Когато изучавате електротехника, човек трябва да се занимава с електрически, магнитни и механични величини и да измерва тези величини.

Да се ​​измери електрическа, магнитна или друга величина означава да се сравни с друга хомогенна величина, взета за единица.

Тази статия обсъжда класификацията на измерванията, които са най-важни за. Тази класификация включва класификацията на измерванията от методологична гледна точка, т.е. в зависимост от общите техники за получаване на резултати от измерване (видове или класове измервания), класификацията на измерванията в зависимост от използването на принципи и измервателни инструменти (методи за измерване) и класификацията на измерванията в зависимост от динамиката на измерваните величини.

Видове електрически измервания

В зависимост от общите методи за получаване на резултата, измерванията се разделят на следните видове: директни, индиректни и съвместни.

Към директни измерваниявключват тези, чиито резултати са получени директно от експериментални данни. Директното измерване може условно да се изрази с формулата Y = X, където Y е желаната стойност на измереното количество; X е стойност, получена директно от експериментални данни. Този тип измерване включва измервания на различни физични величиниизползване на инструменти, калибрирани в установени единици.

Например измерване на ток с амперметър, температура с термометър и т.н. Този тип измерване включва и измервания, при които желаната стойност на дадена величина се определя чрез директното й сравняване с мярката. Използваните средства и простотата (или сложността) на експеримента не се вземат предвид, когато измерването се класифицира като директно.

Непрякото измерване е измерване, при което желаната стойност на дадено количество се намира въз основа на известна връзка между това количество и количествата, подложени на преки измервания. При индиректни измервания числената стойност на измерената стойност се определя чрез изчисляване по формулата Y = F(Xl, X2 ... Xn), където Y е желаната стойност на измерената стойност; X1, X2, Xn - стойности на измерените величини. Като пример за индиректни измервания можем да посочим измерването на мощността във вериги DCамперметър и волтметър.

Ставни измерваниясе наричат ​​тези, при които желаните стойности на противоположни величини се определят чрез решаване на система от уравнения, свързващи стойностите на търсените величини с директно измерени величини. Пример за съвместни измервания е определянето на коефициентите във формулата, свързваща съпротивлението на резистор с неговата температура: Rt = R20

Електрически методи за измерване

В зависимост от набора от техники за използване на принципите и средствата за измерване, всички методи се разделят на метод за пряка оценка и методи за сравнение.

Същност метод на пряка оценкасе крие във факта, че за стойността на измерената величина се съди по показанията на един (директни измервания) или няколко (непреки измервания) уреди, предварително калибрирани в единици на измерената величина или в единици на други величини, на които измерваната величина зависи.

Най-простият пример за метод за пряка оценка е измерването на количество с едно устройство, чиято скала е градуирана в подходящи единици.

Втората голяма група методи за измерване на електричество е обединена под общото наименование методи за сравнение. Те включват всички онези методи за електрически измервания, при които измерената стойност се сравнява със стойността, възпроизведена от мярката. по този начин отличителна чертаметодите за сравнение е прякото участие на мерките в процеса на измерване.

Методите за сравнение се разделят на следните: нулев, диференциален, заместващ и съвпад.

Нулевият метод е метод за сравняване на измерена стойност с мярка, при който полученият ефект от влиянието на стойностите върху индикатора се довежда до нула. По този начин, когато се постигне равновесие, се наблюдава изчезването на определено явление, например токът в даден участък от веригата или напрежението върху него, което може да се запише с помощта на устройства, които служат за тази цел - нулеви индикатори. Поради високата чувствителност на нулевите индикатори, а също и защото измерванията могат да се извършват с голяма точност, се получава по-голяма точност на измерване.

Пример за използване на нулевия метод би бил измерването електрическо съпротивлениемост с пълното му балансиране.

При диференциален метод, както и с нула, измерената величина се сравнява пряко или косвено с мярката и стойността на измерената величина в резултат на сравнението се оценява по разликата в ефектите, предизвикани едновременно от тези величини, и по известната стойност, възпроизведена по мярка. Така при диференциалния метод се получава непълно балансиране на измерената стойност и това е разликата между диференциалния метод и нулевия метод.

Диференциалният метод съчетава някои от характеристиките на метода на прякото оценяване и някои от характеристиките на нулевия метод. Той може да даде много точен резултат от измерването, ако само измереното количество и мярката се различават малко една от друга.

Например, ако разликата между тези две величини е 1% и е измерена с грешка до 1%, тогава грешката при измерване на желаното количество се намалява до 0,01%, ако не се вземе предвид грешката на мярката . Пример за прилагане на диференциалния метод е измерването с волтметър на разликата между две напрежения, от които едното е известно с голяма точност, а другото е желаната стойност.

Метод на заместванесе състои в последователно измерване на желаното количество с устройство и измерване със същото устройство на мярка, която възпроизвежда еднородно количество с измереното количество. Въз основа на резултатите от две измервания може да се изчисли желаната стойност. Поради факта, че и двете измервания се извършват от един и същ инструмент при едни и същи външни условия и желаната стойност се определя от съотношението на показанията на инструмента, грешката на резултата от измерването е значително намалена. Тъй като грешката на инструмента обикновено не е еднаква в различни точки на скалата, най-голямата точност на измерване се получава при едни и същи показания на инструмента.

Пример за прилагане на метода на заместване би бил измерването на относително голямо чрез последователно измерване на тока, протичащ през контролиран резистор и референтен. По време на измерванията веригата трябва да се захранва от същия източник на ток. Съпротивлението на източника на ток и устройството, измерващо тока, трябва да бъде много малко в сравнение с променливите и референтните съпротивления.

Метод на съответствиее метод, при който разликата между измерената стойност и стойността, възпроизведена от мярката, се измерва чрез съвпадение на скални знаци или периодични сигнали. Този метод се използва широко в практиката на неелектрически измервания.

Пример е измерването на дължина. При електрическите измервания пример е измерването на скоростта на въртене на тяло с мигаща светлина.

Нека също посочим класификация на измерванията въз основа на промените във времето на измерената стойност. В зависимост от това дали измерената величина се променя във времето или остава непроменена по време на процеса на измерване, се разграничават статични и динамични измервания. Статичните измервания са измервания на постоянни или постоянни стойности. Те включват измервания на ефективни и амплитудни стойности на количествата, но в стабилно състояние.

Ако се измерват моментни стойности на променливи във времето величини, тогава измерванията се наричат ​​динамични. Ако по време на динамични измервания измервателните уреди ви позволяват непрекъснато да наблюдавате стойностите на измереното количество, такива измервания се наричат ​​непрекъснати.

Възможно е да се измери количество чрез измерване на неговите стойности в определени моменти t1, t2 и т.н. В резултат на това не всички стойности на измереното количество ще бъдат известни, а само стойностите в избрани моменти. Такива измервания се наричат ​​дискретни.

Измерването на електрически параметри е задължителна стъпка в разработването и производството на електронни продукти. За контрол на качеството на произведените устройства е необходимо поетапно наблюдение на техните параметри. Правилното определяне на функционалността на бъдещия контролно-измервателен комплекс изисква определяне на видовете електрически контрол: индустриален или лабораторен, пълен или селективен, статистически или еднократен, абсолютен или относителен и т.н.

В структурата на производството на продукта се разграничават следните видове контрол:

• Входящ контрол;
• Интероперативен контрол;
• Мониторинг на работни параметри;
• Тестове за приемане.

По време на производството печатни платкии електронни компоненти (областта на инструменталния инженерен цикъл), е необходимо да се извърши входен контролкачество на суровините и компонентите, електрически контрол на качеството на метализацията на готови печатни платки, контрол на работните параметри на сглобените електронни компоненти. За решаването на тези проблеми съвременните производствени системи успешно използват електрически системи за управление от адаптерен тип, както и системи с „летящи“ сонди.

Производството на компоненти в пакет (опакован производствен цикъл) от своя страна ще изисква входящ параметричен контрол на отделните кристали и пакети, последващ междуоперационен контрол след заваряване на кристалните проводници или неговото инсталиране и накрая параметричен и функционален контрол завършен продукт.

Производството на полупроводникови компоненти и интегрални схеми (производство на чипове) ще изисква по-подробен контрол електрически характеристики. Първоначално е необходимо да се контролират свойствата на плочата, както повърхностни, така и обемни, след което се препоръчва да се контролират характеристиките на основните функционални слоеве и след нанасяне на метализиращи слоеве да се провери качеството на нейните характеристики и електрически свойства. След получаване на структурата на пластината е необходимо да се извършат параметрични и функционални тестове, да се измерят статични и динамични характеристики, да се наблюдава целостта на сигнала, да се анализират свойствата на структурата и да се проверят характеристиките на производителност.

Параметрични измервания:

Параметричният анализ включва набор от техники за измерване и наблюдение на надеждността на параметрите на напрежението, тока и мощността, без да се следи функционалността на устройството. Електрическото измерване включва прилагане на електрически стимул към измерваното устройство (DUT) и измерване на реакцията на DUT. Параметричните измервания се извършват на постоянен ток (стандартни DC измервания на характеристиките на тока и напрежението (волт-амперни характеристики), измерване на силови вериги и др.), на ниски честоти(многоверижни измервания на характеристики на капацитет-напрежение (CV характеристики), измервания на комплексен импеданс и имитанс, анализ на материали и др.), измервания на импулси (импулсни I-V характеристики, отстраняване на грешки във времето за реакция и др.). За решаване на проблемите на параметричните измервания се използва голям брой специализирано контролно и измервателно оборудване: генератори на вълни с произволна форма, източници на захранване (постоянни и AC), източник-метри, амперметри, волтметри, мултиметри, LCR и измерватели на импеданс, параметрични анализатори и трасиращи криви и много други, както и голям брой аксесоари, принадлежности и приспособления.

Приложение:

• Измерване на основни характеристики (ток, напрежение, мощност) на електрически вериги;
• Измерване на съпротивление, капацитет и индуктивност на пасивни и активни елементи на електрически вериги;
• Измерване на общ импеданс и имитанс;
• Измерване на токово-напреженови характеристики в квазистатични и импулсни режими;
• Измерване на вольтамперни характеристики в квазистатични и многочестотни режими;
• Характеризиране на полупроводникови компоненти;
• Анализ на отказите.

Функционални измервания:

Функционалният анализ включва набор от техники за измерване и наблюдение на работата на устройството по време на основни операции. Тези техники ви позволяват да изградите модел (физически, компактен или поведенчески) на устройство въз основа на данни, получени по време на процеса на измерване. Анализът на получените данни ви позволява да наблюдавате стабилността на характеристиките на произведените устройства, да ги изследвате и разработвате нови, да отстранявате грешки в технологичните процеси и да коригирате топологията. За решаване на функционални измервателни проблеми се използва голям брой специализирано тестово и измервателно оборудване: осцилоскопи, мрежови анализатори, честотомери, шумомери, измерватели на мощност, спектрални анализатори, детектори и много други, както и голям брой аксесоари, аксесоари и устройства.

Приложение:

• Измерване на слаби сигнали: параметри на предаване и отражение на сигнала, манипулационен контрол;
• Измервания на силни сигнали: компресия на усилването, измервания на натоварване и др.;
• Генериране и преобразуване на честота;
• Анализ на формата на вълната във времеви и честотни области;
• Измерване на коефициента на шум и анализ на параметрите на шума;
• Проверка на чистотата на сигнала и анализ на интермодулационни изкривявания;
• Анализ на целостта на сигнала, стандартизация;

Измервания на сондата:

Измерванията на сондата трябва да бъдат подчертани отделно. Активното развитие на микро- и наноелектрониката доведе до необходимостта от извършване на точни и надеждни измервания на пластина, които са възможни само при висококачествен, стабилен и надежден контакт, който не разрушава устройството. Решението на тези проблеми се постига чрез използването на сондови станции, специално проектирани за определен тип измерване, които осъществяват сондов контрол. Станциите са проектирани специално, за да изключат външните влияния, собствения си шум и да поддържат „чистотата“ на експеримента. Всички измервания са дадени на ниво пластина/фрагмент, преди да бъде разделено на кристали и пакетирано.

Приложение:

• Измерване на концентрацията на носители на заряд;
• Измерване на повърхностно и обемно съпротивление;
• Анализ на качеството на полупроводникови материали;
• Извършване на параметрични тестове на ниво вафла;
• Поведение на функционалния анализ на ниво пластина;
• Извършване на измервания и мониторинг на електрофизични параметри (виж по-долу) на полупроводникови устройства;
• Контрол на качеството на технологичните процеси.

Радио измервания:

Измерването на радиоизлъчванията, електромагнитната съвместимост, поведението на сигнала на приемо-предавателните устройства и антенно-фидерните системи, както и тяхната устойчивост на смущения, изискват специални външни условияпровеждане на експеримента. RF измерванията изискват отделен подход. Не само характеристиките на приемника и предавателя, но и външната електромагнитна среда (без да се изключва взаимодействието на характеристиките на времето, честотата и мощността, както и местоположението на всички елементи на системата един спрямо друг и дизайна на активния елементи) допринасят за своето влияние.

Приложение:

• Радар и пеленгация;
• Телекомуникации и комуникационни системи;
• Електромагнитна съвместимост и устойчивост на шум;
• Анализ на целостта на сигнала, стандартизация.

Електрофизични измервания:

Измерването на електрическите параметри често взаимодейства тясно с измерването/въздействието на физическите параметри. Електрофизичните измервания се използват за всички устройства, които преобразуват всяко външно въздействие в електрическа енергия и/или обратно. Светодиодите, микроелектромеханичните системи, фотодиодите, сензорите за налягане, поток и температура, както и всички устройства, базирани на тях, изискват качествен и количествен анализ на взаимодействието на физическите и електрическите характеристики на устройствата.

Приложение:

• Измерване на интензитет, дължина на вълната и посока на излъчване, вольтамперни характеристики, светлинен поток и спектър на LED;
• Измерване на чувствителност и шум, вольтамперни характеристики, спектрални и светлинни характеристики на фотодиоди;
• Анализ на чувствителност, линейност, точност, разделителна способност, прагове, обратна реакция, шум, преходен отговор и енергийна ефективност за MEMS задвижващи механизми и сензори;
• Анализ на характеристиките на полупроводникови устройства (като MEMS актуатори и сензори) във вакуум и в камера с високо налягане;
• Анализ на характеристиките на температурните зависимости, критичните токове и влиянието на полетата в свръхпроводниците.

Електрическите измервания включват измервания на физически величини като напрежение, съпротивление, ток и мощност. Измерванията се извършват с помощта на различни средства– измервателни уреди, схеми и специални устройства. Видът на измервателния уред зависи от вида и размера (обхвата на стойностите) на измерваната величина, както и от необходимата точност на измерване. Основните SI единици, използвани при електрически измервания, са волт (V), ом (Ω), фарад (F), хенри (H), ампер (A) и секунди (s).

Електрическо измерванее определянето (чрез експериментални методи) на стойността на физична величина, изразена в подходящи единици.

Стойностите на единиците електрически величини се определят от международно споразумение в съответствие със законите на физиката. Тъй като „поддържането“ на единици електрически величини, определени от международни споразумения, е изпълнено с трудности, те се представят като „практически“ стандарти за единици електрически величини.

Стандартите се поддържат от държавни метрологични лаборатории различни държави. От време на време се провеждат експерименти, за да се изясни съответствието между стойностите на стандартите на единици електрически величини и дефинициите на тези единици. През 1990 г. държавните метрологични лаборатории на индустриализираните страни подписаха споразумение за хармонизиране на всички практически стандарти на единици електрически величини помежду си и с международните дефиниции на единици на тези величини.

Електрическите измервания се извършват в съответствие с държавните стандарти за единици напрежение и постоянен ток, съпротивление на постоянен ток, индуктивност и капацитет. Такива стандарти са устройства, които имат стабилни електрически характеристики, или инсталации, в които въз основа на определено физическо явление се възпроизвежда електрическо количество, изчислено от известните стойности на фундаментални физически константи. Стандартите за ватове и ватчасове не се поддържат, тъй като е по-подходящо да се изчислят стойностите на тези единици, като се използват дефиниращи уравнения, които ги свързват с единици на други величини.

Електрическите измервателни уреди най-често измерват моментни стойности или на електрически величини, или на неелектрически величини, преобразувани в електрически. Всички устройства са разделени на аналогови и цифрови. Първите обикновено показват стойността на измерената величина с помощта на стрелка, движеща се по скала с деления. Последните са оборудвани с цифров дисплей, който показва измерената стойност под формата на число.

Цифровите инструменти са за предпочитане за повечето измервания, тъй като са по-удобни за отчитане и като цяло са по-гъвкави. Цифровите мултиметри („мултиметри“) и цифровите волтметри се използват за измерване на постояннотоково съпротивление, както и на променливотоково напрежение и ток със средна до висока точност.

Аналоговите инструменти постепенно се заменят с цифрови, въпреки че все още се използват там, където ниската цена е важна и не е необходима висока точност. За най-точни измервания на съпротивление и импеданс има измервателни мостове и други специализирани измервателни уреди. За регистриране на хода на промените в измерваната стойност във времето се използват записващи инструменти - лентови записващи устройства и електронни осцилоскопи, аналогови и цифрови.

Измерванията на електрически величини са един от най-често срещаните видове измервания. Благодарение на създаването на електрически устройства, които преобразуват различни неелектрически величини в електрически, методи и средства електроуредисе използват при измерване на почти всички физични величини.

Обхват на приложение на електрически измервателни уреди:

· научни изследванияпо физика, химия, биология и др.;

· технологични процеси в енергетиката, металургията, химическата промишленост и др.;

· транспорт;

· проучване и добив на полезни изкопаеми;

· метеорологична и океанологична работа;

· медицинска диагностика;

· производство и експлоатация на радио и телевизионни устройства, самолети и космически кораби т.н.

Голямо разнообразие от електрически величини, широк диапазон на техните стойности, изисквания висока точностизмерванията, разнообразието от условия и области на приложение на електрически измервателни уреди са довели до разнообразие от методи и средства за електрически измервания.

Измерване на "активни" електрически величини (ток, електрическо напрежениеи т.н.), характеризиращ енергийното състояние на измервателния обект, се основава на прякото въздействие на тези количества върху средствата на чувствителния елемент и като правило се придружава от потреблението на определено количество електрическа енергияот обекта на измерване.

Измерването на „пасивни“ електрически величини (електрическо съпротивление, неговите сложни компоненти, индуктивност, тангенс на диелектричните загуби и т.н.), характеризиращи електрическите свойства на обекта на измерване, изисква захранване на обекта на измерване от външен източник на електрическа енергия и измерване на параметрите на реакцията сигнал.
Методите и средствата за електрически измервания в постоянни и променливи вериги се различават значително. Във веригите с променлив ток те зависят от честотата и естеството на промяната на количествата, както и от това какви характеристики на променливите електрически величини (моментна, ефективна, максимална, средна) се измерват.

За електрически измервания в постоянни вериги най-широко се използват магнитоелектрични измервателни уреди и цифрови измервателни устройства. За електрически измервания във вериги с променлив ток - електромагнитни уреди, електродинамични уреди, индукционни уреди, електростатични уреди, токоизправителни електроизмервателни уреди, осцилоскопи, цифрови уреди за измерване. Някои от изброените инструменти се използват за електрически измервания както в AC, така и в DC вериги.

Стойностите на измерените електрически величини са приблизително в следните граници: сила на тока - от до A, напрежение - от до V, съпротивление - от до Ohm, мощност - от W до десетки GW, честота на променлив ток - от до Hz Диапазоните на измерените стойности на електрическите величини имат непрекъсната тенденция към разширяване. Измерванията при високи и свръхвисоки честоти, измерване на малки токове и големи съпротивления, високи напрежения и характеристики на електрическите величини в мощни електроцентрали се превърнаха в раздели, които разработват специфични методи и средства за електрически измервания.

Разширяването на диапазоните на измерване на електрическите величини е свързано с развитието на технологията за електрически измервателни преобразуватели, по-специално с развитието на технологията за усилване и отслабване на електрически токове и напрежения. Специфичните проблеми на електрическите измервания на свръхмалки и свръхголеми стойности на електрически величини включват борбата с изкривяванията, съпътстващи процесите на усилване и отслабване на електрически сигнали, и разработването на методи за изолиране на полезен сигнал от фона на шума. .

Границите на допустимите грешки в електрическите измервания варират от приблизително единици до %. За сравнително груби измервания се използват директни измервателни уреди. За по-точни измервания се използват методи, които се изпълняват с помощта на мостови и компенсационни електрически вериги.

Използването на електрически измервателни методи за измерване на неелектрически величини се основава или на известната връзка между неелектрическите и електрическите величини, или на използването на измервателни преобразуватели (сензори).

За да се осигури съвместна работа на сензори с вторични измервателни уреди, да се предават електрически изходни сигнали на сензори на разстояние и да се увеличи шумоустойчивостта на предаваните сигнали, се използват различни електрически междинни измервателни преобразуватели, които като правило изпълняват едновременно функциите на усилване (по-рядко затихване) на електрически сигнали, както и нелинейни трансформации с цел компенсиране на нелинейността на сензорите.

На входа на междинни измервателни преобразуватели могат да се подават всякакви електрически сигнали (стойности); като изходни сигнали най-често се използват унифицирани електрически сигнали на постоянен, синусоидален или импулсен ток (напрежение). AC изходните сигнали използват амплитудна, честотна или фазова модулация. Цифровите преобразуватели стават все по-разпространени като междинни измервателни преобразуватели.

Комплексната автоматизация на научните експерименти и технологичните процеси доведе до създаването на сложни средства за измерване на инсталации, измервателни и информационни системи, както и до развитието на телеметричната техника и радиотелемеханиката.

Съвременното развитие на електрическите измервания се характеризира с използването на нови физични ефекти. Например, в момента, за да се създадат високочувствителни и високоточни електрически измервателни инструменти, квантови ефектиДжоузефсън, Хол и др. Постиженията на електрониката са широко въведени в измервателната техника, използва се микроминиатюризацията на измервателните уреди, техният интерфейс с компютърната технология, автоматизацията на процесите на електрически измервания, както и унифицирането на метрологичните и други изисквания към тях.

Планирайте

Въведение

Текущи метри

Измерване на напрежение

Комбинирани устройства на магнитоелектрическата система

Универсални електронни измервателни уреди

Измервателни шънтове

Уреди за измерване на съпротивление

Определяне на земното съпротивление

Магнитен поток

Индукция

Референции

Въведение

Измерването е процес на намиране на стойността на физическа величина експериментално, с помощта на специални технически средства - измервателни уреди.

По този начин измерването е информационен процес за получаване, експериментално, на числена връзка между дадено физическо количество и някои от неговите стойности, взети като единица за сравнение.

Резултатът от измерването е наименувано число, намерено чрез измерване на физическа величина. Една от основните задачи на измерването е да се оцени степента на приближение или разлика между истинската и реални стойностиизмерена физична величина – грешка при измерване.

Основните параметри на електрическите вериги са: ток, напрежение, съпротивление, мощност на тока. За измерване на тези параметри се използват електрически измервателни уреди.

Измерването на параметрите на електрическите вериги се извършва по два начина: първият е директен метод на измерване, вторият е индиректен метод на измерване.

Методът на директно измерване включва получаване на резултата директно от опит. Непряко измерване е измерване, при което желаното количество се намира въз основа на известна връзка между това количество и количеството, получено в резултат на директно измерване.

Електрическите измервателни уреди са клас устройства, използвани за измерване на различни електрически величини. Към групата на електроизмервателните уреди се отнасят освен самите измервателни уреди и други измервателни уреди - габарити, преобразуватели, сложни инсталации.

Електрическите измервателни уреди се класифицират, както следва: според измерваната и възпроизводима физична величина (амперметър, волтметър, омметър, честотомер и др.); по предназначение (измервателни уреди, мерки, измервателни преобразуватели, измервателни инсталациии системи, спомагателни устройства); чрез метода на предоставяне на резултатите от измерването (показване и запис); по метод на измерване (устройства за пряка оценка и устройства за сравнение); по начин на приложение и дизайн (панел, преносим и стационарен); според принципа на действие (електромеханични - магнитоелектрични, електромагнитни, електродинамични, електростатични, феродинамични, индукционни, магнитодинамични; електронни; термоелектрични; електрохимични).

В това есе ще се опитам да говоря за устройството, принципа на работа, да дам описание и кратко описаниеелектроизмервателни уреди от електромеханичен клас.

Текущо измерване

Амперметърът е уред за измерване на силата на тока в ампери (фиг. 1). Скалата на амперметрите се калибрира в микроампери, милиампери, ампери или килоампери в съответствие с границите на измерване на устройството. В електрическа верига амперметърът е свързан последователно с участъка от електрическата верига (фиг. 2), в който се измерва токът; за увеличаване на границата на измерване - с шунт или чрез трансформатор.

Най-често срещаните амперметри са тези, при които подвижната част на уреда със стрелката се завърта на ъгъл, пропорционален на големината на измервания ток.

Амперметрите са магнитоелектрични, електромагнитни, електродинамични, термични, индукционни, детекторни, термоелектрични и фотоелектрични.

Магнитоелектричните амперметри измерват постоянен ток; индукция и детектор - променлив ток; амперметрите на други системи измерват силата на всеки ток. Най-точни и чувствителни са магнитоелектричните и електродинамичните амперметри.

Принципът на действие на магнитоелектрическото устройство се основава на създаването на въртящ момент поради взаимодействието между полето на постоянен магнит и тока, който преминава през намотката на рамката. Към рамката е свързана стрелка, която се движи по скалата. Ъгълът на завъртане на стрелката е пропорционален на силата на тока.

Електродинамичните амперметри се състоят от неподвижни и подвижни намотки, свързани паралелно или последователно. Взаимодействието между токовете, които преминават през намотките, причинява отклонения на движещата се намотка и свързаната с нея стрелка. В електрическа верига амперметърът е свързан последователно с товара и когато високо напрежениеили големи токове - през трансформатор.

Техническите данни на някои видове битови амперметри, милиамперметри, микроамперметри, магнитоелектрически, електромагнитни, електродинамични и термични системи са дадени в таблица 1.

Таблица 1. Амперметри, милиамперметри, микроамперметри

Измерване на напрежение

Волтметър - измервателно устройство за директно отчитане за определяне на напрежение или EMF в електрически вериги (фиг. 3). Свързан паралелно към товара или източника на електрическа енергия (фиг. 4).

Според принципа на действие волтметрите се разделят на: електромеханични - магнитоелектрични, електромагнитни, електродинамични, електростатични, токоизправителни, термоелектрични; електронни - аналогови и цифрови. По предназначение: прав ток; AC; пулс; фазово чувствителен; селективен; универсален. По дизайн и начин на приложение: панел; преносим; стационарен. Техническите данни на някои домашни волтметри, миливолтметри на магнитоелектрически, електродинамични, електромагнитни и термични системи са представени в таблица 2.

Таблица 2. Волтметри и миливолтметри

За измервания във вериги с постоянен ток се използват комбинирани инструменти на магнитоелектрическата система, ампер-волтметри. Техническите данни за някои видове устройства са дадени в таблица 3.

Таблица 3. Комбинирани устройства на магнитоелектрическата система.

Технически данни за комбинирани уреди - амперволтметри и амперволтметри за измерване на напрежение и ток, както и мощност във вериги за променлив ток.

Комбинираните преносими уреди за измерване на вериги с постоянен и променлив ток осигуряват измерване на постоянен и променлив ток и съпротивления, а някои осигуряват и капацитет на елементи в много широк диапазон, компактни са и имат автономно захранване, което гарантира тяхната широко приложение. Класът на точност на този тип DC устройство е 2,5; на променлива – 4.0.

Универсални електронни измервателни уреди

ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ИЗМЕРВАНИЯ
измерване на електрически величини като напрежение, съпротивление, ток, мощност. Измерванията се извършват с помощта на различни средства - измервателни уреди, схеми и специални устройства. Видът на измервателния уред зависи от вида и размера (обхвата на стойностите) на измерваната величина, както и от необходимата точност на измерване. Основните SI единици, използвани при електрически измервания, са волт (V), ом (Ω), фарад (F), хенри (H), ампер (A) и секунди (s).
СТАНДАРТИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ВЕЛИЧИНИ
Електрическото измерване е определянето (чрез експериментални методи) на стойността на физическа величина, изразена в подходящи единици (например 3 A, 4 V). Стойностите на единиците електрически величини се определят от международно споразумение в съответствие със законите на физиката и единиците на механичните величини. Тъй като „поддържането“ на единици електрически величини, определени от международни споразумения, е изпълнено с трудности, те се представят като „практически“ стандарти на единици електрически величини. Такива стандарти се поддържат от държавни метрологични лаборатории в различни страни. Например в Съединените щати Националният институт за стандарти и технологии носи правната отговорност за поддържането на стандарти за единици електрически величини. От време на време се провеждат експерименти, за да се изясни съответствието между стойностите на стандартите на единици електрически величини и дефинициите на тези единици. През 1990 г. държавните метрологични лаборатории на индустриализираните страни подписаха споразумение за хармонизиране на всички практически стандарти на единици електрически величини помежду си и с международните дефиниции на единици на тези величини. Електрическите измервания се извършват в съответствие с държавните стандарти за единици напрежение и постоянен ток, съпротивление на постоянен ток, индуктивност и капацитет. Такива стандарти са устройства, които имат стабилни електрически характеристики, или инсталации, в които въз основа на определено физическо явление се възпроизвежда електрическо количество, изчислено от известните стойности на фундаментални физически константи. Стандартите за ватове и ватчасове не се поддържат, тъй като е по-подходящо да се изчислят стойностите на тези единици, като се използват дефиниращи уравнения, които ги свързват с единици на други величини. Вижте същоМЕРИЛНИ ЕДИНИЦИ НА ФИЗИЧНИ ВЕЛИЧИНИ.
ИЗМЕРВАТЕЛИ
Електрическите измервателни уреди най-често измерват моментни стойности или на електрически величини, или на неелектрически величини, преобразувани в електрически. Всички устройства са разделени на аналогови и цифрови. Първите обикновено показват стойността на измерената величина с помощта на стрелка, движеща се по скала с деления. Последните са оборудвани с цифров дисплей, който показва измерената стойност под формата на число. Цифровите инструменти са за предпочитане за повечето измервания, защото са по-точни, по-лесни за отчитане и като цяло са по-гъвкави. Цифровите мултиметри („мултиметри“) и цифровите волтметри се използват за измерване на постояннотоково съпротивление, както и на променливотоково напрежение и ток със средна до висока точност. Аналоговите инструменти постепенно се заменят с цифрови, въпреки че все още се използват там, където ниската цена е важна и не е необходима висока точност. За най-точни измервания на съпротивление и импеданс има измервателни мостове и други специализирани измервателни уреди. За регистриране на хода на промените в измерваната стойност във времето се използват записващи инструменти - лентови записващи устройства и електронни осцилоскопи, аналогови и цифрови.
ЦИФРОВИ ИНСТРУМЕНТИ
Във всички цифрови измервателни уреди(с изключение на най-простите) усилватели и други електронни компоненти се използват за преобразуване на входния сигнал в сигнал на напрежение, който след това се преобразува в цифрова форма от аналогово-цифров преобразувател (ADC). Число, изразяващо измерената стойност, се показва на светодиоден (LED), вакуумен флуоресцентен или течнокристален (LCD) индикатор (дисплей). Устройството обикновено работи под управлението на вграден микропроцесор, а в простите устройства микропроцесорът е комбиниран с ADC на една интегрална схема. Цифровите устройства са много подходящи за работа, когато са свързани към външен компютър. При някои видове измервания такъв компютър превключва измервателните функции на устройството и дава команди за пренос на данни за тяхната обработка.
Аналогово-цифрови преобразуватели.Има три основни типа ADC: интегриращи, последователни приближения и паралелни. Интегриращ ADC осреднява входния сигнал във времето. От трите изброени типа този е най-точният, макар и най-бавният. Времето за преобразуване на интегриращия ADC варира от 0,001 до 50 s или повече, грешката е 0,1-0,0003%. Грешката на ADC с последователно приближение е малко по-голяма (0,4-0,002%), но времето за преобразуване е от ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ИЗМЕРВАНИЯ 10 μs до ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ИЗМЕРВАНИЯ 1 ms. Паралелните ADC са най-бързи, но и най-малко точни: тяхното време за преобразуване е около 0,25 ns, грешката е от 0,4 до 2%.
Методи за дискретизация.Сигналът се пробва във времето чрез бързото му измерване в отделни точки от времето и задържането (запазването) на измерените стойности, докато се преобразуват в цифрова форма. Последователността от получени дискретни стойности може да се изведе на дисплея под формата на вълна; като повдигнете тези стойности на квадрат и сумирате, можете да изчислите средната квадратна стойност на сигнала; те могат също така да се използват за изчисляване на времето на нарастване, максималната стойност, средното време, честотния спектър и т.н. Вземането на проби от време може да бъде направено или за период от един сигнал („реално време“), или (с последователно или произволно вземане на проби) за няколко повтарящи се периоди.
Цифрови волтметри и мултиметри.Цифровите волтметри и мултиметри измерват квазистатична стойност на величина и я показват в цифрова форма. Волтметрите директно измерват само напрежение, обикновено DC, докато мултиметрите могат да измерват DC и AC напрежение, ток, DC съпротивление и понякога температура. Тези най-често срещани тестови инструменти с общо предназначение, с точност на измерване, варираща от 0,2 до 0,001%, могат да имат 3,5 или 4,5-цифрен цифров дисплей. Знакът "полуцяло число" (цифра) е конвенция, която показва, че дисплеят може да показва числа над номиналния брой знаци. Например, 3,5-цифрен (3,5-цифрен) дисплей в диапазона 1-2V може да показва напрежения до 1,999V.
Измерватели на импеданс.Това са специализирани инструменти, които измерват и показват капацитета на кондензатор, съпротивлението на резистор, индуктивността на индуктор или общото съпротивление (импеданс) на връзката на кондензатор или индуктор към резистор. Предлагат се инструменти от този тип за измерване на капацитет от 0,00001 pF до 99,999 µF, съпротивление от 0,00001 ома до 99,999 kohm и индуктивност от 0,0001 mH до 99,999 H. Измерванията могат да се правят при честоти от 5 Hz до 100 MHz, въпреки че едно устройство го прави не покрива целия честотен диапазон. При честоти, близки до 1 kHz, грешката може да бъде толкова малка, колкото 0,02%, но точността намалява близо до границите на честотните диапазони и измерените стойности. Повечето инструменти могат също така да показват производни стойности, като качествен фактор на намотка или коефициент на загуба на кондензатор, изчислени от основните измерени стойности.
АНАЛОГОВИ УСТРОЙСТВА
За измерване на напрежение, ток и съпротивление при постоянен ток се използват аналогови магнитоелектрически устройства с постоянен магнит и многооборотна подвижна част. Такива устройства от тип стрелка се характеризират с грешка от 0,5 до 5%. Те са прости и евтини (например автомобилни инструменти, показващи ток и температура), но не се използват там, където се изисква значителна точност.
Магнитоелектрически устройства.Такива устройства използват силата на взаимодействие магнитно полес ток в завоите на намотката на движещата се част, стремящи се да завъртят последната. Моментът на тази сила се балансира от момента, създаден от противоположната пружина, така че всяка текуща стойност съответства на определена позиция на стрелката на скалата. Подвижната част има формата на многооборотна телена рамка с размери от 3-5 до 25-35 mm и е максимално олекотена. Движещата се част, монтирана на каменни лагери или окачена на метална лента, се поставя между полюсите на силен постоянен магнит. Две спирални пружини, които балансират въртящия момент, служат и като проводници за навиването на движещата се част. Магнитоелектрическото устройство реагира на тока, преминаващ през намотката на неговата движеща се част, и следователно е амперметър или по-точно милиамперметър (тъй като горната граница на обхвата на измерване не надвишава приблизително 50 mA). Може да се адаптира за измерване на по-големи токове чрез свързване на шунтиращ резистор с ниско съпротивление успоредно на намотката на движещата се част, така че само малка част от общия измерван ток да се разклонява в намотката на подвижната част. Такова устройство е подходящо за токове, измерени в много хиляди ампера. Ако свържете допълнителен резистор последователно с намотката, устройството ще се превърне в волтметър. Спадът на напрежението при такава последователна връзка е равен на произведението на съпротивлението на резистора и тока, показан от устройството, така че неговата скала може да бъде калибрирана във волтове. За да направите омметър от магнитоелектрически милиамперметър, трябва да свържете серийно измерени резистори към него и да приложите серийна връзкапостоянно напрежение, например от батерия. Токът в такава верига няма да бъде пропорционален на съпротивлението и следователно е необходима специална скала за коригиране на нелинейността. Тогава ще бъде възможно директно да се отчете съпротивлението на скалата, макар и не с много висока точност.
Галванометри.Магнитоелектричните устройства също включват галванометри - високочувствителни инструменти за измерване на изключително малки токове. Галванометрите нямат лагери, подвижната им част е окачена на тънка лента или резба, използва се по-силно магнитно поле, а стрелката е заменена с огледало, залепено към нишката на окачването (фиг. 1). Огледалото се върти заедно с движещата се част, а ъгълът на неговото въртене се определя от изместването на светлинното петно, което хвърля върху скала, монтирана на разстояние около 1 m. Най-чувствителните галванометри могат да дадат отклонение на скалата 1 mm с промяна на тока от само 0,00001 μA.

ЗАПИСВАЩИ УСТРОЙСТВА
Записващите уреди записват „историята“ на промените в стойността на измерваната величина. Най-често срещаните типове такива инструменти включват лентови записващи устройства, които записват крива на промяна на стойността с писалка върху диаграмна хартиена лента, аналогови електронни осцилоскопи, които показват кривата на процеса на екрана на катодна лъчева тръба, и цифрови осцилоскопи, които съхраняват единични или рядко повтарящи се сигнали. Основната разлика между тези устройства е скоростта на запис. Лентовите записващи устройства с техните движещи се механични части са най-подходящи за запис на сигнали, които се променят за секунди, минути или дори по-бавно. Електронните осцилоскопи са в състояние да записват сигнали, които се променят във времето от милионни части от секундата до няколко секунди.
ИЗМЕРВАЩИ МОСТОВЕ
Измервателният мост обикновено е четирираменен електрическа верига, съставен от резистори, кондензатори и индуктори, предназначени да определят съотношението на параметрите на тези компоненти. Източник на захранване е свързан към една двойка противоположни полюси на веригата, а нулев детектор е свързан към другата. Измервателните мостове се използват само в случаите, когато се изисква най-висока точност на измерване. (За измервания със средна точност е по-добре да използвате цифрови инструменти, тъй като те са по-лесни за работа.) Най-добрите измервателни мостове за AC трансформатори имат грешка (измерване на съотношението) от порядъка на 0,0000001%. Най-простият мост за измерване на съпротивление е кръстен на своя изобретател Чарлз Уитстоун.
Двоен DC измервателен мост.Трудно е да се свържат медни проводници към резистор, без да се въведе контактно съпротивление от порядъка на 0,0001 ома или повече. В случай на съпротивление от 1 Ohm, такъв токов проводник въвежда грешка от порядъка на само 0,01%, но за съпротивление от 0,001 Ohm грешката ще бъде 10%. Двоен измервателен мост (мост на Томсън), чиято диаграма е показана на фиг. 2, е предназначен за измерване на съпротивлението на еталонни резистори с малка стойност. Съпротивлението на такива четириполюсни еталонни резистори се определя като съотношението на напрежението на техните потенциални клеми (p1, p2 на резистора Rs и p3, p4 на резистора Rx на фиг. 2) към тока през техните токови клеми (c1, c2 и c3, c4). С тази техника съпротивлението на свързващите проводници не въвежда грешки в резултата от измерването на желаното съпротивление. Две допълнителни рамена m и n елиминират влиянието на свързващия проводник 1 между клеми c2 и c3. Съпротивленията m и n на тези рамена са избрани така, че да е изпълнено равенството M/m = N/n. След това, чрез промяна на съпротивлението Rs, дисбалансът се намалява до нула и се установява Rx = Rs(N /M).

AC измервателни мостове.Най-често срещаните AC измервателни мостове са проектирани да измерват или при честота на линията 50-60 Hz, или при аудио честоти (обикновено около 1000 Hz); специализирани измервателни мостове работят на честоти до 100 MHz. По правило при AC измервателните мостове вместо две рамена, които прецизно задават съотношението на напрежението, се използва трансформатор. Изключение от това правило е измервателният мост Maxwell-Wien.
Измервателен мост Максуел - Виена.Такъв измервателен мост прави възможно сравняването на еталони за индуктивност (L) с еталони за капацитет при работна честота, която не е точно известна. Капацитетните стандарти се използват при измервания с висока точност, защото са по-опростени като дизайн от прецизните стандарти за индуктивност, по-компактни, по-лесни за екраниране и практически не създават външни електромагнитни полета. Условията на равновесие на този измервателен мост са както следва: Lx = R2R3C1 и Rx = (R2R3) / R1 (фиг. 3). Мостът е балансиран дори в случай на „нечисто“ захранване (т.е. източник на сигнал, съдържащ хармоници на основната честота), ако стойността на Lx не зависи от честотата.

където T е периодът на сигнала Y(t). Максималната стойност Ymax е най-голямата моментна стойност на сигнала, а средната абсолютна стойност YAA е абсолютната стойност, осреднена във времето. Със синусоидална форма на трептене, Yeff = 0,707Ymax и YAA = 0,637Ymax.
Измерване на AC напрежение и ток.Почти всички измервателни уреди за AC напрежение и ток показват стойност, която се предлага да се счита за ефективна стойност на входния сигнал. Евтините инструменти обаче често всъщност измерват средната абсолютна стойност или максимална стойностсигнал и скалата се калибрира така, че показанието да съответства на еквивалентната ефективна стойност, като се приеме, че входният сигнал е синусоидален. Не трябва да се пренебрегва, че точността на такива устройства е изключително ниска, ако сигналът е несинусоидален. Инструментите, способни да измерват истинската средноквадратична стойност на променливотоковите сигнали, могат да се основават на един от трите принципа: електронно умножение, вземане на проби от сигнала или термично преобразуване. Устройствата, базирани на първите два принципа, като правило реагират на напрежение, а термичните електрически измервателни уреди - на ток. При използване на допълнителни и шунтови резистори всички устройства могат да измерват както ток, така и напрежение.
Електронно умножение.Извършва се повдигане на квадрат и осредняване във времето на входния сигнал до някакво приближение електронни схемис усилватели и нелинейни елементи за извършване на такива математически операции, като намиране на логаритъм и антилогаритъм на аналогови сигнали. Устройствата от този тип могат да имат грешка от порядъка на само 0,009%.
Вземане на проби от сигнала. AC сигналът се преобразува в цифрова форма с помощта на високоскоростен ADC. Стойностите на пробния сигнал се повдигат на квадрат, сумират се и се разделят на броя на пробните стойности в един период на сигнала. Грешката на такива устройства е 0,01-0,1%.
Термоелектрически измервателни уреди.Най-високата точност на измерване на ефективните стойности на напрежението и тока се осигурява от термични електрически измервателни уреди. Използват термотоков преобразувател под формата на малък вакумиран стъклен контейнер с нагревателна жица (0,5-1 см дължина), към средната част на която с мъничко перло е прикрепена термодвойка горещ възел. Перлата осигурява топлинен контакт и в същото време електрическа изолация. С повишаване на температурата, пряко свързано с ефективната стойност на тока в нагревателния проводник, на изхода на термодвойката се появява термо-ЕМП (напрежение на постоянен ток). Такива преобразуватели са подходящи за измерване на променлив ток с честота от 20 Hz до 10 MHz. На фиг. 5 показани електрическа схематермично електроизмервателно устройство с два преобразувателя на термичен ток, избрани по параметри. Когато на входа на веригата се приложи напрежение на променлив ток Vac, на изхода на термодвойката на преобразувателя TC1 се появява напрежение на постоянен ток, усилвателят A създава постоянен ток в нагревателния проводник на преобразувателя TC2, при което термодвойката на последния произвежда същото напрежение на постоянен ток, а конвенционално устройство за постоянен ток измерва изходния ток.

Ако времето (t1 - t2) се измерва в секунди, напрежението e - във волтове, а токът i - в ампери, тогава енергията W ще бъде изразена във ват-секунди, т.е. джаули (1 J = 1 Wh). Ако времето се измерва в часове, тогава енергията се измерва във ватчасове. На практика е по-удобно да изразите електроенергията в киловатчаса (1 kW*h = 1000 Wh).
Времемерни електромери.Електромерите със споделяне на времето използват много уникален, но точен метод за измерване на електрическата мощност. Това устройство има два канала. Единият канал е електронен превключвател, който пропуска или не пропуска входния сигнал Y (или обратния -Y входен сигнал) към нискочестотния филтър. Състоянието на ключа се контролира от изходния сигнал на втория канал, като съотношението на интервалите от време "затворен"/"отворен" е пропорционално на неговия входен сигнал. Средният сигнал на изхода на филтъра е равен на средното време на произведението на двата входни сигнала. Ако един входен сигнал е пропорционален на напрежението на товара, а другият е пропорционален на тока на товара, тогава изходното напрежение е пропорционално на мощността, консумирана от товара. Грешката на такива индустриални броячи е 0,02% при честоти до 3 kHz (лабораторните са само около 0,0001% при 60 Hz). Като високопрецизни инструменти, те се използват като стандартни броячи за проверка на работещи измервателни уреди.
Вземане на проби от ватметри и електромери.Такива устройства се основават на принципа на цифров волтметър, но имат два входни канала, които паралелно вземат проби от сигнали за ток и напрежение. Всяка примерна стойност e(k), представляваща моментните стойности на сигнала за напрежение в момента на вземане на проби, се умножава по съответната стойност на извадката i(k) на текущия сигнал, получен по същото време. Средното време на такива продукти е мощността във ватове:

Суматор, който натрупва продуктите на дискретни стойности във времето, дава общото електричество във ватчасове. Грешката на електромерите може да бъде само 0,01%.
Индукционни електромери.Индукционният измервателен уред не е нищо повече от променливотоков електродвигател с ниска мощност с две намотки - намотка за ток и намотка за напрежение. Проводящ диск, поставен между намотките, се върти под въздействието на въртящ момент, пропорционален на консумираната мощност. Този въртящ момент се балансира от токове, индуцирани в диска от постоянен магнит, така че скоростта на въртене на диска е пропорционална на консумацията на енергия. Броят на оборотите на диска за дадено време е пропорционален на общата електроенергия, получена от потребителя през това време. Броят на оборотите на диска се отчита от механичен брояч, който показва електричеството в киловатчаса. Устройствата от този тип се използват широко като домакински електромери. Тяхната грешка обикновено е 0,5%; имат дълъг експлоатационен живот при всякакви допустими ниваток
- измерване на електрически величини: електрическо напрежение, електрическо съпротивление, ток, честота и фаза на променлив ток, мощност на тока, електрическа енергия, електрически заряд, индуктивност, електрически капацитет и др.... ... Велика съветска енциклопедия

електрически измервания- - [В.А.Семенов. Англо-руски речник за релейна защита] Теми релейна защита EN електрически измервания измерване на електроенергия ... Ръководство за технически преводач

Е. измервателни уреди са инструменти и устройства, използвани за измерване на Е., както и магнитни величини. Повечето измервания се свеждат до определяне на тока, напрежението (потенциалната разлика) и количеството електричество.… … Енциклопедичен речник F.A. Брокхаус и И.А. Ефрон - съвкупност от свързани по определен начин елементи и устройства, образуващи път за преминаване електрически ток. Теорията на електрическите вериги е раздел от теоретичното електроинженерство, който се занимава с математически методи за изчисляване на електрически... ... Енциклопедия на Collier

аеродинамични измервания Енциклопедия "Авиация"

аеродинамични измервания- Ориз. 1. аеродинамични измервания процесът на емпирично намиране на стойностите на физическите величини в аеродинамичен експеримент с помощта на подходящи технически средства. Има 2 вида I.A.: статичен и динамичен. В…… Енциклопедия "Авиация"

Електрически - 4. Електрически кодовепроектиране на мрежи за радиоразпръскване. М., Связиздат, 1961. 80 с.