ đo trực tiếp điện áp, thường là DC, trong khi đồng hồ vạn năng có thể đo điện áp DC và AC, dòng điện, điện trở DC và đôi khi là nhiệt độ. Đây là những thiết bị phổ biến nhất mục đích chung với sai số đo từ 0,2 đến 0,001% có thể có màn hình kỹ thuật số 3,5 hoặc 4,5 chữ số. Ký tự (chữ số) “nửa số nguyên” là dấu hiệu có điều kiện cho biết màn hình có thể hiển thị các số vượt quá số ký tự danh nghĩa. Ví dụ: màn hình 3,5 chữ số (3,5 chữ số) trong phạm vi 1-2V có thể hiển thị điện áp lên tới 1.999V.

Máy đo điện trở.

Đây là những dụng cụ chuyên dụng dùng để đo và hiển thị điện dung của tụ điện, điện trở của điện trở, độ tự cảm của cuộn cảm hoặc tổng điện trở (trở kháng) khi nối tụ điện hoặc cuộn cảm với điện trở. Các thiết bị loại này có sẵn để đo điện dung từ 0,00001 pF đến 99,999 µF, điện trở từ 0,00001 ohm đến 99,999 kohm và độ tự cảm từ 0,0001 mH đến 99,999 H. Các phép đo có thể được thực hiện ở tần số từ 5 Hz đến 100 MHz, mặc dù một thiết bị có thể thực hiện được phép đo này không bao phủ toàn bộ dải tần. Ở tần số gần 1 kHz, sai số có thể thấp tới 0,02% nhưng độ chính xác giảm ở gần ranh giới của dải tần và giá trị đo được. Hầu hết các thiết bị cũng có thể hiển thị các giá trị dẫn xuất, chẳng hạn như hệ số chất lượng của cuộn dây hoặc hệ số tổn hao của tụ điện, được tính từ các giá trị đo chính.

THIẾT BỊ ANALOG

Để đo điện áp, dòng điện và điện trở ở dòng điện một chiều, các thiết bị điện từ tương tự có Nam châm vĩnh cửu và một bộ phận chuyển động nhiều vòng. Các thiết bị loại con trỏ như vậy có đặc điểm là có sai số từ 0,5 đến 5%. Chúng đơn giản và rẻ tiền (ví dụ, các dụng cụ ô tô hiển thị dòng điện và nhiệt độ), nhưng không được sử dụng khi cần có độ chính xác đáng kể.

Thiết bị điện từ.

Các thiết bị như vậy sử dụng lực tương tác giữa từ trường và dòng điện trong các cuộn dây của bộ phận chuyển động, phần này có xu hướng làm quay phần sau. Mô men của lực này cân bằng với mômen do lò xo đối diện tạo ra, sao cho mỗi giá trị dòng điện tương ứng với một vị trí nhất định của mũi tên trên thang đo. Bộ phận chuyển động có dạng khung dây nhiều vòng với kích thước từ 3-5 đến 25-35 mm và được làm càng nhẹ càng tốt. Bộ phận chuyển động, được gắn trên các ổ đỡ bằng đá hoặc treo trên một dải kim loại, được đặt giữa các cực của một nam châm vĩnh cửu cực mạnh. Hai lò xo xoắn ốc cân bằng mô-men xoắn cũng đóng vai trò là dây dẫn cho cuộn dây của bộ phận chuyển động.

Một thiết bị điện từ phản ứng với dòng điện đi qua cuộn dây của bộ phận chuyển động của nó, và do đó nó là một ampe kế hay chính xác hơn là một miliampe kế (vì giới hạn trên của phạm vi đo không vượt quá khoảng 50 mA). Nó có thể được điều chỉnh để đo dòng điện lớn hơn bằng cách nối một điện trở song song có điện trở thấp song song với cuộn dây của bộ phận chuyển động, sao cho chỉ một phần nhỏ của tổng dòng điện được đo được phân nhánh vào cuộn dây của bộ phận chuyển động. Thiết bị như vậy phù hợp với dòng điện được đo bằng hàng nghìn ampe. Nếu bạn mắc thêm một điện trở nối tiếp với cuộn dây thì thiết bị sẽ biến thành vôn kế. Điện áp rơi trên một kết nối nối tiếp như vậy bằng tích của điện trở của điện trở và dòng điện do thiết bị hiển thị, do đó thang đo của nó có thể được hiệu chỉnh bằng vôn. Để chế tạo một ohm kế từ miliampe điện từ, bạn cần kết nối các điện trở được đo nối tiếp với nó và áp dụng kết nối nối tiếpđiện áp không đổi, ví dụ từ pin. Dòng điện trong mạch như vậy sẽ không tỷ lệ với điện trở, và do đó cần có một thang đo đặc biệt để điều chỉnh tính phi tuyến. Sau đó, có thể đọc trực tiếp điện trở trên thang đo, mặc dù độ chính xác không cao lắm.

Điện kế.

Các thiết bị điện từ còn bao gồm điện kế - thiết bị có độ nhạy cao để đo dòng điện cực nhỏ. Điện kế không có vòng bi; bộ phận chuyển động của chúng được treo trên một dải ruy băng hoặc sợi chỉ mỏng, sử dụng từ trường mạnh hơn và con trỏ được thay thế bằng một tấm gương dán vào sợi treo (Hình 1). Gương quay cùng với bộ phận chuyển động và góc quay của nó được ước tính bằng sự dịch chuyển của điểm sáng mà nó tạo ra trên thang đo được lắp đặt ở khoảng cách khoảng 1 m. Các điện kế nhạy nhất có khả năng cho độ lệch thang đo bằng nhau. đến 1 mm với sự thay đổi dòng điện chỉ 0,00001 μA.

THIẾT BỊ GHI ÂM

Dụng cụ ghi âm ghi lại “lịch sử” những thay đổi về giá trị của đại lượng đo được. Các loại thiết bị phổ biến nhất bao gồm máy ghi biểu đồ dải, ghi lại đường cong thay đổi giá trị bằng bút trên băng giấy biểu đồ, máy hiện sóng điện tử tương tự, hiển thị đường cong quá trình trên màn hình của ống tia âm cực và máy hiện sóng kỹ thuật số. , lưu trữ các tín hiệu đơn lẻ hoặc hiếm khi lặp lại. Sự khác biệt chính giữa các thiết bị này là tốc độ ghi. Máy ghi dải, với các bộ phận cơ khí chuyển động, phù hợp nhất để ghi các tín hiệu thay đổi theo giây, phút hoặc thậm chí chậm hơn. Máy hiện sóng điện tử có khả năng ghi lại các tín hiệu thay đổi theo thời gian từ một phần triệu giây đến vài giây.

ĐO CẦU

Cầu đo thường là một mạch điện bốn nhánh bao gồm điện trở, tụ điện và cuộn cảm, được thiết kế để xác định tỷ lệ các thông số của các thành phần này. Một nguồn điện được kết nối với một cặp cực đối diện của mạch và bộ dò null được kết nối với cặp cực kia. Cầu đo chỉ được sử dụng trong trường hợp yêu cầu độ chính xác đo cao nhất. (Đối với các phép đo có độ chính xác trung bình, tốt hơn nên sử dụng các dụng cụ kỹ thuật số vì chúng dễ xử lý hơn.) Cầu đo máy biến áp xoay chiều tốt nhất có sai số (đo tỷ lệ) ở mức 0,0000001%. Cây cầu đơn giản nhất để đo điện trở được đặt theo tên của người phát minh ra nó, Charles Wheatstone.

Cầu đo DC đôi.

Rất khó để kết nối dây đồng với một điện trở mà không tạo ra điện trở tiếp xúc ở mức 0,0001 ohms trở lên. Trong trường hợp điện trở 1 Ohm, dây dẫn hiện tại như vậy gây ra sai số chỉ 0,01%, nhưng đối với điện trở 0,001 Ohm thì sai số sẽ là 10%. Cầu đo đôi (cầu Thomson), sơ đồ được thể hiện trong hình. 2, dùng để đo điện trở của điện trở tham chiếu có giá trị nhỏ. Điện trở của các điện trở tham chiếu bốn cực như vậy được định nghĩa là tỷ số giữa điện áp tại các cực tiềm năng của chúng ( R 1 , R 2 điện trở R s Và R 3 , P 4 điện trở Rx trong bộ lễ phục. 2) với dòng điện qua kẹp dòng điện của chúng ( Với 1 , Với 2 và Với 3 , Với 4). Với kỹ thuật này, điện trở của dây kết nối không gây ra sai số trong kết quả đo điện trở mong muốn. Hai cánh tay bổ sung tôi Và N loại bỏ ảnh hưởng của dây kết nối 1 giữa các thiết bị đầu cuối Với 2 và Với 3. Sức chống cự tôi Và N những vai này được chọn sao cho sự bình đẳng được thỏa mãn M/tôi= N/N. Sau đó thay đổi điện trở R s, giảm sự mất cân bằng về 0 và tìm

Rx = R s(N/M).

Cầu đo AC.

Cầu đo AC phổ biến nhất được thiết kế để đo ở tần số đường truyền 50–60 Hz hoặc tần số âm thanh (thường khoảng 1000 Hz); cầu đo chuyên dụng hoạt động ở tần số lên tới 100 MHz. Theo quy định, trong các cầu đo AC, thay vì hai cánh tay đặt chính xác tỷ số điện áp, người ta sử dụng một máy biến áp. Một ngoại lệ cho quy tắc này là cầu đo Maxwell-Wien.

Cầu đo Maxwell-Wien.

Cầu đo như vậy giúp so sánh các tiêu chuẩn điện cảm ( L) với tiêu chuẩn điện dung ở tần số hoạt động không xác định. Các chuẩn điện dung được sử dụng trong các phép đo có độ chính xác cao vì chúng có thiết kế đơn giản hơn các chuẩn điện cảm chính xác, nhỏ gọn hơn, dễ che chắn hơn và hầu như không tạo ra trường điện từ bên ngoài. Điều kiện cân bằng của cây cầu đo này là: Lx = R 2 R 3 C 1 và Rx = (R 2 R 3) /R 1 (Hình 3). Cầu được cân bằng ngay cả trong trường hợp nguồn điện “không tinh khiết” (tức là nguồn tín hiệu chứa các sóng hài của tần số cơ bản), nếu giá trị Lx không phụ thuộc vào tần số.

Cầu đo máy biến áp.

Một trong những ưu điểm của cầu đo AC là dễ dàng cài đặt tỷ số điện áp chính xác bằng máy biến áp. Không giống như các bộ chia điện áp được chế tạo từ điện trở, tụ điện hoặc cuộn cảm, máy biến áp duy trì tỷ số điện áp không đổi trong thời gian dài và hiếm khi cần hiệu chuẩn lại. Trong bộ lễ phục. Hình 4 thể hiện sơ đồ cầu đo máy biến áp để so sánh hai trở kháng cùng loại. Nhược điểm của cầu đo máy biến áp bao gồm thực tế là tỷ số do máy biến áp chỉ định phụ thuộc ở một mức độ nào đó vào tần số của tín hiệu. Điều này dẫn đến nhu cầu thiết kế cầu đo máy biến áp chỉ cho các dải tần số giới hạn trong đó độ chính xác định mức được đảm bảo.

Nối đất và che chắn.

Máy dò null điển hình.

Trong cầu đo AC, hai loại máy dò null thường được sử dụng nhiều nhất. Bộ phát hiện null của một trong số chúng là bộ khuếch đại cộng hưởng với thiết bị đầu ra analog hiển thị mức tín hiệu. Một loại máy dò null khác là máy dò nhạy pha giúp phân tách tín hiệu mất cân bằng thành các thành phần hoạt động và phản ứng và rất hữu ích trong các ứng dụng chỉ cần cân bằng chính xác một trong các thành phần chưa biết (ví dụ: điện cảm) L, nhưng không kháng cự R cuộn cảm).

ĐO TÍN HIỆU AC

Trong trường hợp tín hiệu AC thay đổi theo thời gian, thường cần phải đo một số đặc tính của chúng liên quan đến giá trị tức thời của tín hiệu. Thông thường, người ta mong muốn biết các giá trị điện AC RMS (rms), vì công suất sưởi ở 1 VDC tương ứng với công suất sưởi ở 1 Vrms AC. Cùng với điều này, các đại lượng khác có thể được quan tâm, ví dụ như giá trị tối đa hoặc trung bình giá trị tuyệt đối. Giá trị bình phương trung bình (hiệu dụng) gốc của điện áp (hoặc cường độ) của dòng điện xoay chiều được xác định bằng căn bậc hai của bình phương trung bình theo thời gian của điện áp (hoặc dòng điện):

Ở đâu T– chu kỳ tín hiệu Y(t). Gia trị lơn nhât Y max là giá trị tức thời lớn nhất của tín hiệu và giá trị tuyệt đối trung bình YAA– giá trị tuyệt đối được tính trung bình theo thời gian. Với dao động hình sin Y hiệu quả = 0,707 Y tối đa và YAA = 0,637Y Tối đa.

Đo điện áp và dòng điện xoay chiều.

Hầu hết tất cả các thiết bị đo điện áp và dòng điện xoay chiều đều hiển thị một giá trị được đề xuất coi là giá trị hiệu dụng của tín hiệu đầu vào. Tuy nhiên, các thiết bị rẻ tiền thường thực sự đo giá trị tuyệt đối hoặc tối đa trung bình của tín hiệu và hiệu chỉnh thang đo sao cho số đọc tương ứng với giá trị hiệu dụng tương đương, giả sử tín hiệu đầu vào là dạng sóng hình sin. Không nên bỏ qua rằng độ chính xác của các thiết bị như vậy là cực kỳ thấp nếu tín hiệu không phải hình sin. Các thiết bị có khả năng đo giá trị hiệu dụng thực của tín hiệu AC có thể dựa trên một trong ba nguyên tắc: nhân điện tử, lấy mẫu tín hiệu hoặc chuyển đổi nhiệt. Các thiết bị dựa trên hai nguyên tắc đầu tiên, theo quy luật, phản ứng với điện áp và dụng cụ đo nhiệt điện – phản ứng với dòng điện. Khi sử dụng điện trở bổ sung và điện trở shunt, tất cả các thiết bị đều có thể đo được cả dòng điện và điện áp.

Phép nhân điện tử.

Bình phương và lấy trung bình theo thời gian của tín hiệu đầu vào theo một số giá trị gần đúng được thực hiện bằng các mạch điện tử có bộ khuếch đại và các phần tử phi tuyến để thực hiện các phép toán như tìm logarit và phản logarit của tín hiệu tương tự. Các thiết bị loại này có thể có sai số chỉ 0,009%.

Lấy mẫu tín hiệu.

Tín hiệu AC được chuyển đổi thành dạng số bằng ADC tốc độ cao. Các giá trị tín hiệu được lấy mẫu được bình phương, tính tổng và chia cho số giá trị được lấy mẫu trong một chu kỳ tín hiệu. Sai số của các thiết bị như vậy là 0,01–0,1%.

Dụng cụ đo nhiệt điện.

Độ chính xác cao nhất của việc đo các giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện được cung cấp bởi các dụng cụ đo nhiệt điện. Họ sử dụng một bộ chuyển đổi dòng nhiệt dưới dạng một hộp thủy tinh sơ tán nhỏ có dây đốt nóng (dài 0,5–1 cm), ở phần giữa có một điểm nối nóng cặp nhiệt điện được gắn bằng một hạt nhỏ. Hạt cung cấp tiếp xúc nhiệt và đồng thời cách điện. Khi nhiệt độ tăng, liên quan trực tiếp đến giá trị hiệu dụng của dòng điện trong dây đốt nóng, nhiệt EMF (điện áp dòng điện một chiều) xuất hiện ở đầu ra của cặp nhiệt điện. Những bộ chuyển đổi như vậy phù hợp để đo dòng điện xoay chiều có tần số từ 20 Hz đến 10 MHz.

Trong bộ lễ phục. Hình 5 thể hiện sơ đồ nguyên lý của thiết bị đo nhiệt điện với hai bộ chuyển đổi dòng nhiệt được chọn theo các thông số. Khi cấp điện áp xoay chiều vào đầu vào mạch V. ac ở đầu ra cặp nhiệt điện của bộ chuyển đổi TS 1 xuất hiện điện áp DC, khuếch đại MỘT tạo ra dòng điện một chiều trong dây đốt nóng của bộ chuyển đổi TS 2, trong đó cặp nhiệt điện tạo ra cùng điện áp DC và đồng hồ đo DC thông thường đo dòng điện đầu ra.

Sử dụng một điện trở bổ sung, đồng hồ đo dòng điện được mô tả có thể được chuyển đổi thành vôn kế. Vì đồng hồ đo nhiệt chỉ đo trực tiếp dòng điện từ 2 đến 500 mA nên cần có điện trở shunt để đo dòng điện cao hơn.

Đo điện năng và năng lượng AC.

Công suất tiêu thụ của tải trong mạch điện xoay chiều bằng tích trung bình theo thời gian của các giá trị tức thời của điện áp và dòng điện tải. Nếu điện áp và dòng điện thay đổi theo hình sin (như thường lệ), thì công suất R có thể được biểu diễn dưới dạng P = EI vì j, Ở đâu E Và TÔI là các giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện, và j– góc pha (góc dịch chuyển) của các hình sin điện áp và dòng điện. Nếu điện áp được biểu thị bằng volt và dòng điện được biểu thị bằng ampe thì công suất sẽ được biểu thị bằng watt. cos nhân j, được gọi là hệ số công suất, đặc trưng cho mức độ dao động đồng bộ của điện áp và dòng điện.

VỚI điểm kinh tế Từ góc độ, đại lượng điện quan trọng nhất là năng lượng. Năng lượng Wđược xác định bởi tích của công suất và thời gian tiêu thụ. TRONG dạng toán học nó được viết như thế này:

Nếu thời gian ( t 1 - t 2) đo bằng giây, điện áp e- tính bằng vôn và dòng điện Tôi– tính bằng ampe, sau đó là năng lượng W sẽ được biểu thị bằng watt-giây, tức là joules (1 J = 1 Wh·s). Nếu thời gian được đo bằng giờ thì năng lượng được đo bằng watt-giờ. Trong thực tế, sẽ thuận tiện hơn khi biểu diễn điện năng bằng kilowatt giờ (1 kWh = 1000 Wh).

Đồng hồ đo điện chia sẻ thời gian.

Đồng hồ đo điện chia sẻ thời gian sử dụng một phương pháp đo năng lượng điện rất độc đáo nhưng chính xác. Thiết bị này có hai kênh. Một kênh là phím điện tử cho phép hoặc không truyền tín hiệu đầu vào Y(hoặc tín hiệu đầu vào đảo ngược - Y) tới bộ lọc thông thấp. Trạng thái của phím được điều khiển bởi tín hiệu đầu ra của kênh thứ hai với tỷ lệ khoảng thời gian “đóng”/“mở” tỷ lệ với tín hiệu đầu vào của nó. Tín hiệu trung bình ở đầu ra bộ lọc bằng trung bình thời gian của tích của hai tín hiệu đầu vào. Nếu một tín hiệu đầu vào tỷ lệ với điện áp tải và tín hiệu kia tỷ lệ với dòng tải thì điện áp đầu ra tỷ lệ thuận với công suất tiêu thụ của tải. Sai số của các bộ đếm công nghiệp như vậy là 0,02% ở tần số lên đến 3 kHz (các bộ đếm trong phòng thí nghiệm chỉ khoảng 0,0001% ở tần số 60 Hz). Là dụng cụ có độ chính xác cao, chúng được sử dụng làm bộ đếm tiêu chuẩn để kiểm tra các dụng cụ đo đang hoạt động.

Lấy mẫu oát kế và đồng hồ đo điện.

Các thiết bị như vậy dựa trên nguyên lý của vôn kế kỹ thuật số, nhưng có hai kênh đầu vào lấy mẫu tín hiệu dòng điện và điện áp song song. Mỗi giá trị rời rạc e(k), biểu thị các giá trị tức thời của tín hiệu điện áp tại thời điểm lấy mẫu, được nhân với giá trị rời rạc tương ứng Tôi(k) tín hiệu hiện tại được nhận cùng lúc. Thời gian trung bình của các sản phẩm đó là công suất tính bằng watt:

Một bộ cộng tích lũy các tích của các giá trị rời rạc theo thời gian sẽ cho ra tổng điện năng tính bằng watt-giờ. Sai số của đồng hồ đo điện có thể chỉ là 0,01%.

Máy đo điện cảm ứng.

Đồng hồ đo cảm ứng không gì khác hơn là một động cơ điện xoay chiều công suất thấp có hai cuộn dây - một cuộn dây dòng điện và một cuộn dây điện áp. Một đĩa dẫn điện đặt giữa các cuộn dây sẽ quay dưới tác dụng của một mô men xoắn tỉ lệ với công suất tiêu thụ. Mô-men xoắn này được cân bằng bởi dòng điện do nam châm vĩnh cửu tạo ra trong đĩa, do đó tốc độ quay của đĩa tỷ lệ thuận với mức tiêu thụ điện năng. Số vòng quay của đĩa trong một thời gian nhất định tỷ lệ thuận với tổng lượng điện mà người tiêu dùng nhận được trong thời gian đó. Số vòng quay của đĩa được đếm bằng một bộ đếm cơ, hiển thị điện tính bằng kilowatt giờ. Các thiết bị loại này được sử dụng rộng rãi làm đồng hồ đo điện trong gia đình. Sai số của họ thường là 0,5%; họ có tuổi thọ lâu dài dưới bất kỳ điều kiện nào mức cho phép hiện hành

Văn học:

Atamalyan E.G. và vân vân. Dụng cụ và phương pháp đo đại lượng điện. M., 1982
Malinovsky V.N. và vân vân. Đo điện. M., 1985
Avdeev B.Ya. và vân vân. Nguyên tắc cơ bản của đo lường và đo lường điện. L., 1987