При изучаване на 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 като единица.

Тази статия разглежда най-важната класификация на измерванията за. Тази класификация може да включва класификацията на измерванията от методологическа гледна точка, т.е. в зависимост от общите методи за получаване на резултати от измерване (видове или класове измервания), класификацията на измерванията в зависимост от използването на принципи и измервателни уреди (методи за измерване ) и класификацията на измерванията в зависимост от динамиката на измерените стойности.

Видове електрически измервания

В зависимост от общите методи за получаване на резултата, измерванията са разделени на следните видове: директни, непреки и съвместни.

За директни измерваниявключват тези, чийто резултат се получава директно от експериментални данни. Директното измерване може да бъде условно изразено с формулата Y = X, където Y е необходимата стойност на измерената стойност; X е стойността, получена директно от експерименталните данни. Този тип измерване включва измервания на различни физически величини с помощта на инструменти, калибрирани в установени единици.

Например измерване на силата на тока с амперметър, температура с термометър и др. Този тип измерване включва и измервания, при които желаната стойност на дадена величина се определя чрез директно сравнение с мярка. Използваните средства и простотата (или сложността) на експеримента не се вземат предвид при определяне на измерване на права линия.

Непряко измерване се нарича такова измерване, при което желаната стойност на дадена величина се намира на базата на известна връзка между тази величина и количествата, подложени на директни измервания. При косвени измервания числовата стойност на измерената величина се определя чрез изчисляване по формулата Y = F (Xl, X2 ... Xn), където Y е желаната стойност на измерваната величина; X1, X2, Xn - измерени стойности. Като пример за индиректни измервания може да се посочи измерването на мощността в DC вериги с амперметър и волтметър.

Измервания на ставитесе наричат ​​тези, при които търсените стойности на различни величини се определят чрез решаване на система от уравнения, свързващи стойностите на търсените величини с директно измерени величини. Като пример за съвместни измервания можем да цитираме определението на коефициентите във формулата, свързваща съпротивлението на резистора 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 директна оценка и методи за сравнение.

Същността метод на директна оценкасе състои в това, че стойността на измерената величина се преценява по индикацията на един (преки измервания) или няколко (непреки измервания) инструмента, предварително калибрирани в единици от измерената величина или в единици от други величини, на които се измерва количеството зависи.

Най-простият пример за метод за директна оценка е измерването на произволна величина с едно устройство, чиято скала е градуирана в съответните единици.

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

Методите за сравнение са разделени на следните: нулеви, диференциални, заместващи и съвпадение.

Нулевият метод е метод за сравняване на измерена величина с мярка, при който полученият ефект от влиянието на величините върху индикатор се свежда до нула. По този начин, когато се достигне равновесие, определено явление изчезва, например токът в участъка на веригата или напрежението върху него, което може да бъде регистрирано с помощта на устройства, служещи за тази цел - нулеви индикатори. Поради високата чувствителност на нулевите индикатори, както и поради това, че измерванията могат да се извършват с голяма прецизност, се получава и висока точност на измерване.

Пример за прилагане на нулевия метод би било измерването на електрическото съпротивление чрез мост с пълно уравновесяване.

В диференциален метод, както и при нула, измерената стойност се сравнява пряко или индиректно с мярка, а стойността на измерената стойност в резултат на сравнението се оценява по разликата между ефектите, едновременно произведени от тези стойности и от известните стойност, възпроизведена от мярката. Така при диференциалния метод се получава непълно балансиране на измерената стойност и това е разликата между диференциалния метод и нулата.

Диференциалният метод съчетава част от характеристиките на метода на директна оценка и част от характеристиките на нулевия метод. Може да даде много точен резултат от измерването, само ако измерената стойност и мярката се различават малко една от друга.

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

Метод на заместванесе състои в последователно измерване на желаната стойност с устройство и измерване със същото устройство на мярка, която възпроизвежда стойност, която е хомогенна с измерената стойност. Желаната стойност може да бъде изчислена от резултатите от две измервания. Поради факта, че и двете измервания се извършват от едно и също устройство при едни и същи външни условия, а желаната стойност се определя от съотношението на показанията на устройството, грешката на резултата от измерването е значително намалена. Тъй като грешката на инструмента обикновено не е еднаква в различни точки на скалата, най-голяма точност на измерване се получава при едни и същи показания на инструмента.

Пример за прилагане на метода на заместване може да бъде измерването на относително голям чрез последователно измерване на тока, протичащ през управлявания и примерния резистор. Захранването на веригата по време на измерванията трябва да бъде направено от същия източник на ток. Съпротивлението на източника на ток и устройството, което измерва тока, трябва да бъде много малко в сравнение с променливите и примерни съпротивления.

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

Пример би било измерването на дължината. При електрическите измервания пример е измерването на скоростта на тялото със стробоскоп.

Ние също ще посочим класификация на измерванията въз основа на промяната във времето на измерената стойност... В зависимост от това дали измерената стойност се променя с течение на времето или остава непроменена по време на процеса на измерване, се прави разлика между статични и динамични измервания. Измерванията на постоянни или стационарни стойности се наричат ​​статични. Те включват измервания на ефективните и амплитудните 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 измерената величина, такива измервания се наричат ​​непрекъснати.

Възможно е да се измери всяка величина, като се измерват нейните стойности в някои 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 при проектирането и производството на електронни продукти. За да се контролира качеството на произведените устройства, е необходим поетапен контрол на техните параметри. Правилното определяне на функционалността на бъдещия контролно-измерителен комплекс изисква дефиниране на видовете електрически контроли: промишлени или лабораторни, цялостни или селективни, статистически или единични, абсолютни или относителни и т.н.

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

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

При производството на печатни платки и електронни възли (областта на инструменталния цикъл) е необходимо да се извършва входящ контрол на качеството на суровините и компонентите, електрически контрол на качеството на метализацията на готовите печатни платки и контрол на работните параметри на сглобени електронни възли. За решаването на тези проблеми в съвременното производство успешно се използват електрически системи за управление от адаптер, както и системи с "летящи" сонди.

Производството на компоненти в пакет (пакетиран производствен цикъл), от своя страна, ще изисква входен параметричен контрол на отделните кристали и пакети, последващ междуоперативен контрол след заваряване на кристалните проводници или монтирането им и накрая, параметричен и функционален контрол на крайния продукт.

За производството на полупроводникови компоненти и интегрални схеми (производство на кристали) ще е необходим по-подробен контрол на електрическите 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, а след отлагането на метализационните слоеве, да се провери качеството на нейното изпълнение и електрически Имоти. След получаване на структурата върху плочата е необходимо да се извърши параметричен и функционален контрол, измерване на статични и динамични характеристики, да се контролира целостта на сигнала, да се анализират свойствата на конструкцията и да се проверят работните характеристики.

Параметрични измервания:

Параметричният анализ включва набор от методи за измерване и контрол на надеждността на параметрите на напрежението, тока и мощността, без да се контролира функционалността на устройството. Измерването на електрически параметри включва прилагане на електрически стимул към измерваното устройство (DUT) и измерване на реакцията на DUT. Параметричните измервания се извършват при постоянен ток (стандартни DC измервания на характеристиките на токово-волтово (CVC), измерване на силови вериги и др.), при ниски честоти (многочестотни измервания на характеристиките на токово-волтово (CVC), комплексен импеданс и измервания на имитанса, анализ на материала и др.) .), импулсни измервания (импулсни I - V характеристики, отстраняване на грешки на времето за реакция и др.). За решаване на проблемите на параметричните измервания се използва голям брой специализирано тестово оборудване: генератори с произволна форма на вълни, захранвания (DC и AC), източници-метри, амперметри, волтметри, мултиметри, LCR и импедансометри, параметрични анализатори и криви , и много други, както и голям брой аксесоари, консумативи и принадлежности.

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 имиманс;
• Измерване на I - V характеристики в квазистатичен и импулсен режими;
• Измерване на CV характеристики в квазистатични и многочестотни режими;
• Характеризиране на полупроводникови компоненти;
• Анализ на неуспехите.

Функционални измервания:

Функционалният анализ включва набор от техники за измерване и наблюдение на характеристиките на устройството при извършване на основни операции. Тези техники ви позволяват да изградите модел (физически, компактен или поведенчески) на устройството, въз основа на данните, получени по време на измерването. Анализът на получените данни ви позволява да контролирате стабилността на характеристиките на произвежданите устройства, да ги изследвате и разработвате нови, да отстранявате грешки в технологичните процеси и да коригирате топологията. За решаване на проблеми с функционално измерване се използва голям брой специализирано оборудване за тестване: осцилоскопи, мрежови анализатори, честотомери, шумомери, електромери, спектрални анализатори, детектори и много други, както и голям брой аксесоари, аксесоари и приспособления .

Приложение:

• Измерване на слаби сигнали: параметри на предаване и отразяване на сигнали, управление на манипулацията;
• Измерване на силни сигнали: компресия на усилване, измерване на натоварване-издърпване и др.;
• Генериране и преобразуване на честота;
• Анализ на формата на вълната във времевия и честотен домейни;
• Измерване на шумовата фигура и анализ на параметрите на шума;
• Проверка на чистотата на сигнала и анализ на интермодулационните изкривявания;
• Анализ на целостта на сигнала, стандартизация;

Измервания на сондата:

Измерванията на сондата трябва да се отделят отделно. Активното развитие на микро- и наноелектрониката доведе до необходимостта от точни и надеждни измервания на пластината, които са възможни само при внедряване на висококачествен, стабилен и надежден контакт, който не разрушава DUT. Решаването на тези проблеми се постига чрез използване на сондови станции, специално проектирани за определен тип измерване, осъществяващи контрол на сондата. Станциите са специално проектирани да изключват външни влияния, собствени шумове и да запазят „чистотата” на експеримента. Всички измервания са дадени на ниво вафла / парче, преди да се разделят на кристали и опаковка.

Приложение:

• Измерване на концентрацията на носители на заряд;
• Измерване на повърхностно и обемно съпротивление;
• Анализ на качеството на полупроводниковите материали;
• Параметричен контрол на ниво плоча;
• Поведение на функционален анализ на ниво плоча;
• Измервания и контрол на електрофизични параметри (виж по-долу) на полупроводникови устройства;
• Контрол на качеството на технологичните процеси.

Радио измервания:

Измерването на радиоемисиите, електромагнитната съвместимост, поведението на сигнала на приемо-предавателните устройства и антенно-фидерните системи, както и тяхната устойчивост на шум изискват специални външни условия за експеримента. RF измерванията изискват отделен подход. Не само характеристиките на приемника и предавателя, но и външната електромагнитна среда (като не се изключва взаимодействието на характеристиките на времето, честотата и мощността, и в допълнение, местоположението на всички елементи на системата един спрямо друг и дизайна на активни елементи) оказват своето влияние.

Приложение:

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

Електрофизични измервания:

Измерването на електрически параметри често взаимодейства тясно с измерването / действието на физическите параметри. Електрофизичните измервания се използват за всички устройства, които преобразуват всяко външно въздействие в електрическа енергия и/или обратно. Светодиодите, микроелектромеханичните системи, фотодиоди, сензори 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 интензитета, дължините на вълната и насочеността на лъчението, CVC, светлинния поток и LED спектъра;
• Измерване на чувствителност и шум, CVC, спектрални и светлинни характеристики на фотодиоди;
• Анализ на чувствителност, линейност, точност, разделителна способност, прагове, люфт, шум, преходна реакция и енергийна ефективност за MEMS задвижващи механизми и сензори;
• Анализ на характеристиките на полупроводникови устройства (като MEMS задвижващи механизми 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 такива физически величини като напрежение, съпротивление, ток, мощност. Измерванията се извършват с помощта на различни средства - измервателни уреди, схеми и специални устройства. Видът на измервателното устройство зависи от вида и размера (диапазон от стойности) на измерената стойност, както и от необходимата точност на измерване. При електрическите измервания се използват основните единици на системата SI: волт (V), ом (ом), фарад (F), хенри (G), ампер (A) и секунда (s).

Електрическо измерване- това е намиране (чрез експериментални методи) на стойността на физическа величина, изразена в съответните единици.

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

Стандартите се поддържат от държавни метрологични лаборатории в различни страни. От време на време се провеждат експерименти за изясняване на съответствието между стойностите на стандартите за 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 за единици електрически величини помежду си и с международните дефиниции на единиците на тези величини.

Електрическите измервания се извършват в съответствие с националните стандарти за постоянно напрежение и ток, DC съпротивление, индуктивност и капацитет. Такива стандарти са устройства със стабилни електрически характеристики или инсталации, в които на базата на определено физическо явление се възпроизвежда електрическа величина, изчислена от известните стойности на основните физически константи. Стандартите за ват и ватчас не се поддържат, тъй като е по-целесъобразно стойностите на тези единици да се изчисляват според съставните уравнения, свързващи ги с единици на други количества.

Електрическите измервателни уреди най-често измерват моментни стойности на електрически величини или на неелектрически, 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 на количеството под формата на число.

Цифровите инструменти са предпочитани за повечето измервания, защото са по-удобни за измерване и като цяло са по-гъвкави. Цифрови универсални измервателни уреди („мултиметри“) и цифрови волтметри се използват за измерване със средна и висока точност на постояннотоково съпротивление, както и на променливо напрежение и ток.

Аналоговите устройства постепенно се заменят с цифрови, въпреки че все още намират приложение, където ниската цена е важна и не е необходима висока точност. За най-точните измервания на съпротивлението и импеданса (импеданса) има измервателни мостове и други специализирани измервателни уреди. За регистриране на хода на промените в измерената стойност във времето се използват записващи устройства - лентови рекордери 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, се използват методи и средства на електрическите устройства при измерването на почти всички физически величини.

Обхват на електрическите измервателни уреди:

· Научни изследвания по 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 и др.

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

Измерването на "активни" електрически величини (ток, електрическо напрежение и др.), характеризиращи енергийното състояние на измервателния обект, се основава на прякото въздействие на тези количества върху сензора и като правило е придружено от консумация на определен количество електрическа енергия от обекта на измерване.

Измерването на "пасивни" електрически величини (електрическо съпротивление, неговите сложни компоненти, индуктивност, тангенс на диелектричните загуби и др.), характеризиращи електрическите свойства на измервателния обект, изисква захранване на измервателния обект от външен източник на електрическа енергия и измерване на параметрите на сигнал за отговор.
Методите и средствата за електрически измервания в DC и AC 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 (моментни, ефективни, максимални, средни) се измерват.

За електрически измервания в DC вериги, най-широко използваните измервателни магнитоелектрични устройства и цифрови измервателни устройства. За електрически измервания във вериги на променлив ток - електромагнитни устройства, електродинамични устройства, индукционни устройства, електростатични устройства, токоизправителни електрически измервателни устройства, осцилоскопи, цифрови измервателни устройства. Някои от изброените устройства се използват за електрически измервания в AC и DC вериги.

Стойностите на измерените електрически величини са приблизително в диапазона: 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 . Обхватите на измерените стойности за електрически величини имат непрекъсната тенденция да се разширяват. Измерванията при високи и свръхвисоки честоти, измерването на ниски токове и високи съпротивления, високи напрежения и характеристики на електрическите величини в мощни електроцентрали бяха разпределени в секции, които разработват специфични методи и средства за електрически измервания.

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

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

Използването на електрически методи за измерване 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 съвместната работа на сензори с вторични измервателни устройства, предаващи електрически изходни сигнали на сензори на разстояние, повишавайки шумоустойчивостта на предаваните сигнали, се използват различни електрически междинни измервателни преобразуватели, които по правило изпълняват едновременно функциите на усилване (по-рядко затихващи) 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 (величини), докато като изходни сигнали най-често се използват унифицирани електрически сигнали на постоянен, синусоидален или импулсен ток (напрежение). Амплитудната, честотната или фазовата модулация се използва за изходни сигнали за променлив ток. Цифровите преобразуватели стават все по-широко разпространени като междинни измервателни преобразуватели.

Цялостната автоматизация на научните експерименти и технологичните процеси доведе до създаването на интегрирани инструменти за измервателни инсталации, измервателни и информационни системи, както и до развитието на телеметрията и радиотелемеханичната технология.

Съвременното развитие на електрическите измервания се характеризира с използването на нови физически ефекти. Например в момента за създаване на високочувствителни и прецизни електрически измервателни уреди се използват квантови ефекти на Джоузефсън, Хол и др. Постиженията на електрониката се въвеждат широко в измервателната техника, използва се микроминиатюризация на измервателните уреди, тяхното взаимодействие с компютри, автоматизация на електрическите измервателни процеси, както и унифициране на метрологичните и други изисквания към тях.

Планирайте

Въведение

Текущи измервателни уреди

Измерване на напрежението

Комбинирани устройства на магнитоелектрическата система

Универсални електронни измервателни уреди

Измерване на шънтове

Инструменти за измерване на съпротивление

Определяне на съпротивлението на заземяване

Магнитен поток

Индукция

Библиография

Въведение

Измерване се нарича намиране на стойността на физическа величина емпирично, с помощта на специални технически средства - измервателни уреди.

По този начин измерването е информационен процес за получаване емпирично на численото съотношение между дадена физическа величина и част от нейната стойност, взета като единица за сравнение.

Резултатът от измерването е именуван номер, намерен чрез измерване на физическа величина. Една от основните задачи на измерване е да се оцени степента на приближение или разлика между истинските и действителните стойности на измерената физическа величина - грешката на измерването.

Основните параметри на електрическите вериги са: сила на тока, 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 непряк метод за измерване.

Директният метод на измерване предполага получаване на резултат директно от опит. Непрякото измерване е измерване, при което желаната стойност се намира на базата на известна връзка между тази стойност и стойността, получена в резултат на директно измерване.

Електрически измервателни уреди - клас устройства, използвани за измерване на различни електрически величини. Групата електроизмерителни уреди включва освен същинските измервателни уреди и други средства за измерване - измервателни уреди, преобразуватели, сложни инсталации.

Електрическите измервателни устройства се класифицират, както следва: според измерената и възпроизводима физическа величина (амперметър, волтметър, омметър, честотомер и др.); по предназначение (уреди за измерване, мерки, измервателни преобразуватели, измервателни инсталации и системи, спомагателни устройства); по метода на предоставяне на резултатите от измерването (показване и регистриране); по метода на измерване (устройства за директна оценка и устройства за сравнение); по начин на приложение и по дизайн (табло, преносимо и стационарно); по принцип на действие (електромеханични - магнитоелектрични, електромагнитни, електродинамични, електростатични, феродинамични, индукционни, магнитодинамични; електронни; термоелектрични; електрохимични).

В това есе ще се опитам да ви разкажа за устройството, принципа на работа, да дам описание и кратко описание на електрическите измервателни уреди от електромеханичния клас.

Измерване на тока

Амперметърът е устройство за измерване на силата на тока в ампери (фиг. 1). Скалата на амперметъра се калибрира в микроампери, милиампери, ампери или килоампера в съответствие с границите на измерване на устройството. Амперметърът е свързан към електрическата верига последователно с тази секция от електрическата верига (фиг. 2), в която се измерва силата на тока; за увеличаване на границата на измерване - с шунт или чрез трансформатор.

Най-често срещаните амперметри, при които подвижната част на устройството със стрелка се завърта на ъгъл, пропорционален на величината на измервания ток.

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

Постоянният ток се измерва с магнитоелектрични амперметри; индукция и детектор - сила на променлив ток; амперметри 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, дължащ се на взаимодействието между полето на постоянен магнит и тока, който преминава през намотката на рамката. Стрелка е свързана към рамката и се движи по скалата. Ъгълът на завъртане на стрелката е пропорционален на силата на тока.

Електродинамичните амперметри се състоят от неподвижна и подвижна намотка, свързани паралелно или последователно. Взаимодействията между токовете, които преминават през намотките, предизвикват отклонение на движещата се намотка и на стрелката, свързана с нея. В електрическата верига амперметърът е свързан последователно с товара и при високо напрежение или високи токове чрез трансформатор.

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

Маса 1. Амперметри, милиамперметри, микроамперметри

Измерване на напрежението

Волтметър - измервателно устройство с директно отчитане за определяне на напрежение или ЕМП в електрически вериги (фиг. 3). Свързва се паралелно с товара или източника на захранване (фиг. 4).

Според принципа на действие волтметрите се делят на: електромеханични - магнитоелектрични, електромагнитни, електродинамични, електростатични, токоизправителни, термоелектрични; електронни - аналогови и цифрови. По предварителна уговорка: постоянен ток; променлив ток; импулс; фазово чувствителен; избирателен; универсален. По дизайн и начин на приложение: табло; преносим; стационарен. Техническите данни на някои домашни волтметри, миливолтметри на магнитоелектрични, електродинамични, електромагнитни, както и термични системи са представени в Таблица 2.

Таблица 2. Волтметри и миливолтметри

За измерване в DC вериги се използват комбинирани инструменти на магнитоелектрическата система ампер-волметри. Техническите данни за някои видове устройства са дадени в таблица 3.

Таблица 3. Комбинирани устройства на магнитоелектрическата система.

Технически данни за комбинирани устройства - ампер-волтметри и ампер-волт-ватметри за измерване на напрежение и ток, както и мощност във вериги на променлив ток.

Комбинираните преносими уреди за измерване в DC и AC вериги осигуряват измерване на DC и AC токове и съпротивления, а някои имат и капацитет на елементите в много широк диапазон, компактни са, имат автономно захранване, което осигурява широкото им използване. Клас на точност на този тип устройства при постоянен ток 2,5; на променлива - 4.0.

Универсални електронни измервателни уреди

ЕЛЕКТРИЧЕСКО ИЗМЕРВАНЕ
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 измервателното устройство зависи от вида и размера (диапазон от стойности) на измерената стойност, както и от необходимата точност на измерване. При електрическите измервания се използват основните единици на системата SI: волт (V), ом (ом), фарад (F), хенри (G), ампер (A) и секунда (s).
ЕТАРИ НА ЕДИНИЦИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСКИ СТОЙНОСТИ
Електрическото измерване е намиране (чрез експериментални методи) на стойността на физическа величина, изразена в подходящи единици (например 3 A, 4 V). Стойностите на единиците електрически величини се определят с международно споразумение в съответствие със законите на физиката и единиците за механични величини. Тъй като "поддържането" на единици електрически величини, определени с международни споразумения, е изпълнено с трудности, те се представят като "практични" стандарти за единици електрически величини. Такива стандарти се поддържат от държавните метрологични лаборатории в различни страни. Например в Съединените щати Националният институт по стандарти и технологии е законно отговорен за поддържането на електрически стандарти. От време на време се провеждат експерименти за изясняване на съответствието между стойностите на стандартите за 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 за единици електрически величини помежду си и с международните дефиниции на единиците на тези величини. Електрическите измервания се извършват в съответствие с националните стандарти за постоянно напрежение и ток, DC съпротивление, индуктивност и капацитет. Такива стандарти са устройства със стабилни електрически характеристики или инсталации, в които на базата на определено физическо явление се възпроизвежда електрическа величина, изчислена от известните стойности на основните физически константи. Стандартите за ват и ватчас не се поддържат, тъй като е по-целесъобразно стойностите на тези единици да се изчисляват според съставните уравнения, свързващи ги с единици на други количества. Вижте същоЕДИНИЦИ ЗА ИЗМЕРВАНЕ НА ФИЗИЧЕСКИ ВЕЛИЧИНИ.
ИЗМЕРВАТЕЛНИ ИНСТРУМЕНТИ
Електрическите измервателни уреди най-често измерват моментни стойности на електрически величини или на неелектрически, 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 на количеството под формата на число. Цифровите инструменти са предпочитани за повечето измервания, защото са по-точни, по-удобни за измерване и като цяло са по-гъвкави. Цифрови универсални измервателни уреди („мултиметри“) и цифрови волтметри се използват за измерване със средна и висока точност на постояннотоково съпротивление, както и на променливо напрежение и ток. Аналоговите устройства постепенно се заменят с цифрови, въпреки че все още намират приложение, където ниската цена е важна и не е необходима висока точност. За най-точните измервания на съпротивлението и импеданса (импеданса) има измервателни мостове и други специализирани измервателни уреди. За регистриране на хода на промените в измерената стойност във времето се използват записващи устройства - лентови рекордери и електронни осцилоскопи, аналогови и цифрови.
ДИГИТАЛНИ ИНСТРУМЕНТИ
Всички цифрови измервателни уреди (с изключение на най-простите) използват усилватели и други електронни компоненти за преобразуване на входния сигнал в сигнал за напрежение, който след това се цифровизира от аналогово-цифров преобразувател (ADC). Число, представляващо измерената стойност, се показва на светодиоден (LED), вакуумен флуоресцентен или течен кристал (LCD) индикатор (дисплей). Устройството обикновено работи под управлението на вграден микропроцесор, а при простите устройства микропроцесорът се комбинира с ADC на една интегрална схема. Цифровите инструменти са много подходящи за работа с външна компютърна връзка. При някои видове измервания такъв компютър превключва измервателните функции на уреда и дава команди за предаване на данни за тяхната обработка.
Аналогово-цифрови преобразуватели.Има три основни типа АЦП: интегриращи, последователно приближаващи и паралелни. Интегриращият ADC усреднява входния сигнал във времето. От трите изброени типа този е най-точният, макар и най-„бавен“. Времето за преобразуване на интегриращия ADC е в диапазона от 0,001 до 50 s или повече, грешката е 0,1-0,0003%. Грешката на ADC при последователна апроксимация е малко по-висока (0,4-0,002%), но времето за преобразуване е от ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ИЗМЕРВАНИЯ 10μs към ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ИЗМЕРВАНИЯ 1 ms. Паралелните ADC са най-бързи, но и най-малко точни: времето им на преобразуване е от порядъка на 0,25 ns, грешката е от 0,4 до 2%.
Методи за вземане на проби.Сигналът се пробва във времето чрез бързото му измерване в отделни моменти и задържане (запазване) на измерените стойности, докато ги преобразува в цифров вид. Последователността от получените дискретни стойности може да бъде показана на дисплея под формата на вълнова форма с форма на вълна; чрез квадратуване и събиране на тези стойности може да се изчисли средноквадратична стойност на сигнала; те също могат да се използват за изчисляване на времето на нарастване, максимална стойност, средно време, честотен спектър и др. Извадката от време може да се извърши или в един период на сигнала („реално време“), или (с последователно или произволно вземане на проби) в редица повтарящи се периоди.
Цифрови волтметри и мултиметри.Цифровите волтметри и мултиметри измерват квазистатичната стойност на дадена величина и я показват цифрово. Волтметрите директно измерват само напрежение, обикновено DC, докато мултиметрите могат да измерват AC и DC напрежение, ампераж, DC съпротивление и понякога температура. Тези най-често срещани тестови инструменти с общо предназначение с точност от 0,2 до 0,001% могат да бъдат оборудвани с 3,5 или 4,5-цифрен цифров дисплей. Символът (цифрата) "полуцело число" е условна индикация, че дисплеят може да показва числа извън номиналния брой знаци. Например, 3,5-цифрен (3,5-цифрен) дисплей в диапазона 1-2 V може да показва напрежения до 1,999 V.
Импеданс метра.Това са специализирани инструменти, които измерват и показват капацитета на кондензатор, съпротивлението на резистора, индуктивността на индуктор или импеданса (импеданса) на свързването на кондензатор или индуктор към резистор. Предлагат се инструменти от този тип за измерване на капацитет от 0,00001 pF до 99,999 μF, съпротивления от 0,00001 ома до 99,999 kΩ и индуктивност от 0,0001 mH до 99,999 G. не покрива целия честотен диапазон. При честоти, близки до 1 kHz, грешката може да бъде само 0,02%, но точността намалява близо до границите на честотните диапазони и измерените стойности. Повечето инструменти могат също да показват изведени величини, като Q-фактор на намотка или коефициент на загуба на кондензатор, изчислен от основните измерени стойности.
АНАЛОГОВИ ИНСТРУМЕНТИ
За измерване на напрежение, ток и съпротивление при постоянен ток се използват аналогови магнитоелектрични устройства с постоянен магнит и многооборотна подвижна част. Такива устройства от типа стрелка се характеризират с грешка от 0,5 до 5%. Те са прости и евтини (например автомобилни измервателни уреди за ток и температура), но не се използват там, където се изисква значителна точност.
Магнитоелектрични устройства.В такива устройства се използва силата на взаимодействие на магнитното поле с тока в завоите на намотката на подвижната част, като се стреми да завърти последната. Моментът на тази сила се балансира от момента, създаден от противоположната пружина, така че всяка стойност на тока съответства на определено положение на стрелката на скалата. Подвижната част има формата на многовитова телена рамка с размери от 3 - 5 до 25 - 35 мм и е направена максимално лека. Подвижната част, монтирана върху каменни лагери или окачена за метална лента, се поставя между полюсите на силен постоянен магнит. Две спирални пружини, балансиращи въртящия момент, също служат като проводници на намотката на подвижната част. Магнитоелектрическото устройство реагира на тока, преминаващ през намотката на подвижната му част, и следователно е амперметър или по-точно милиамперметър (тъй като горната граница на диапазона на измерване не надвишава приблизително 50 mA). Той може да бъде адаптиран за измерване на токове с по-голяма сила чрез свързване на шунтиращ резистор с ниско съпротивление, успоредно на намотката на подвижната част, така че само малка част от общия измерен ток се разклонява в намотката на подвижната част. Такова устройство е подходящо за токове, измерващи много хиляди ампера. Ако допълнителен резистор е свързан последователно с намотката, устройството ще се превърне във волтметър. Спадът на напрежението в такава последователна връзка е равен на произведението от съпротивлението на резистора и тока, показан от устройството, така че неговата скала може да бъде градуирана във волтове. За да направите омметър от магнитоелектрически милиамперметър, трябва да свържете последователно измерени резистори към него и да приложите постоянно напрежение към тази последователна връзка, например от батерия. Токът в такава верига няма да бъде пропорционален на съпротивлението и затова е необходима специална скала за коригиране на нелинейността. Тогава ще бъде възможно да се направи директно отчитане на съпротивлението по скала, макар и с не много висока точност.
Галванометри.Към магнитоелектричните устройства се отнасят и галванометри - високочувствителни устройства за измерване на изключително ниски токове. В галванометрите няма лагери, подвижната им част е окачена на тънка лента или конец, използва се по-силно магнитно поле, а стрелката се заменя с огледало, залепено за окачващата нишка (фиг. 1). Огледалото се върти заедно с подвижната част, а ъгълът на завъртането му се определя от изместването на светлинното петно, което хвърля върху скала, настроена на разстояние около 1 м. Най-чувствителните галванометри са в състояние да дадат отклонение на скалата от 1 mm с промяна на тока от само 0,00001 μA.

ЗАПИСВАЩ УСТРОЙСТВА
Записващите устройства записват "историята" на промените в стойността на измерената стойност. Най-често срещаните типове такива инструменти включват лентови записващи устройства, които записват крива на стойност върху лента от милиметрова хартия с химикал, аналогови електронни осцилоскопи, които преместват крива на процеса на екран с електронно-лъчева тръба и цифрови осцилоскопи, които съхраняват единични или рядко повтарящи се сигнали. Основната разлика между тези устройства е скоростта на запис. Рекордерите на лентови диаграми, с техните движещи се механични части, са най-подходящи за улавяне на сигнали, които се променят за секунди, минути или дори по-бавно. Електронните осцилоскопи, от друга страна, са способни да регистрират сигнали, които се променят във времето от милионни от секундата до няколко секунди.
ИЗМЕРВАНЕ НА МОСТОВЕ
Измервателният мост обикновено е електрическа верига с четири рамена, съставена от резистори, кондензатори и индуктори, предназначени да определят съотношението на параметрите на тези компоненти. Към едната двойка противоположни полюси на веригата е свързано захранване, а към другия е свързан нулев детектор. Измервателните мостове се използват само когато се изисква най-висока точност на измерване. (За измервания с умерена точност е по-добре да използвате цифрови инструменти, тъй като с тях е по-лесно.) Най-добрите AC трансформаторни мостове имат грешка (измерване на съотношението) от порядъка на 0,0000001%. Най-простият мост за измерване на съпротивление е кръстен на своя изобретател C. Wheatstone.
Двоен DC измервателен мост.Трудно е да се свържат медни проводници към резистора без добавяне на контактно съпротивление от порядъка на 0,0001 Ohm 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 предназначена за измерване на съпротивлението на референтни резистори с малка стойност. Съпротивлението на такива четириполюсни референтни резистори се определя като съотношението на напрежението в техните потенциални изводи (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). При тази техника съпротивлението на свързващите проводници не внася грешки в резултата от измерването на необходимото съпротивление. Две допълнителни рамена m и n изключват влиянието на свързващия проводник 1 между скоби c2 и c3. Съпротивленията m и n на тези рамена са избрани така, че да е изпълнено равенството M / m = N / n. След това, променяйки съпротивлението Rs, намалете дисбаланса до нула и намерете Rx = Rs (N / M).

Измерване на мостове на променлив ток.Най-често срещаните AC измервателни мостове са проектирани да измерват или при честота на мрежата от 50-60 Hz, или при аудио честоти (обикновено около 1000 Hz); специализирани измервателни мостове работят на честоти до 100 MHz. По правило в AC измервателните мостове вместо две рамена, които точно задават съотношението на напрежението, се използва трансформатор. Изключенията от това правило включват измервателния мост Максуел-Виен.
Измервателен мост на Максуел - Виена.Такъв измервателен мост дава възможност да се сравняват стандартите за индуктивност (L) със стандартите за капацитет при неизвестна работна честота. Капацитетните стандарти се използват при високоточни измервания, тъй като те са структурно по-прости от прецизните стандарти за индуктивност, по-компактни са, по-лесно се екранират 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 е независима от честотата.

където T е периодът на сигнала Y (t). Максималната стойност Ymax е най-високата моментна стойност на сигнала, а средната абсолютна стойност YAA е абсолютната стойност, осреднена във времето. При синусоидална форма на трептения Yeff = 0,707Ymax и YAA = 0,637Ymax.
Измерване на променливо напрежение и ток.Почти всички инструменти за измерване на променливотоково напрежение и ток показват стойност, която се предлага да се счита за ефективна стойност на входния сигнал. Въпреки това, евтините инструменти често всъщност измерват средната абсолютна или максимална стойност на сигнала и мащабират скалата, така че показанието да съответства на еквивалентната средноквадратична стойност, като се приеме, че входният сигнал е синусоидален. Не трябва да се пренебрегва, че точността на такива устройства е изключително ниска, ако сигналът не е синусоидален. Инструментите, способни да измерват истинската RMS стойност на променливите сигнали, могат да се основават на един от трите принципа: умножение на електрони, вземане на проби от сигнала или термично преобразуване. Устройствата, базирани на първите два принципа, по правило реагират на напрежение, а топлинните електрически измервателни устройства - на ток. Когато се използват допълнителни и шунтови резистори, всички устройства могат да измерват както ток, така и напрежение.
Електронно умножение.Квадратирането и усредняването по време на входния сигнал в някакво приближение се извършват от електронни схеми с усилватели и нелинейни елементи за извършване на такива математически операции като намиране на логаритъм и антилогаритъм на аналоговите сигнали. Инструментите от този тип могат да имат грешка от порядъка на само 0,009%.
Извадка на сигнала.Променливотоковият сигнал се цифровизира с помощта на бърз ADC. Извадените стойности на сигнала се квадратират, сумират и разделят на броя на дискретните стойности в един период на сигнала. Грешката на такива устройства е 0,01-0,1%.
Термоелектрически измервателни уреди.Най-висока точност при измерване на ефективните стойности на напрежението и тока се осигурява от термични електрически измервателни устройства. Те използват термичен преобразувател на ток под формата на малък евакуиран стъклен патрон с нагревателен проводник (0,5-1 см дължина), към чиято средна част е прикрепен термодвойка горещ възел с мъничко перче. Перлото осигурява термичен контакт и електрическа изолация едновременно. Когато температурата се повиши, което е пряко свързано с ефективната стойност на тока в нагревателния проводник, на изхода на термодвойката се появява термо-EMF (DC напрежение). Тези преобразуватели са подходящи за измерване на променливи токове с честота от 20 Hz до 10 MHz. На фиг. 5 е показана схематична диаграма на термично електрическо измервателно устройство с два избрани топлинни преобразувателя на ток. Когато променливотоково напрежение Vac се приложи към входа на веригата, на изхода на термодвойката на преобразувателя TC1 се появява постоянно напрежение, усилвател A създава постоянен ток в нагревателния проводник на преобразувателя TC2, в който термодвойката на последния дава същото DC напрежение и конвенционално DC устройство измерва изходния ток.

Ако времето (t1 - t2) се измерва в секунди, напрежението e е във волтове, а токът i е в ампери, тогава енергията W ще бъде изразена във ват-секунди, т.е. джаула (1 J = 1 Whs). Ако времето се измерва в часове, тогава енергията е във ватчасове. На практика е по-удобно електричеството да се изразява в киловатчасове (1 kW * h = 1000 Wh).
Електромери с разделяне на времето.Електромерите с споделяне на време използват много уникален, но точен метод за измерване на електрическата мощност. Такова устройство има два канала. Единият канал е електронен превключвател, който преминава или не предава Y входа (или обърнат -Y вход) към нискочестотния филтър. Състоянието на превключвателя се контролира от изходния сигнал на втория канал, като съотношението на интервалите от време "затворен" / "отворен" е пропорционален на неговия входен сигнал. Средният сигнал на изхода на филтъра е равен на средното времево произведение на двата входни сигнала. Ако единият входен сигнал е пропорционален на напрежението в товара, а другият на тока на товара, тогава изходното напрежение е пропорционално на мощността, консумирана от товара. Грешката на такива промишлени измервателни уреди е 0,02% при честоти до 3 kHz (лабораторни - от порядъка на само 0,0001% при 60 Hz). Като високоточни уреди те се използват като примерни измервателни уреди за проверка на работещи измервателни уреди.
Дискретни ватметри и електромери.Такива устройства се основават на принципа на цифров волтметър, но имат два входни канала, които взимат паралелни сигнали за ток и напрежение. Всяка дискретна стойност e (k), представляваща моментните стойности на сигнала на напрежението в момента на вземане на проби, се умножава по съответната дискретна стойност i (k) на текущия сигнал, получен в същото време. Средната за времето на такива работи е мощността във ватове:

Суматор, който натрупва продуктите на дискретни стойности във времето, дава общото електричество във ватчасове. Грешката на електромерите може да бъде до 0,01%.
Индукционни електромери.Индукционният уред не е нищо повече от променливотоков двигател с ниска мощност с две намотки - ток и напрежение. Провеждащ диск, поставен между намотките, се върти под действието на въртящ момент, пропорционален на консумираната мощност. Този момент се балансира от токовете, 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 консуматора през това време. Броят на оборотите на диска се отчита от механичен брояч, който показва електричеството в киловатчасове. Устройствата от този тип се използват широко като домакински електромери. Тяхната грешка, като правило, е 0,5%; имат дълъг експлоатационен живот при всички допустими нива на тока.
- измерване на електрически величини: електрическо напрежение, електрическо съпротивление, сила на тока, честота и фаза на променлив ток, токова мощност, електрическа енергия, електрически заряд, индуктивност, електрически капацитет и др. ... ... Голяма съветска енциклопедия

електрически измервания- - [В. А. Семенов. Английско-руски речник на защитното реле] Теми на защитното реле EN електрическо измерване измерване на електричество… Ръководство за технически преводач

Е. измервателни уреди са устройства и устройства, които служат за измерване на Е., както и магнитни величини. Повечето от измерванията се свеждат до определяне на силата на тока, напрежението (потенциалната разлика) и количеството електричество. ... ... Енциклопедичен речник на F.A. Брокхаус и И.А. Ефрон - набор от елементи и устройства, свързани по определен начин, които образуват път за преминаване на електрически ток. Теорията на веригата е раздел от теоретичната електротехника, който се занимава с математически методи за изчисляване на електрически ... ... Енциклопедия на Колиер

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 ИА: статичен и динамичен. В… … Енциклопедия "Авиация"

Електрически- 4. Електрически стандарти за проектиране на мрежи за радиоразпръскване. Москва, Связиздат, 1961.80 с.