סוגים ושיטות של מדידות חשמל

בלימודי הנדסת חשמל יש להתמודד ולמדוד כמויות חשמליות, מגנטיות ומכאניות.

למדוד כמות חשמלית, מגנטית או אחרת זה להשוות אותה לכמות הומוגנית אחרת שנלקחת כיחידה.

מאמר זה דן בסיווג המדידה החשוב ביותר עבור תיאוריה ופרקטיקה של מדידות חשמליות... סיווג זה עשוי לכלול סיווג של מדידות מנקודת מבט מתודולוגית, כלומר. בהתאם לשיטות הכלליות להשגת תוצאות המדידה (סוגי או מחלקות של מדידות), סיווג המדידות בהתאם לשימוש בעקרונות ומכשירי מדידה (שיטות מדידה) וסיווג המדידות בהתאם לדינמיקה של הערכים הנמדדים.

סוגי מדידות חשמל

בהתאם לשיטות הכלליות להשגת התוצאה, המדידות מחולקות לסוגים הבאים: ישירים, עקיפים ומפרקים.

עבור מדידות ישירות כלול את אלה שהתוצאה שלהם מתקבלת ישירות מנתוני ניסוי.מדידה ישירה יכולה להתבטא באופן קונבנציונלי על ידי הנוסחה Y = X, כאשר Y הוא הערך הרצוי של הערך הנמדד; X - ערך המתקבל ישירות מנתוני ניסוי. סוג זה של מדידה כולל מדידות של כמויות פיזיקליות שונות באמצעות מכשירים מכוילים ביחידות מבוססות.

למשל מדידות זרם עם מד זרם, טמפרטורה עם מדחום וכדומה. מדידה מסוג זה כוללת גם מדידות שבהן הערך הרצוי של כמות נקבע בהשוואה ישירה למדידה. האמצעים בהם נעשה שימוש והפשטות (או המורכבות) של הניסוי אינם נלקחים בחשבון בעת ​​ייחוס מדידת קו ישר.

עקיפה נקראת מדידה כזו, שבה הערך הרצוי של הכמות נמצא על בסיס הקשר הידוע בין כמות זו לבין הכמויות הנתונות למדידות ישירות. עבור מדידות עקיפות, הערך המספרי של הערך הנמדד נקבע על ידי חישוב הנוסחה Y = F (Xl, X2 ... Xn), כאשר Y - הערך הנדרש של הערך הנמדד; NS1, X2, Xn - ערכי הכמויות הנמדדות. דוגמה למדידות עקיפות היא מדידת הספק במעגלי DC עם מד זרם ומד מתח.

מדידות משותפות נקראות כאלו שעבורן נקבעים הערכים הנדרשים של כמויות שונות על ידי פתרון מערכת המשוואות המחברת את ערכי הכמויות הנדרשות עם הכמויות הנמדדות ישירות. כדוגמה למדידות משותפות, ניתן לתת את הגדרת המקדמים בנוסחה המתייחסת לנגד ההתנגדות עם הטמפרטורה שלו: Rt = R20 [1 + α (T1-20) + β (T1-20)]

שיטות מדידה חשמליות

בהתאם למכלול הטכניקות לשימוש בעקרונות ובמכשירי המדידה, כל השיטות מחולקות לשיטת הערכה ישירה ושיטות השוואה.

המהות של שיטת ההערכה הישירה מורכבת מהעובדה שערך הכמות הנמדדת נאמד מקריאות של מכשיר אחד (מדידות ישירות) או כמה (מדידות עקיפות), מכויל מראש ביחידות של הכמות הנמדדת או ביחידות של כמויות אחרות שבהן תלויה כמות הגודל הנמדד.

הדוגמה הפשוטה ביותר לשיטת הערכה ישירה היא מדידה של כל כמות עם מכשיר שקנה ​​המידה שלו מדורג ביחידות המתאימות.

הקבוצה הגדולה השנייה של שיטות מדידה חשמליות משולבת תחת השם הכללי שיטות השוואה... הן כוללות את כל אותן שיטות מדידה חשמליות שבהן הערך הנמדד מושווה לערך המשוחזר על ידי המידה. לפיכך, מאפיין ייחודי של שיטות השוואה הוא מעורבות ישירה של מדדים בתהליך המדידה.

שיטות ההשוואה מחולקות לשיטות הבאות: ריק, דיפרנציאלי, החלפה והתאמה.

שיטת Null זוהי שיטה להשוואת ערך נמדד עם מידה שבה תוצאת השפעת הערכים על המידה מצטמצמת לאפס. כך, כאשר מגיעים לשיווי משקל, נעלמת תופעה מסוימת, למשל הזרם בקטע של מעגל או המתח על פניו, שניתן לתעד בעזרת מכשירים המשרתים מטרה זו. - אפס אינדיקטורים. בשל הרגישות הגבוהה של מחווני האפס, וגם בגלל שניתן לבצע את המדידות בדיוק רב, מתקבל גם דיוק מדידה גבוה.

דוגמה ליישום של שיטת האפס תהיה מדידת התנגדות חשמלית דרך גשר מאוזן לחלוטין.

בשיטה הדיפרנציאלית, כמו בשיטת null, הערך הנמדד מושווה במישרין או בעקיפין עם המידה, וערך הערך הנמדד כתוצאה מההשוואה נשפט לפי ההבדל בין ההשפעות המופקות בו-זמנית על ידי ערכים אלו והערך הידוע המשוחזר על ידי המידה. כך, בשיטה הדיפרנציאלית, מתקבל איזון לא שלם של הערך הנמדד, וזהו ההפרש בין השיטה הדיפרנציאלית לאפס.

השיטה הדיפרנציאלית משלבת חלק מהמאפיינים של שיטת האמידה הישירה וחלק מהמאפיינים של שיטת האפס. זה יכול לתת תוצאת מדידה מדויקת מאוד רק אם הערך הנמדד והמידה שונים במקצת זה מזה.

לדוגמה, אם ההפרש בין שתי הכמויות הללו הוא 1% ונמדד בטעות של עד 1%, אז טעות המדידה של הכמות הרצויה מצטמצמת כך ל-0.01% אם לא נלקחות בחשבון טעויות מדידה. דוגמה ליישום השיטה הדיפרנציאלית היא מדידת ההפרש בין שני מתחים עם מד מתח, שאחד מהם ידוע בדיוק גבוה והשני הוא הערך הרצוי.

שיטת החלפה מורכבת ממדידה רציפה של הערך הרצוי עם מכשיר ומדידה באותו מכשיר של מידה שמשחזרת ערך שהוא הומוגני עם הערך הנמדד. ניתן לחשב את הערך הרצוי מתוצאות שתי מדידות.בשל העובדה ששתי המדידות מתבצעות על ידי אותו מכשיר באותם תנאים חיצוניים, והערך הרצוי נקבע על פי היחס בין קריאות המכשיר, השגיאה של תוצאת המדידה מצטמצמת באופן משמעותי. מכיוון שהשגיאה של המכשיר בדרך כלל אינה זהה בנקודות שונות של הסולם, דיוק המדידה הגבוה ביותר מושג באותן קריאות של המכשיר.

דוגמה ליישום שיטת ההחלפה תהיה מדידה של גדול יחסית התנגדות חשמלית DC על ידי מדידה רציפה של הזרם הזורם דרך הנגד המבוקר והמדגם. המעגל חייב להיות מופעל מאותו מקור זרם במהלך המדידות. ההתנגדות של מקור הזרם והמכשיר שמודד את הזרם חייבת להיות קטנה מאוד בהשוואה להתנגדות המשתנת והדגימה.

שיטת התאמה זוהי שיטה שבה ההפרש בין הערך הנמדד לערך המשוחזר מהמדידה נמדד באמצעות התאמת סימן קנה המידה או אותות תקופתיים. שיטה זו נמצאת בשימוש נרחב בפרקטיקה של מדידות לא חשמליות.

דוגמה לכך היא מדידת אורך קליפר ורנייה... במדידות חשמליות, דוגמה היא מדידת מהירות הגוף באמצעות סטרובוסקופ.

כמו כן, נציין סיווג של מדידות על פי השינוי לאורך זמן של הערך הנמדד... בהתאם לשאלה האם הערך הנמדד משתנה לאורך זמן או נשאר ללא שינוי בתהליך המדידה, מבחינים בין מדידות סטטיות ודינאמיות. סטטי מתייחס למדידות של ערכים קבועים או נייחים.אלה כוללים מדידות של ערכי rms וערכי משרעת של כמויות, אך במצב יציב.

אם נמדדים ערכים מיידיים של כמויות משתנות בזמן, אז המדידות נקראות דינמיות... אם במהלך מדידות דינמיות מכשירי המדידה מאפשרים לך לצפות ברציפות בערכי הכמות הנמדדת, מדידות כאלה נקראות רציפות.

ניתן לבצע מדידות של כל כמות על ידי מדידת ערכיה בנקודות זמן מסוימות t1, t2 וכו'. כתוצאה מכך, לא כל הערכים של הכמות הנמדדת יהיו ידועים, אלא רק הערכים בזמנים שנבחרו. מדידות כאלה נקראות נפרדות.