هنگام تحصیل در رشته مهندسی برق، باید با کمیت های الکتریکی، مغناطیسی و مکانیکی سر و کار داشت و این کمیت ها را اندازه گیری کرد.

اندازه گیری یک مقدار الکتریکی، مغناطیسی یا هر کمیت دیگر به معنای مقایسه آن با کمیت همگن دیگری است که به عنوان یک واحد گرفته شده است.

این مقاله به طبقه بندی اندازه گیری هایی می پردازد که بیشترین اهمیت را دارند. این طبقه بندی شامل طبقه بندی اندازه گیری ها از دیدگاه روش شناختی است، یعنی بسته به تکنیک های کلی برای به دست آوردن نتایج اندازه گیری (انواع یا کلاس های اندازه گیری)، طبقه بندی اندازه گیری ها بسته به استفاده از اصول و ابزار اندازه گیری (روش های اندازه گیری) و طبقه بندی اندازه گیری ها بسته به دینامیک کمیت های اندازه گیری شده.

انواع اندازه گیری های الکتریکی

بسته به روش های کلی برای به دست آوردن نتیجه، اندازه گیری ها به انواع زیر تقسیم می شوند: مستقیم، غیر مستقیم و مشترک.

به سمت اندازه گیری های مستقیمشامل مواردی است که نتایج آنها مستقیماً از داده های تجربی به دست آمده است. اندازه گیری مستقیم را می توان به طور معمول با فرمول Y = X بیان کرد که در آن Y مقدار مورد نظر کمیت اندازه گیری شده است. X مقداری است که مستقیماً از داده های تجربی به دست می آید. این نوع اندازه گیری شامل اندازه گیری های مختلف است مقادیر فیزیکیبا استفاده از ابزارهای کالیبره شده در واحدهای مستقر.

به عنوان مثال اندازه گیری جریان با آمپرمتر، دما با دماسنج و ... این نوع اندازه گیری شامل اندازه گیری هایی نیز می شود که در آن مقدار مورد نظر یک کمیت با مقایسه مستقیم آن با اندازه گیری تعیین می شود. ابزارهای مورد استفاده و سادگی (یا پیچیدگی) آزمایش در طبقه بندی یک اندازه گیری به عنوان مستقیم در نظر گرفته نمی شود.

اندازه‌گیری غیرمستقیم اندازه‌گیری است که در آن مقدار مورد نظر یک کمیت بر اساس یک رابطه شناخته شده بین این کمیت و کمیت‌های تحت اندازه‌گیری مستقیم پیدا می‌شود. در اندازه گیری های غیرمستقیم، مقدار عددی مقدار اندازه گیری شده با محاسبه با استفاده از فرمول Y = F(Xl, X2 ... Xn) تعیین می شود، که در آن Y مقدار مورد نظر مقدار اندازه گیری شده است. X1، X2، Xn - مقادیر مقادیر اندازه گیری شده. به عنوان نمونه ای از اندازه گیری های غیر مستقیم می توان به اندازه گیری توان در مدارها اشاره کرد دی سیآمپرمتر و ولت متر

اندازه گیری های مشترکبه مواردی گفته می شود که در آنها مقادیر مورد نظر مقادیر متضاد با حل یک سیستم معادلات تعیین می شود که مقادیر مقادیر مورد نظر را با مقادیر مستقیم اندازه گیری شده متصل می کند. نمونه ای از اندازه گیری های مشترک، تعیین ضرایب در فرمول مربوط به مقاومت یک مقاومت به دمای آن است: Rt = R20

روش های اندازه گیری الکتریکی

بسته به مجموعه تکنیک های استفاده از اصول و ابزار اندازه گیری، همه روش ها به روش ارزیابی مستقیم و روش های مقایسه تقسیم می شوند.

ذات روش ارزیابی مستقیمدر این واقعیت نهفته است که مقدار کمیت اندازه گیری شده توسط قرائت های یک (اندازه گیری مستقیم) یا چند (اندازه گیری غیرمستقیم) ابزار قضاوت می شود که از قبل در واحدهای کمیت اندازه گیری شده یا در واحدهای کمیت های دیگر کالیبره شده اند. بستگی دارد.

ساده ترین مثال روش ارزیابی مستقیم، اندازه گیری یک کمیت با یک دستگاه است که مقیاس آن در واحدهای مناسب درجه بندی می شود.

دومین گروه بزرگ از روش های اندازه گیری الکتریکی تحت نام عمومی متحد شده است روش های مقایسه. اینها شامل تمام آن روش‌های اندازه‌گیری الکتریکی است که در آن مقدار اندازه‌گیری شده با مقدار بازتولید شده توسط اندازه‌گیری مقایسه می‌شود. بنابراین، ویژگی متمایزروش های مقایسه مشارکت مستقیم معیارها در فرآیند اندازه گیری است.

روش های مقایسه به موارد زیر تقسیم می شوند: صفر، دیفرانسیل، جایگزینی و تصادف.

روش صفر روشی برای مقایسه یک مقدار اندازه گیری شده با یک اندازه گیری است که در آن اثر حاصل از تأثیر مقادیر بر شاخص به صفر می رسد. بنابراین، هنگامی که تعادل حاصل می شود، ناپدید شدن یک پدیده خاص مشاهده می شود، به عنوان مثال، جریان در بخشی از مدار یا ولتاژ روی آن، که می تواند با استفاده از دستگاه هایی که این هدف را انجام می دهند - نشانگرهای تهی ثبت شود. با توجه به حساسیت بالای نشانگرهای تهی و همچنین به دلیل اینکه اندازه گیری ها با دقت بالایی قابل انجام است، دقت اندازه گیری بیشتری حاصل می شود.

نمونه ای از استفاده از روش تهی، اندازه گیری است مقاومت الکتریکیپل با تعادل کامل آن

در روش دیفرانسیلو همچنین با صفر، کمیت اندازه‌گیری‌شده به‌طور مستقیم یا غیرمستقیم با اندازه‌گیری مقایسه می‌شود، و مقدار کمیت اندازه‌گیری‌شده در نتیجه مقایسه، با تفاوت در تأثیراتی که به‌طور هم‌زمان توسط این کمیت‌ها ایجاد می‌شود و با مقدار شناخته شده بازتولید شده قضاوت می‌شود. با اندازه گیری بنابراین در روش دیفرانسیل تعادل ناقص مقدار اندازه گیری شده رخ می دهد و این تفاوت بین روش دیفرانسیل و روش صفر است.

روش دیفرانسیل برخی از ویژگی های روش ارزیابی مستقیم و برخی از ویژگی های روش صفر را ترکیب می کند. اگر فقط کمیت اندازه گیری شده و اندازه گیری تفاوت کمی با یکدیگر داشته باشند، می تواند یک نتیجه اندازه گیری بسیار دقیق ارائه دهد.

به عنوان مثال، اگر اختلاف بین این دو کمیت 1٪ باشد و با خطای 1٪ اندازه گیری شود، خطا در اندازه گیری کمیت مورد نظر به 0.01٪ کاهش می یابد، اگر خطای اندازه گیری در نظر گرفته نشود. . نمونه ای از کاربرد روش دیفرانسیل، اندازه گیری با ولت متر اختلاف دو ولتاژ است که یکی از آنها با دقت زیادی مشخص است و دیگری مقدار مورد نظر است.

روش تعویضعبارت است از اندازه گیری متناوب کمیت مورد نظر با یک دستگاه و اندازه گیری با همان دستگاه اندازه گیری که یک کمیت همگن را با کمیت اندازه گیری شده بازتولید می کند. بر اساس نتایج دو اندازه گیری می توان مقدار مورد نظر را محاسبه کرد. با توجه به اینکه هر دو اندازه گیری توسط یک دستگاه در شرایط خارجی یکسان انجام می شود و مقدار مورد نظر با نسبت قرائت دستگاه تعیین می شود، خطای نتیجه اندازه گیری به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. از آنجایی که خطای دستگاه معمولاً در نقاط مختلف مقیاس یکسان نیست، بیشترین دقت اندازه گیری با قرائت های یکسان دستگاه به دست می آید.

نمونه ای از کاربرد روش جایگزینی می تواند اندازه گیری یک مقاومت نسبتاً بزرگ با اندازه گیری متناوب جریان عبوری از یک مقاومت کنترل شده و یک مقاومت مرجع باشد. مدار در حین اندازه گیری ها باید از همان منبع جریان تغذیه شود. مقاومت منبع جریان و دستگاه اندازه گیری جریان باید در مقایسه با مقاومت های متغیر و مرجع بسیار کم باشد.

روش مطابقت- این روشی است که در آن تفاوت بین مقدار اندازه گیری شده و مقدار بازتولید شده توسط اندازه گیری با استفاده از همزمانی علائم مقیاس یا سیگنال های دوره ای اندازه گیری می شود. این روش به طور گسترده در عمل اندازه گیری های غیر الکتریکی استفاده می شود.

یک مثال اندازه گیری طول است. در اندازه‌گیری‌های الکتریکی، به عنوان مثال، اندازه‌گیری سرعت چرخش جسم با نور بارق است.

اجازه دهید ما نیز اشاره کنیم طبقه بندی اندازه گیری ها بر اساس تغییرات در زمان مقدار اندازه گیری شده. بسته به اینکه آیا کمیت اندازه‌گیری شده در طول زمان تغییر می‌کند یا در طول فرآیند اندازه‌گیری بدون تغییر باقی می‌ماند، اندازه‌گیری‌های استاتیک و دینامیکی از هم متمایز می‌شوند. اندازه گیری استاتیک اندازه گیری مقادیر ثابت یا ثابت است. اینها شامل اندازه گیری مقادیر مؤثر و دامنه کمیت ها، اما در حالت ثابت است.

اگر مقادیر لحظه ای کمیت های متغیر با زمان اندازه گیری شود، اندازه گیری ها پویا نامیده می شوند. اگر در طول اندازه‌گیری‌های دینامیکی، ابزار اندازه‌گیری به فرد اجازه می‌دهد که مقادیر کمیت اندازه‌گیری شده را به طور مداوم نظارت کند، این اندازه‌گیری‌ها پیوسته نامیده می‌شوند.

اندازه‌گیری یک کمیت با اندازه‌گیری مقادیر آن در زمان‌های معین t1، t2 و غیره امکان‌پذیر است. در نتیجه، همه مقادیر کمیت اندازه‌گیری شده مشخص نمی‌شوند، بلکه فقط مقادیر در زمان‌های انتخاب شده مشخص می‌شوند. چنین اندازه گیری هایی گسسته نامیده می شوند.

اندازه گیری پارامترهای الکتریکی یک مرحله اجباری در توسعه و تولید محصولات الکترونیکی است. برای کنترل کیفیت دستگاه های ساخته شده، نظارت گام به گام بر پارامترهای آنها مورد نیاز است. تعیین صحیح عملکرد مجموعه کنترل و اندازه گیری آینده مستلزم تعیین انواع کنترل الکتریکی است: صنعتی یا آزمایشگاهی، کامل یا انتخابی، آماری یا تک، مطلق یا نسبی و غیره.

انواع کنترل زیر در ساختار تولید محصول متمایز می شود:

• کنترل ورودی؛
• کنترل بین عملیاتی؛
• نظارت بر پارامترهای عملیاتی؛
• آزمون های پذیرش

در طول تولید برد مدار چاپیو قطعات الکترونیکی (منطقه چرخه مهندسی ابزار)، لازم است انجام شود کنترل ورودیکیفیت مواد اولیه و قطعات، کنترل کیفی الکتریکی متالیزاسیون بردهای مدار چاپی نهایی، کنترل پارامترهای عملیاتی قطعات الکترونیکی مونتاژ شده. برای حل این مشکلات، سیستم های تولید مدرن با موفقیت از سیستم های کنترل الکتریکی از نوع آداپتور و همچنین سیستم هایی با پروب های "پرواز" استفاده می کنند.

ساخت قطعات در یک بسته (چرخه تولید بسته بندی) به نوبه خود نیازمند کنترل پارامتری ورودی تک تک کریستال ها و بسته ها، کنترل بین عملیاتی بعدی پس از جوشکاری سرب های کریستال یا نصب آن و در نهایت کنترل پارامتری و عملکردی است. محصول نهایی.

ساخت قطعات نیمه هادی و مدارهای مجتمع (تولید تراشه) به کنترل دقیق تری نیاز دارد. مشخصات الکتریکی. در ابتدا لازم است خواص صفحه اعم از سطحی و حجمی کنترل شود و پس از آن کنترل مشخصات لایه های کاربردی اصلی و پس از اعمال لایه های متالیزاسیون، کیفیت عملکرد و خواص الکتریکی آن بررسی شود. پس از دریافت ساختار بر روی ویفر، انجام آزمایش پارامتری و عملکردی، اندازه گیری ویژگی های استاتیکی و دینامیکی، نظارت بر یکپارچگی سیگنال، تجزیه و تحلیل خواص ساختار و بررسی ویژگی های عملکرد ضروری است.

اندازه گیری پارامتریک:

تجزیه و تحلیل پارامتریک شامل مجموعه ای از تکنیک ها برای اندازه گیری و نظارت بر قابلیت اطمینان پارامترهای ولتاژ، جریان و توان، بدون نظارت بر عملکرد دستگاه است. اندازه گیری الکتریکی شامل اعمال یک محرک الکتریکی بر روی دستگاه در حال اندازه گیری (DUT) و اندازه گیری پاسخ DUT است. اندازه‌گیری‌های پارامتری بر روی جریان مستقیم (اندازه‌گیری استاندارد DC مشخصه‌های جریان-ولتاژ (ویژگی‌های ولت-آمپر)، اندازه‌گیری مدارهای قدرت و غیره) انجام می‌شود. فرکانس های پایین(اندازه گیری های چند زنجیره ای ویژگی های خازن-ولتاژ (ویژگی های CV)، اندازه گیری امپدانس و ایمیتانس پیچیده، تجزیه و تحلیل مواد و غیره)، اندازه گیری پالس (ویژگی های پالس I-V، اشکال زدایی زمان پاسخ و غیره). برای حل مشکلات اندازه گیری پارامتریک، تعداد زیادی تجهیزات کنترل و اندازه گیری تخصصی استفاده می شود: ژنراتورهای شکل موج دلخواه، منابع تغذیه (ثابت و ACمنبع سنج، آمپرمتر، ولت متر، مولتی متر، LCR و امپدانس متر، آنالایزر پارامتریک و ردیاب منحنی، و بسیاری موارد دیگر، و همچنین تعداد زیادی لوازم جانبی، لوازم جانبی و لوازم جانبی.

کاربرد:

• اندازه گیری مشخصات اولیه (جریان، ولتاژ، توان) مدارهای الکتریکی.
• اندازه گیری مقاومت، ظرفیت خازنی و القایی عناصر غیر فعال و فعال مدارهای الکتریکی.
• اندازه گیری امپدانس کل و ایمیتانس؛
• اندازه گیری مشخصات جریان ولتاژ در شبه استاتیک و حالت های پالس;
• اندازه گیری مشخصات جریان-ولتاژ در حالت های شبه استاتیک و چند فرکانس.
• خصوصیات اجزای نیمه هادی.
• تجزیه و تحلیل شکست

اندازه گیری های عملکردی:

تجزیه و تحلیل عملکردی شامل مجموعه ای از تکنیک ها برای اندازه گیری و نظارت بر عملکرد دستگاه در طول عملیات اساسی است. این تکنیک ها به شما این امکان را می دهد که یک مدل (فیزیکی، فشرده یا رفتاری) از یک دستگاه بر اساس داده های به دست آمده در طول فرآیند اندازه گیری بسازید. تجزیه و تحلیل داده های به دست آمده به شما امکان می دهد تا پایداری ویژگی های دستگاه های ساخته شده را نظارت کنید، آنها را تحقیق کنید و موارد جدید را توسعه دهید، فرآیندهای فناوری را اشکال زدایی کنید و توپولوژی را تنظیم کنید. برای حل مشکلات اندازه گیری عملکردی، از تعداد زیادی تجهیزات تخصصی تست و اندازه گیری استفاده می شود: اسیلوسکوپ، آنالایزر شبکه، فرکانس شمار، نویز متر، توان سنج، آنالایزر طیف، آشکارساز و بسیاری دیگر، و همچنین تعداد زیادی لوازم جانبی، لوازم جانبی. و دستگاه ها

کاربرد:

• اندازه گیری سیگنال های ضعیف: پارامترهای انتقال و بازتاب سیگنال، کنترل دستکاری.
• اندازه گیری سیگنال قوی: فشرده سازی افزایش، اندازه گیری بار-کشش، و غیره.
• تولید و تبدیل فرکانس؛
• تجزیه و تحلیل شکل موج در حوزه زمان و فرکانس.
• اندازه گیری شکل نویز و تجزیه و تحلیل پارامترهای نویز؛
• تایید خلوص سیگنال و تجزیه و تحلیل اعوجاج intermodulation.
• تجزیه و تحلیل یکپارچگی سیگنال، استانداردسازی؛

اندازه گیری پروب:

اندازه گیری های پروب باید به طور جداگانه برجسته شوند. توسعه فعال میکرو و نانوالکترونیک منجر به نیاز به انجام اندازه گیری های دقیق و قابل اعتماد بر روی ویفر شده است که تنها با تماس با کیفیت بالا، پایدار و قابل اعتماد که دستگاه را از بین نمی برد، امکان پذیر است. راه‌حل این مشکلات از طریق استفاده از ایستگاه‌های کاوشگر، به‌ویژه برای نوع خاصی از اندازه‌گیری که کنترل پروب را انجام می‌دهد، به دست می‌آید. ایستگاه‌ها به‌طور خاص طراحی شده‌اند تا تأثیرات خارجی، سر و صدای خود را حذف کنند و "خلوص" آزمایش را حفظ کنند. همه اندازه‌گیری‌ها در سطح ویفر/شارد، قبل از تقسیم شدن به کریستال و بسته‌بندی داده می‌شوند.

کاربرد:

• اندازه گیری غلظت حامل بار؛
• اندازه گیری مقاومت سطحی و حجمی؛
• تجزیه و تحلیل کیفیت مواد نیمه هادی؛
• انجام تست پارامتریک در سطح ویفر؛
• رفتار تحلیل عملکردی در سطح ویفر؛
• انجام اندازه گیری و نظارت بر پارامترهای الکتروفیزیکی (به زیر مراجعه کنید) دستگاه های نیمه هادی.
• کنترل کیفیت فرآیندهای تکنولوژیکی

اندازه گیری های رادیویی:

اندازه گیری انتشارات رادیویی، سازگاری الکترومغناطیسی، رفتار سیگنال دستگاه های فرستنده گیرنده و سیستم های تغذیه کننده آنتن، و همچنین مصونیت آنها در برابر تداخل، به ویژه نیاز دارد. شرایط خارجیانجام آزمایش اندازه گیری RF نیاز به یک رویکرد جداگانه دارد. نه تنها ویژگی های گیرنده و فرستنده، بلکه محیط الکترومغناطیسی خارجی (به استثنای برهمکنش ویژگی های زمان، فرکانس و توان، و همچنین مکان همه عناصر سیستم نسبت به یکدیگر، و طراحی فعال عناصر) به تأثیر خود کمک می کنند.

کاربرد:

• رادار و جهت یابی؛
• مخابرات و سیستم های ارتباطی؛
• سازگاری الکترومغناطیسی و ایمنی در برابر نویز؛
• تجزیه و تحلیل یکپارچگی سیگنال، استانداردسازی.

اندازه گیری های الکتروفیزیکی:

اندازه‌گیری پارامترهای الکتریکی اغلب با اندازه‌گیری/تاثیر پارامترهای فیزیکی ارتباط نزدیکی دارد. اندازه‌گیری‌های الکتروفیزیکی برای همه دستگاه‌هایی که هر گونه تأثیر خارجی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند و/یا بالعکس استفاده می‌شوند. LED ها، سیستم های میکروالکترومکانیکی، فتودیودها، سنسورهای فشار، جریان و دما و همچنین تمامی دستگاه های مبتنی بر آنها نیاز به تجزیه و تحلیل کیفی و کمی از تعامل ویژگی های فیزیکی و الکتریکی دستگاه ها دارند.

کاربرد:

• اندازه گیری شدت، طول موج و جهت تابش، مشخصات جریان-ولتاژ، شار نور و طیف LED.
• اندازه گیری حساسیت و نویز، ویژگی های جریان-ولتاژ، ویژگی های طیفی و نوری فتودیودها.
• تجزیه و تحلیل حساسیت، خطی بودن، دقت، وضوح، آستانه ها، عکس العمل، نویز، پاسخ گذرا و بهره وری انرژی برای محرک ها و حسگرهای MEMS.
• تجزیه و تحلیل ویژگی های دستگاه های نیمه هادی (مانند محرک ها و حسگرهای MEMS) در خلاء و در یک محفظه فشار بالا.
• تجزیه و تحلیل ویژگی‌های وابستگی به دما، جریان‌های بحرانی و تأثیر میدان‌ها در ابررساناها.

اندازه گیری های الکتریکی شامل اندازه گیری مقادیر فیزیکی مانند ولتاژ، مقاومت، جریان و توان است. اندازه گیری ها با استفاده از وسایل مختلف- ابزار اندازه گیری، مدارها و دستگاه های خاص. نوع دستگاه اندازه گیری به نوع و اندازه (محدوده مقادیر) مقدار اندازه گیری شده و همچنین به دقت اندازه گیری مورد نیاز بستگی دارد. واحدهای پایه SI مورد استفاده در اندازه گیری های الکتریکی عبارتند از ولت (V)، اهم (Ω)، فاراد (F)، هنری (H)، آمپر (A) و ثانیه (s).

اندازه گیری الکتریکیتعیین (با استفاده از روش های تجربی) مقدار یک کمیت فیزیکی است که در واحدهای مناسب بیان می شود.

مقادیر واحدهای مقادیر الکتریکی توسط توافق نامه بین المللی مطابق با قوانین فیزیک تعیین می شود. از آنجایی که "نگهداری" واحدهای مقادیر الکتریکی تعیین شده توسط قراردادهای بین المللی مملو از مشکلات است، آنها به عنوان استانداردهای "عملی" واحدهای مقادیر الکتریکی ارائه می شوند.

استانداردها توسط آزمایشگاه های مترولوژی دولتی پشتیبانی می شوند کشورهای مختلف. از زمان به زمان، آزمایش هایی برای روشن شدن مطابقت بین مقادیر استانداردهای واحدهای مقادیر الکتریکی و تعاریف این واحدها انجام می شود. در سال 1990، آزمایشگاه‌های اندازه‌شناسی دولتی کشورهای صنعتی توافق‌نامه‌ای را امضا کردند تا تمامی استانداردهای عملی واحدهای کمیت‌های الکتریکی را بین خود و با تعاریف بین‌المللی واحدهای این مقادیر هماهنگ کنند.

اندازه گیری های الکتریکی مطابق با استانداردهای دولتی واحدهای ولتاژ و جریان مستقیم، مقاومت جریان مستقیم، اندوکتانس و خازن انجام می شود. چنین استانداردهایی دستگاه هایی هستند که دارای ویژگی های الکتریکی پایدار یا تأسیساتی هستند که در آنها، بر اساس یک پدیده فیزیکی خاص، یک کمیت الکتریکی تولید می شود که از مقادیر شناخته شده ثابت های فیزیکی اساسی محاسبه می شود. استانداردهای وات و وات ساعت پشتیبانی نمی شوند، زیرا محاسبه مقادیر این واحدها با استفاده از معادلات تعریفی که آنها را به واحدهای مقادیر دیگر مرتبط می کند، مناسب تر است.

ابزارهای اندازه گیری الکتریکی اغلب مقادیر لحظه ای کمیت های الکتریکی یا کمیت های غیر الکتریکی تبدیل شده به الکتریکی را اندازه گیری می کنند. تمامی دستگاه ها به دو دسته آنالوگ و دیجیتال تقسیم می شوند. اولی معمولاً مقدار کمیت اندازه گیری شده را با استفاده از فلش در حال حرکت در امتداد مقیاس با تقسیم نشان می دهد. دومی مجهز به یک صفحه نمایش دیجیتال است که مقدار اندازه گیری شده را به شکل یک عدد نشان می دهد.

ابزارهای دیجیتال برای اکثر اندازه‌گیری‌ها ترجیح داده می‌شوند، زیرا برای خواندن راحت‌تر هستند و به طور کلی، همه کاره‌تر هستند. مولتی متر دیجیتال ("مولتی متر") و ولت متر دیجیتال برای اندازه گیری مقاومت DC و همچنین ولتاژ و جریان AC با دقت متوسط ​​تا بالا استفاده می شود.

دستگاه‌های آنالوگ به تدریج با دستگاه‌های دیجیتال جایگزین می‌شوند، اگرچه هنوز هم در جاهایی که هزینه پایین مهم است و به دقت بالا نیاز نیست استفاده می‌شود. برای دقیق ترین اندازه گیری مقاومت و امپدانس، پل های اندازه گیری و سایر مترهای تخصصی وجود دارد. برای ثبت پیشرفت تغییرات در مقدار اندازه گیری شده در طول زمان، از دستگاه های ضبط استفاده می شود - ضبط کننده های نواری و اسیلوسکوپ های الکترونیکی، آنالوگ و دیجیتال.

اندازه گیری کمیت های الکتریکی یکی از رایج ترین انواع اندازه گیری است. به لطف ایجاد دستگاه های الکتریکی که مقادیر مختلف غیر الکتریکی را به مقادیر، روش ها و وسایل الکتریکی تبدیل می کند. لوازم برقیتقریباً در اندازه گیری همه کمیت های فیزیکی استفاده می شود.

دامنه کاربرد ابزارهای اندازه گیری الکتریکی:

· تحقیقات علمیدر فیزیک، شیمی، زیست شناسی و غیره؛

· فرآیندهای فناوری در انرژی، متالورژی، صنایع شیمیایی و غیره؛

· حمل و نقل؛

· اکتشاف و تولید منابع معدنی.

· کار هواشناسی و اقیانوس شناسی؛

· تشخیص پزشکی؛

· ساخت و بهره برداری از دستگاه های رادیویی و تلویزیونی، هواپیما و فضاپیماو غیره

طیف گسترده ای از کمیت های الکتریکی، طیف گسترده ای از مقادیر آنها، نیازمندی ها دقت بالااندازه‌گیری‌ها، تنوع شرایط و زمینه‌های کاربرد ابزارهای اندازه‌گیری الکتریکی منجر به انواع روش‌ها و ابزارهای اندازه‌گیری الکتریکی شده است.

اندازه گیری کمیت های الکتریکی "فعال" (جریان، ولتاژ الکتریکیو غیره)، که وضعیت انرژی جسم اندازه گیری را مشخص می کند، بر اساس تأثیر مستقیم این مقادیر بر ابزار عنصر حساس است و، به عنوان یک قاعده، با مصرف مقدار معینی همراه است. انرژی الکتریکیاز شی اندازه گیری

اندازه‌گیری کمیت‌های الکتریکی «غیرفعال» (مقاومت الکتریکی، اجزای پیچیده آن، اندوکتانس، مماس تلفات دی‌الکتریک، و غیره) که ویژگی‌های الکتریکی جسم اندازه‌گیری را مشخص می‌کند، نیازمند تغذیه جسم اندازه‌گیری از منبع خارجی انرژی الکتریکی و اندازه‌گیری پارامترهای پاسخ است. سیگنال
روش ها و ابزار اندازه گیری الکتریکی در مدارهای DC و AC به طور قابل توجهی متفاوت است. در مدارهای جریان متناوب، آنها به فرکانس و ماهیت تغییر در کمیت ها و همچنین به اینکه چه ویژگی های کمیت های الکتریکی متغیر (لحظه، موثر، حداکثر، متوسط) اندازه گیری می شوند بستگی دارند.

برای اندازه‌گیری‌های الکتریکی در مدارهای DC، ابزارهای اندازه‌گیری مغناطیسی و دستگاه‌های اندازه‌گیری دیجیتال بیشترین استفاده را دارند. برای اندازه‌گیری‌های الکتریکی در مدارهای جریان متناوب - ابزارهای الکترومغناطیسی، ابزارهای الکترودینامیکی، ابزارهای القایی، ابزارهای الکترواستاتیک، ابزارهای اندازه‌گیری الکتریکی یکسوکننده، اسیلوسکوپ‌ها، ابزارهای اندازه‌گیری دیجیتال. برخی از ابزارهای ذکر شده برای اندازه گیری الکتریکی در مدارهای AC و DC استفاده می شوند.

مقادیر مقادیر الکتریکی اندازه‌گیری شده تقریباً در محدوده‌های زیر است: قدرت جریان - از تا A، ولتاژ - از تا V، مقاومت - از تا اهم، توان - از W تا ده‌ها گیگاوات، فرکانس جریان متناوب - از تا هرتز محدوده مقادیر اندازه گیری شده کمیت های الکتریکی تمایل مداوم به گسترش دارند. اندازه‌گیری‌ها در فرکانس‌های بالا و فوق‌بالا، اندازه‌گیری جریان‌های کم و مقاومت‌های بالا، ولتاژهای بالا و ویژگی‌های کمیت‌های الکتریکی در نیروگاه‌های قدرتمند به بخش‌هایی تبدیل شده‌اند که روش‌ها و ابزار خاصی برای اندازه‌گیری‌های الکتریکی را توسعه می‌دهند.

گسترش دامنه اندازه گیری کمیت های الکتریکی با توسعه فناوری برای مبدل های اندازه گیری الکتریکی، به ویژه با توسعه فناوری برای تقویت و تضعیف جریان ها و ولتاژهای الکتریکی همراه است. مشکلات خاص اندازه‌گیری‌های الکتریکی مقادیر بسیار کوچک و بسیار بزرگ مقادیر الکتریکی شامل مبارزه با اعوجاج‌های همراه با فرآیندهای تقویت و تضعیف سیگنال‌های الکتریکی و توسعه روش‌هایی برای جداسازی یک سیگنال مفید از پس‌زمینه نویز است. .

حدود خطاهای مجاز در اندازه گیری های الکتریکی از تقریباً واحد تا درصد متغیر است. برای اندازه گیری های نسبتاً خشن، از ابزارهای اندازه گیری مستقیم استفاده می شود. برای اندازه گیری دقیق تر از روش هایی استفاده می شود که با استفاده از مدارهای الکتریکی پل و جبران اجرا می شوند.

استفاده از روش های اندازه گیری الکتریکی برای اندازه گیری کمیت های غیر الکتریکی یا بر اساس رابطه شناخته شده بین کمیت های غیر الکتریکی و الکتریکی یا استفاده از مبدل های اندازه گیری (حسگرها) است.

برای اطمینان از عملکرد مشترک سنسورها با ابزارهای اندازه گیری ثانویه، انتقال سیگنال های خروجی الکتریکی سنسورها از راه دور و افزایش مصونیت نویز سیگنال های ارسالی، از مبدل های مختلف اندازه گیری میانی الکتریکی استفاده می شود که، به عنوان یک قاعده، به طور همزمان عملکردهای تقویت را انجام می دهند. (کمتر، تضعیف) سیگنال های الکتریکی، و همچنین تبدیل های غیر خطی برای جبران غیرخطی بودن سنسورها.

هر سیگنال الکتریکی (مقادیر) را می توان به ورودی مبدل های اندازه گیری میانی عرضه کرد. سیگنال های خروجی AC از مدولاسیون دامنه، فرکانس یا فاز استفاده می کنند. مبدل های دیجیتال به طور فزاینده ای به عنوان مبدل های اندازه گیری متوسط ​​در حال گسترش هستند.

اتوماسیون پیچیده آزمایشات علمی و فرآیندهای فناوری منجر به ایجاد ابزارهای پیچیده اندازه گیری تاسیسات، اندازه گیری و سیستم های اطلاعاتی و همچنین توسعه فناوری تله متری و تله مکانیک رادیویی شد.

توسعه مدرن اندازه گیری های الکتریکی با استفاده از اثرات فیزیکی جدید مشخص می شود. به عنوان مثال، در حال حاضر، برای ایجاد ابزارهای اندازه گیری الکتریکی بسیار حساس و با دقت بالا، اثرات کوانتومیجوزفسون، هال، و غیره. دستاوردهای الکترونیک به طور گسترده ای در فناوری اندازه گیری معرفی می شوند، کوچک سازی ابزارهای اندازه گیری استفاده می شود، رابط آنها با فناوری رایانه، اتوماسیون فرآیندهای اندازه گیری الکتریکی، و همچنین یکسان سازی الزامات اندازه گیری و سایر الزامات برای آنها.

برنامه ریزی کنید

مقدمه

کنتورهای فعلی

اندازه گیری ولتاژ

دستگاه های ترکیبی سیستم مغناطیسی

ابزارهای اندازه گیری الکترونیکی جهانی

شنت های اندازه گیری

ابزار اندازه گیری مقاومت

تعیین مقاومت زمین

شار مغناطیسی

القاء

مراجع

مقدمه

اندازه گیری فرآیند یافتن مقدار یک کمیت فیزیکی به صورت تجربی با استفاده از ابزارهای فنی خاص - ابزار اندازه گیری است.

بنابراین، اندازه گیری یک فرآیند اطلاعاتی برای به دست آوردن یک رابطه عددی بین یک کمیت فیزیکی معین و برخی از مقادیر آن است که به عنوان واحد مقایسه در نظر گرفته می شود.

نتیجه یک اندازه گیری یک عدد نامگذاری شده است که با اندازه گیری یک کمیت فیزیکی پیدا می شود. یکی از وظایف اصلی اندازه گیری تخمین درجه تقریب یا تفاوت بین درست و ارزش های واقعیکمیت فیزیکی اندازه گیری شده - خطای اندازه گیری.

پارامترهای اصلی مدارهای الکتریکی عبارتند از: جریان، ولتاژ، مقاومت، قدرت جریان. برای اندازه گیری این پارامترها از ابزارهای اندازه گیری الکتریکی استفاده می شود.

اندازه گیری پارامترهای مدارهای الکتریکی به دو روش انجام می شود: روش اول یک روش اندازه گیری مستقیم، دوم یک روش اندازه گیری غیر مستقیم است.

روش اندازه گیری مستقیم شامل به دست آوردن نتیجه به طور مستقیم از تجربه است. اندازه گیری غیرمستقیم اندازه گیری است که در آن کمیت مورد نظر بر اساس رابطه شناخته شده بین این کمیت و کمیتی که در نتیجه اندازه گیری مستقیم به دست می آید، پیدا می شود.

ابزارهای اندازه گیری الکتریکی دسته ای از دستگاه ها هستند که برای اندازه گیری کمیت های الکتریکی مختلف استفاده می شوند. گروه ابزارهای اندازه گیری الکتریکی علاوه بر خود ابزارهای اندازه گیری، سایر ابزارهای اندازه گیری - گیج ها، مبدل ها، تاسیسات پیچیده را نیز شامل می شود.

ابزارهای اندازه گیری الکتریکی به شرح زیر طبقه بندی می شوند: با توجه به کمیت فیزیکی اندازه گیری شده و قابل تکرار (آمپرسنج، ولت متر، اهم متر، فرکانس متر و غیره). بر اساس هدف (ابزار اندازه گیری، اندازه گیری ها، مبدل های اندازه گیری، تاسیسات اندازه گیریو سیستم ها، دستگاه های کمکی)؛ با روش ارائه نتایج اندازه گیری (نمایش و ضبط)؛ با روش اندازه گیری (دستگاه های ارزیابی مستقیم و دستگاه های مقایسه)؛ با روش کاربرد و طراحی (پانل، قابل حمل و ثابت)؛ طبق اصل عملیات (الکترومکانیکی - مغناطیسی، الکترومغناطیسی، الکترودینامیکی، الکترواستاتیکی، فرودینامیکی، القایی، مغناطیسی، الکترونیکی، ترموالکتریک، الکتروشیمیایی).

در این مقاله سعی خواهم کرد در مورد دستگاه، اصل عملکرد، توضیحات و شرح مختصرابزارهای اندازه گیری الکتریکی کلاس الکترومکانیکی.

اندازه گیری جریان

آمپرمتر وسیله ای برای اندازه گیری جریان بر حسب آمپر است (شکل 1). مقیاس آمپرمترها مطابق با محدودیت های اندازه گیری دستگاه بر حسب میکرو آمپر، میلی آمپر، آمپر یا کیلو آمپر کالیبره می شود. در یک مدار الکتریکی، آمپرمتر به صورت سری به قسمتی از مدار الکتریکی (شکل 2) که جریان در آن اندازه گیری می شود، متصل می شود. برای افزایش حد اندازه گیری - با یک شنت یا از طریق یک ترانسفورماتور.

رایج ترین آمپرمترها آنهایی هستند که در آنها قسمت متحرک دستگاه با نشانگر در زاویه ای متناسب با بزرگی جریان اندازه گیری شده می چرخد.

آمپرمترها مغناطیسی، الکترومغناطیسی، الکترودینامیکی، حرارتی، القایی، آشکارساز، ترموالکتریک و فوتوالکتریک هستند.

آمپرمترهای مغناطیسی جریان مستقیم را اندازه گیری می کنند. القایی و آشکارساز - جریان متناوب؛ آمپر متر سایر سیستم ها قدرت هر جریانی را اندازه گیری می کنند. دقیق ترین و حساس ترین آمپرمترهای مغناطیسی و الکترودینامیکی هستند.

اصل کار یک دستگاه مغناطیسی بر اساس ایجاد گشتاور ناشی از تعامل بین میدان آهنربای دائمی و جریانی است که از سیم پیچ قاب می گذرد. یک فلش به قاب متصل است که در امتداد مقیاس حرکت می کند. زاویه چرخش فلش متناسب با قدرت جریان است.

آمپرمترهای الکترودینامیکی شامل سیم پیچ های ثابت و متحرکی هستند که به صورت موازی یا سری به هم متصل شده اند. برهمکنش بین جریان هایی که از سیم پیچ ها عبور می کنند باعث انحراف سیم پیچ متحرک و فلش متصل به آن می شود. در یک مدار الکتریکی، آمپرمتر به صورت سری به بار و زمانی متصل می شود ولتاژ بالایا جریان های زیاد - از طریق ترانسفورماتور.

اطلاعات فنی برخی از انواع آمپرمترهای خانگی، میلی‌آمپرمترها، میکروآمپرمترها، مگنتوالکتریک، الکترومغناطیسی، الکترودینامیکی و سیستم‌های حرارتی در جدول 1 آورده شده است.

جدول 1. آمپرمتر، میلی‌آمپر، میکروآمپرمتر

اندازه گیری ولتاژ

ولت متر - دستگاه اندازه گیری قرائت مستقیم برای تعیین ولتاژ یا EMF در مدارهای الکتریکی (شکل 3). به طور موازی به بار یا منبع انرژی الکتریکی متصل می شود (شکل 4).

با توجه به اصل عملکرد، ولت مترها به دو دسته تقسیم می شوند: الکترومکانیکی - مغناطیسی، الکترومغناطیسی، الکترودینامیکی، الکترواستاتیک، یکسو کننده، ترموالکتریک. الکترونیکی - آنالوگ و دیجیتال. بر اساس هدف: جریان مستقیم. AC; نبض؛ حساس به فاز؛ انتخابی؛ جهانی بر اساس طراحی و روش کاربرد: پانل; قابل حمل؛ ثابت اطلاعات فنی برخی از ولت مترهای خانگی، میلی ولت متر سیستم های مغناطیسی، الکترودینامیکی، الکترومغناطیسی و حرارتی در جدول 2 ارائه شده است.

جدول 2. ولت متر و میلی ولت متر

برای اندازه گیری در مدارهای جریان مستقیم، از ابزارهای ترکیبی سیستم مغناطیسی، آمپر-ولت متر استفاده می شود. اطلاعات فنی برخی از انواع دستگاه ها در جدول 3 آورده شده است.

جدول 3. دستگاه های ترکیبی سیستم مغناطیسی.

اطلاعات فنی در مورد ابزارهای ترکیبی - آمپر-ولت متر و آمپر-ولت متر برای اندازه گیری ولتاژ و جریان و همچنین قدرت در مدارهای جریان متناوب.

ابزارهای قابل حمل ترکیبی برای اندازه‌گیری مدارهای جریان مستقیم و متناوب، اندازه‌گیری جریان‌ها و مقاومت‌های مستقیم و متناوب را فراهم می‌کنند و برخی نیز ظرفیت عناصر را در محدوده بسیار وسیعی فراهم می‌کنند، فشرده هستند و دارای منبع تغذیه مستقل هستند که تضمین کننده آنهاست. کاربرد گسترده. کلاس دقت این نوع دستگاه DC 2.5 است; روی متغیر - 4.0.

ابزارهای اندازه گیری الکترونیکی جهانی

اندازه گیری های الکتریکی
اندازه گیری مقادیر الکتریکی مانند ولتاژ، مقاومت، جریان، توان. اندازه گیری ها با استفاده از ابزارهای مختلف - ابزار اندازه گیری، مدارها و دستگاه های خاص انجام می شود. نوع دستگاه اندازه گیری به نوع و اندازه (محدوده مقادیر) مقدار اندازه گیری شده و همچنین به دقت اندازه گیری مورد نیاز بستگی دارد. واحدهای پایه SI مورد استفاده در اندازه گیری های الکتریکی عبارتند از ولت (V)، اهم (Ω)، فاراد (F)، هنری (H)، آمپر (A) و ثانیه (s).
استانداردهای واحدهای کمیت های الکتریکی
اندازه گیری الکتریکی تعیین (با استفاده از روش های تجربی) مقدار یک کمیت فیزیکی است که در واحدهای مناسب بیان می شود (به عنوان مثال، 3 A، 4 V). مقادیر واحدهای مقادیر الکتریکی توسط توافق نامه بین المللی مطابق با قوانین فیزیک و واحدهای کمیت های مکانیکی تعیین می شود. از آنجایی که "نگهداری" واحدهای مقادیر الکتریکی تعیین شده توسط قراردادهای بین المللی مملو از مشکلات است، آنها به عنوان استانداردهای "عملی" واحدهای مقادیر الکتریکی ارائه می شوند. چنین استانداردهایی توسط آزمایشگاه های مترولوژی دولتی در کشورهای مختلف پشتیبانی می شود. به عنوان مثال، در ایالات متحده، مؤسسه ملی استاندارد و فناوری مسئولیت قانونی حفظ استانداردهای واحدهای کمیت های الکتریکی را بر عهده دارد. از زمان به زمان، آزمایش هایی برای روشن شدن مطابقت بین مقادیر استانداردهای واحدهای مقادیر الکتریکی و تعاریف این واحدها انجام می شود. در سال 1990، آزمایشگاه‌های اندازه‌شناسی دولتی کشورهای صنعتی توافق‌نامه‌ای را امضا کردند تا تمامی استانداردهای عملی واحدهای کمیت‌های الکتریکی را بین خود و با تعاریف بین‌المللی واحدهای این مقادیر هماهنگ کنند. اندازه گیری های الکتریکی مطابق با استانداردهای دولتی واحدهای ولتاژ و جریان مستقیم، مقاومت جریان مستقیم، اندوکتانس و خازن انجام می شود. چنین استانداردهایی دستگاه هایی هستند که دارای ویژگی های الکتریکی پایدار یا تأسیساتی هستند که در آنها، بر اساس یک پدیده فیزیکی خاص، یک کمیت الکتریکی تولید می شود که از مقادیر شناخته شده ثابت های فیزیکی اساسی محاسبه می شود. استانداردهای وات و وات ساعت پشتیبانی نمی شوند، زیرا محاسبه مقادیر این واحدها با استفاده از معادلات تعریفی که آنها را به واحدهای مقادیر دیگر مرتبط می کند، مناسب تر است. همچنین ببینیدواحدهای اندازه گیری کمیت های فیزیکی.
ابزار اندازه گیری
ابزارهای اندازه گیری الکتریکی اغلب مقادیر لحظه ای کمیت های الکتریکی یا کمیت های غیر الکتریکی تبدیل شده به الکتریکی را اندازه گیری می کنند. تمامی دستگاه ها به دو دسته آنالوگ و دیجیتال تقسیم می شوند. اولی معمولاً مقدار کمیت اندازه گیری شده را با استفاده از فلش در حال حرکت در امتداد مقیاس با تقسیم نشان می دهد. دومی مجهز به یک صفحه نمایش دیجیتال است که مقدار اندازه گیری شده را به شکل یک عدد نشان می دهد. مترهای دیجیتال برای اکثر اندازه گیری ها ترجیح داده می شوند زیرا دقیق تر، خواندن آسان تر و عموماً همه کاره تر هستند. مولتی متر دیجیتال ("مولتی متر") و ولت متر دیجیتال برای اندازه گیری مقاومت DC و همچنین ولتاژ و جریان AC با دقت متوسط ​​تا بالا استفاده می شود. دستگاه‌های آنالوگ به تدریج با دستگاه‌های دیجیتال جایگزین می‌شوند، اگرچه هنوز هم در جاهایی که هزینه پایین مهم است و به دقت بالا نیاز نیست استفاده می‌شود. برای دقیق ترین اندازه گیری مقاومت و امپدانس، پل های اندازه گیری و سایر مترهای تخصصی وجود دارد. برای ثبت پیشرفت تغییرات در مقدار اندازه گیری شده در طول زمان، از ابزارهای ضبط استفاده می شود - ضبط کننده های نواری و اسیلوسکوپ های الکترونیکی، آنالوگ و دیجیتال.
ابزار دیجیتال
در تمام دیجیتال ابزار اندازه گیری(به جز ساده ترین آنها) تقویت کننده ها و سایر قطعات الکترونیکی برای تبدیل سیگنال ورودی به سیگنال ولتاژ استفاده می شود که سپس توسط مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) به شکل دیجیتال تبدیل می شود. عددی که مقدار اندازه گیری شده را بیان می کند بر روی یک دیود ساطع کننده نور (LED)، نشانگر فلورسنت خلاء یا کریستال مایع (LCD) (نمایشگر) نمایش داده می شود. این دستگاه معمولاً تحت کنترل یک ریزپردازنده داخلی کار می کند و در دستگاه های ساده ریزپردازنده با یک ADC در یک مدار مجتمع واحد ترکیب می شود. دستگاه‌های دیجیتال برای کار کردن در صورت اتصال به یک کامپیوتر خارجی مناسب هستند. در برخی از انواع اندازه گیری ها، چنین رایانه ای عملکردهای اندازه گیری دستگاه را تغییر می دهد و دستورات انتقال داده را برای پردازش آنها می دهد.
مبدل های آنالوگ به دیجیتالسه نوع اصلی ADC وجود دارد: یکپارچه سازی، تقریب متوالی و موازی. یک ADC یکپارچه سیگنال ورودی را در طول زمان میانگین می کند. از بین سه نوع ذکر شده، این دقیق ترین، اگرچه کندترین است. زمان تبدیل ADC یکپارچه از 0.001 تا 50 ثانیه یا بیشتر است، خطا 0.1-0.0003٪ است. خطای تقریب متوالی ADC کمی بزرگتر است (0.4-0.002٪)، اما زمان تبدیل از اندازه گیری های الکتریکی 10 میکرو ثانیه به اندازه گیری های الکتریکی 1 میلی ثانیه است. ADC های موازی سریع ترین، اما کم دقت ترین هستند: زمان تبدیل آنها حدود 0.25 ns است، خطا از 0.4 تا 2٪ است.
روش های گسسته سازیسیگنال در زمان با اندازه گیری سریع آن در نقاط جداگانه در زمان و نگه داشتن (ذخیره) مقادیر اندازه گیری شده در حالی که آنها به فرم دیجیتال تبدیل می شوند، نمونه برداری می شود. توالی مقادیر گسسته به دست آمده را می توان به شکل موج روی صفحه نمایش نشان داد. با مجذور کردن این مقادیر و جمع کردن، می توانید ریشه میانگین ارزش مربع سیگنال را محاسبه کنید. آنها همچنین می توانند برای محاسبه زمان افزایش، حداکثر مقدار، میانگین زمانی، طیف فرکانس و غیره استفاده شوند. نمونه‌برداری زمانی می‌تواند در یک دوره سیگنال واحد ("زمان واقعی")، یا (با نمونه‌برداری متوالی یا تصادفی) در چند دوره تکرار انجام شود.
ولت متر و مولتی متر دیجیتال.ولت متر و مولتی متر دیجیتال مقدار شبه استاتیک یک کمیت را اندازه گیری می کند و آن را به صورت دیجیتال نشان می دهد. ولت مترها به طور مستقیم فقط ولتاژ را اندازه گیری می کنند، معمولا DC، در حالی که مولتی متر می تواند ولتاژ DC و AC، جریان، مقاومت DC و گاهی اوقات دما را اندازه گیری کند. این متداول ترین ابزارهای تست هدف عمومی، با دقت اندازه گیری از 0.2 تا 0.001٪، می توانند صفحه نمایش دیجیتال 3.5 یا 4.5 رقمی داشته باشند. کاراکتر "نیم عدد صحیح" (رقم) قراردادی است که نشان می دهد صفحه نمایش می تواند اعدادی فراتر از تعداد اسمی کاراکترها را نشان دهد. به عنوان مثال، یک نمایشگر 3.5 رقمی (3.5 رقمی) در محدوده 1-2 ولت می تواند ولتاژهایی را تا 1.999 ولت نشان دهد.
امپدانس متر.اینها ابزارهای تخصصی هستند که ظرفیت خازن، مقاومت مقاومت، اندوکتانس سلف یا مقاومت کلی (امپدانس) اتصال خازن یا سلف به مقاومت را اندازه گیری و نمایش می دهند. ابزارهایی از این نوع برای اندازه گیری ظرفیت خازنی از 0.00001 pF تا 99.999 µF، مقاومت از 0.00001 اهم تا 99.999 کومز و اندوکتانس از 0.0001 mH تا 99.999 H در دسترس هستند. کل محدوده فرکانس را پوشش نمی دهد. در فرکانس های نزدیک به 1 کیلوهرتز، خطا می تواند به کوچکی 0.02٪ باشد، اما دقت در نزدیکی مرزهای محدوده فرکانس و مقادیر اندازه گیری شده کاهش می یابد. اکثر ابزارها همچنین می توانند مقادیر مشتق شده را نشان دهند، مانند ضریب کیفیت یک سیم پیچ یا ضریب تلفات یک خازن، که از مقادیر اصلی اندازه گیری شده محاسبه می شود.
دستگاه های آنالوگ
برای اندازه گیری ولتاژ، جریان و مقاومت در جریان مستقیم، از دستگاه های مغناطیسی آنالوگ با آهنربای دائمی و یک قطعه متحرک چند دور استفاده می شود. چنین دستگاه هایی از نوع اشاره گر با خطای 0.5 تا 5٪ مشخص می شوند. آنها ساده و ارزان هستند (به عنوان مثال، ابزارهای اتومبیل که جریان و دما را نشان می دهند)، اما در مواردی که به دقت قابل توجهی نیاز است استفاده نمی شوند.
دستگاه های مغناطیسی الکتریکیچنین وسایلی از نیروی تعامل استفاده می کنند میدان مغناطیسیبا جریان در پیچ های سیم پیچ قسمت متحرک، تمایل به چرخش دومی دارد. ممان این نیرو با لحظه ایجاد شده توسط فنر مخالف متعادل می شود، به طوری که هر مقدار جریان مربوط به موقعیت خاصی از فلش در مقیاس است. قسمت متحرک به شکل قاب سیم چند چرخشی با ابعاد 3-5 تا 25-35 میلی متر بوده و تا حد امکان سبک ساخته شده است. قسمت متحرک که بر روی یاتاقان های سنگی نصب شده یا بر روی یک نوار فلزی معلق است، بین قطب های یک آهنربای دائمی قوی قرار می گیرد. دو فنر مارپیچی که گشتاور را متعادل می کنند نیز به عنوان هادی برای سیم پیچی قسمت متحرک عمل می کنند. یک دستگاه مغناطیسی الکتریکی به جریان عبوری از سیم پیچ قسمت متحرک خود واکنش نشان می دهد و بنابراین یک آمپرمتر یا به طور دقیق تر، یک میلی آمپر است (زیرا حد بالایی محدوده اندازه گیری تقریباً از 50 میلی آمپر تجاوز نمی کند). می‌توان آن را برای اندازه‌گیری جریان‌های بزرگ‌تر با اتصال یک مقاومت شنت کم‌مقاومت به موازات سیم‌پیچ قسمت متحرک تنظیم کرد، به طوری که تنها بخش کوچکی از کل جریان اندازه‌گیری شده به سیم‌پیچ قسمت متحرک منشعب می‌شود. چنین دستگاهی برای جریان های اندازه گیری شده در هزاران آمپر مناسب است. اگر یک مقاومت اضافی را به صورت سری به سیم پیچ متصل کنید، دستگاه به یک ولت متر تبدیل می شود. افت ولتاژ در چنین اتصال سری برابر است با حاصلضرب مقاومت مقاومت و جریان نشان داده شده توسط دستگاه، بنابراین مقیاس آن را می توان بر حسب ولت کالیبره کرد. برای ساختن اهم متر از میلی‌آمتر مغناطیسی، باید مقاومت‌های اندازه‌گیری شده را به صورت سریال به آن متصل کنید و اعمال کنید. اتصال سریالولتاژ ثابت، به عنوان مثال از یک باتری. جریان در چنین مداری متناسب با مقاومت نخواهد بود و بنابراین برای اصلاح غیرخطی بودن به مقیاس خاصی نیاز است. سپس می توان مستقیماً مقاومت را روی مقیاس خواند، اگرچه نه با دقت بسیار بالا.
گالوانومتر.دستگاه های مغناطیسی همچنین شامل گالوانومترها هستند - ابزار بسیار حساس برای اندازه گیری جریان های بسیار کوچک. گالوانومترها بلبرینگ ندارند، قسمت متحرک آنها بر روی یک روبان یا نخ نازک آویزان می شود، از میدان مغناطیسی قوی تری استفاده می شود، و نشانگر با یک آینه چسبانده شده به رشته تعلیق جایگزین می شود (شکل 1). آینه همراه با قسمت متحرک می چرخد ​​و زاویه چرخش آن با جابجایی نقطه نورانی که در مقیاس نصب شده در فاصله حدود 1 متری می اندازد تخمین زده می شود به 1 میلی متر با تغییر در جریان تنها 0.00001 μA.

دستگاه های ضبط
ابزارهای ضبط "تاریخچه" تغییرات در مقدار کمیت اندازه گیری شده را ثبت می کنند. رایج ترین انواع این ابزارها عبارتند از ضبط کننده نمودار نواری که منحنی تغییر مقدار را با قلم روی نوار کاغذ نمودار ثبت می کند، اسیلوسکوپ های الکترونیکی آنالوگ که منحنی فرآیند را بر روی صفحه نمایش لوله پرتو کاتدی نشان می دهد و اسیلوسکوپ های دیجیتال. ، که سیگنال های منفرد یا به ندرت تکرار شده را ذخیره می کند. تفاوت اصلی این دستگاه ها سرعت ضبط است. ضبط کننده های نواری، با قطعات مکانیکی متحرک خود، برای ضبط سیگنال هایی که در عرض چند ثانیه، دقیقه یا حتی آهسته تر تغییر می کنند، مناسب هستند. اسیلوسکوپ های الکترونیکی قادر به ضبط سیگنال هایی هستند که در طول زمان از میلیونم ثانیه تا چند ثانیه تغییر می کنند.
پل های اندازه گیری
پل اندازه گیری معمولاً چهار بازویی است مدار الکتریکی، متشکل از مقاومت ها، خازن ها و سلف ها هستند که برای تعیین نسبت پارامترهای این اجزا طراحی شده اند. یک منبع تغذیه به یک جفت قطب مخالف مدار و یک آشکارساز تهی به دیگری متصل است. پل های اندازه گیری فقط در مواردی استفاده می شود که بالاترین دقت اندازه گیری مورد نیاز باشد. (برای اندازه گیری های با دقت متوسط، بهتر است از ابزارهای دیجیتال استفاده کنید، زیرا کار با آنها آسان تر است.) بهترین پل های اندازه گیری ترانسفورماتور AC دارای خطای (اندازه گیری نسبت) در حد 0.0000001٪ هستند. ساده ترین پل برای اندازه گیری مقاومت به نام مخترع آن چارلز ویتستون نامگذاری شده است.
پل اندازه گیری دو DC.اتصال سیم های مسی به یک مقاومت بدون ایجاد مقاومت تماسی در حد 0.0001 اهم یا بیشتر دشوار است. در مورد مقاومت 1 اهم، چنین جریانی خطای 0.01٪ را ایجاد می کند، اما برای مقاومت 0.001 Ohm خطا 10٪ خواهد بود. پل اندازه گیری دوبل (پل تامسون) که نمودار آن در شکل نشان داده شده است. 2، برای اندازه گیری مقاومت مقاومت های مرجع کم ارزش طراحی شده است. مقاومت چنین مقاومت های مرجع چهار قطبی به عنوان نسبت ولتاژ در پایانه های بالقوه آنها (p1، p2 مقاومت Rs و p3، p4 مقاومت Rx در شکل 2) به جریان عبوری از پایانه های فعلی آنها (c1, c2 و c3، c4). با استفاده از این تکنیک، مقاومت سیم های اتصال، خطا را در نتیجه اندازه گیری مقاومت مورد نظر وارد نمی کند. دو بازوی اضافی m و n تاثیر سیم اتصال 1 را بین پایانه های c2 و c3 از بین می برد. مقاومت های m و n این بازوها طوری انتخاب می شوند که برابری M/m = N/n برآورده شود. سپس با تغییر مقاومت Rs عدم تعادل به صفر می رسد و Rx=Rs(N/M) پیدا می شود.

پل های اندازه گیری ACرایج ترین پل های اندازه گیری AC برای اندازه گیری فرکانس خط 50-60 هرتز یا فرکانس های صوتی (معمولاً در حدود 1000 هرتز) طراحی شده اند. پل های اندازه گیری تخصصی در فرکانس های تا 100 مگاهرتز کار می کنند. به عنوان یک قاعده، در پل های اندازه گیری AC، به جای دو بازو که دقیقاً نسبت ولتاژ را تنظیم می کنند، از ترانسفورماتور استفاده می شود. از استثناهای این قانون می توان به پل اندازه گیری Maxwell-Wien اشاره کرد.
پل اندازه گیری ماکسول - وین.چنین پل اندازه گیری امکان مقایسه استانداردهای اندوکتانس (L) با استانداردهای خازن را در فرکانس کاری که دقیقاً مشخص نیست، می دهد. استانداردهای خازن در اندازه‌گیری‌های با دقت بالا استفاده می‌شوند، زیرا از نظر طراحی ساده‌تر از استانداردهای اندوکتانس دقیق، فشرده‌تر، محافظت آسان‌تر هستند و عملاً هیچ میدان الکترومغناطیسی خارجی ایجاد نمی‌کنند. شرایط تعادل این پل اندازه گیری به شرح زیر است: Lx = R2R3C1 و Rx = (R2R3) / R1 (شکل 3). اگر مقدار Lx مستقل از فرکانس باشد، پل حتی در مورد منبع تغذیه "ناخالص" (یعنی منبع سیگنال حاوی هارمونیک های فرکانس اصلی) متعادل است.

که در آن T دوره سیگنال Y(t) است. حداکثر مقدار Ymax بزرگترین مقدار لحظه ای سیگنال است و میانگین مقدار مطلق YAA مقدار مطلق میانگین در طول زمان است. با شکل نوسان سینوسی، Yeff = 0.707Ymax و YAA = 0.637Ymax.
اندازه گیری ولتاژ و جریان ACتقریباً تمام ابزارهای اندازه گیری ولتاژ و جریان AC مقداری را نشان می دهند که پیشنهاد می شود به عنوان مقدار مؤثر سیگنال ورودی در نظر گرفته شود. با این حال، ابزارهای ارزان قیمت اغلب در واقع میانگین مطلق یا را اندازه گیری می کنند حداکثر مقدارسیگنال، و مقیاس به گونه‌ای کالیبره می‌شود که با فرض اینکه سیگنال ورودی سینوسی است، قرائت با مقدار مؤثر معادل مطابقت داشته باشد. این نکته را نباید نادیده گرفت که در صورت غیر سینوسی بودن سیگنال، دقت چنین دستگاه هایی بسیار کم است. ابزارهایی که قادر به اندازه گیری مقدار واقعی rms سیگنال های AC هستند می توانند بر اساس یکی از سه اصل باشد: ضرب الکترونیکی، نمونه گیری سیگنال یا تبدیل حرارتی. دستگاه های مبتنی بر دو اصل اول، به عنوان یک قاعده، به ولتاژ، و ابزار اندازه گیری الکتریکی حرارتی - به جریان پاسخ می دهند. هنگام استفاده از مقاومت های اضافی و شنت، همه دستگاه ها می توانند هم جریان و هم ولتاژ را اندازه گیری کنند.
ضرب الکترونیکیمربع و میانگین گیری در طول زمان سیگنال ورودی تا حدودی تقریبی انجام می شود مدارهای الکترونیکیبا تقویت کننده ها و عناصر غیر خطی برای انجام چنین عملیات ریاضیمانند یافتن لگاریتم و آنتی لگاریتم سیگنال های آنالوگ. دستگاه هایی از این نوع می توانند خطای فقط 0.009٪ داشته باشند.
نمونه گیری سیگنالسیگنال AC با استفاده از یک ADC پرسرعت به شکل دیجیتال تبدیل می شود. مقادیر سیگنال نمونه برداری شده، مجذور، جمع و تقسیم بر تعداد مقادیر نمونه برداری شده در یک دوره سیگنال هستند. خطای چنین دستگاه هایی 0.01-0.1٪ است.
ابزار اندازه گیری الکتریکی حرارتی.بالاترین دقت اندازه گیری مقادیر موثر ولتاژ و جریان توسط ابزار اندازه گیری الکتریکی حرارتی ارائه می شود. آنها از یک مبدل جریان حرارتی به شکل یک ظرف شیشه ای کوچک تخلیه شده با یک سیم گرم کننده (طول 0.5-1 سانتی متر) استفاده می کنند که به قسمت میانی آن یک اتصال گرم ترموکوپل با یک مهره کوچک وصل شده است. مهره تماس حرارتی و در عین حال عایق الکتریکی را فراهم می کند. با افزایش دما، که مستقیماً با مقدار مؤثر جریان در سیم گرمایشی مرتبط است، یک ترمو-EMF (ولتاژ جریان مستقیم) در خروجی ترموکوپل ظاهر می شود. چنین مبدل هایی برای اندازه گیری جریان AC با فرکانس 20 هرتز تا 10 مگاهرتز مناسب هستند. در شکل 5 نشان داده شده است نمودار مداردستگاه اندازه گیری الکتریکی حرارتی با دو مبدل جریان حرارتی انتخاب شده با توجه به پارامترها. هنگامی که یک ولتاژ جریان متناوب Vac به ورودی مدار اعمال می شود، یک ولتاژ جریان مستقیم در خروجی ترموکوپل مبدل TC1 ظاهر می شود، تقویت کننده A یک جریان مستقیم در سیم گرمایش مبدل TC2 ایجاد می کند که در آن ترموکوپل دومی همان ولتاژ جریان مستقیم را تولید می کند و یک دستگاه جریان مستقیم معمولی جریان خروجی را اندازه گیری می کند.

اگر زمان (t1 - t2) بر حسب ثانیه، ولتاژ e - بر حسب ولت، و جریان i - بر حسب آمپر اندازه‌گیری شود، انرژی W بر حسب وات-ثانیه بیان می‌شود. ژول (1 J = 1 Wh). اگر زمان بر حسب ساعت اندازه گیری شود، انرژی بر حسب وات ساعت اندازه گیری می شود. در عمل، بیان برق در کیلووات ساعت (1 کیلووات * ساعت = 1000 وات ساعت) راحت تر است.
کنتورهای برق با اشتراک زمانیکنتورهای برق با اشتراک زمانی از یک روش بسیار منحصر به فرد اما دقیق برای اندازه گیری توان الکتریکی استفاده می کنند. این دستگاه دارای دو کانال می باشد. یک کانال یک سوئیچ الکترونیکی است که سیگنال ورودی Y (یا سیگنال ورودی -Y معکوس) را به فیلتر پایین گذر ارسال می کند یا نمی دهد. وضعیت کلید توسط سیگنال خروجی کانال دوم با نسبت فواصل زمانی "بسته"/"باز" ​​متناسب با سیگنال ورودی آن کنترل می شود. میانگین سیگنال در خروجی فیلتر برابر است با میانگین زمانی حاصلضرب دو سیگنال ورودی. اگر یک سیگنال ورودی متناسب با ولتاژ بار و دیگری متناسب با جریان بار باشد، ولتاژ خروجی متناسب با توان مصرفی بار است. خطای چنین شمارنده های صنعتی 0.02٪ در فرکانس های تا 3 کیلوهرتز است (آزمایشگاه ها فقط 0.0001٪ در 60 هرتز هستند). به عنوان ابزار دقیق، آنها به عنوان شمارنده استاندارد برای بررسی ابزارهای اندازه گیری کار استفاده می شوند.
نمونه برداری از وات متر و کنتور برق.چنین دستگاه هایی بر اساس اصل یک ولت متر دیجیتال هستند، اما دارای دو کانال ورودی هستند که سیگنال های جریان و ولتاژ را به صورت موازی نمونه برداری می کنند. هر مقدار نمونه e(k)، که نشان دهنده مقادیر لحظه ای سیگنال ولتاژ در زمان نمونه برداری است، در مقدار نمونه متناظر i(k) سیگنال جریان بدست آمده در همان زمان ضرب می شود. میانگین زمانی چنین محصولاتی توان بر حسب وات است:

جمع کننده ای که محصولات مقادیر گسسته را در طول زمان انباشته می کند، کل برق را بر حسب وات-ساعت می دهد. خطای کنتورهای برق می تواند 0.01 درصد باشد.
کنتور برق القایییک متر القایی چیزی نیست جز یک موتور الکتریکی AC کم مصرف با دو سیم پیچ - یک سیم پیچ جریان و یک سیم پیچ ولتاژ. یک دیسک رسانا که بین سیم پیچ ها قرار می گیرد تحت تأثیر گشتاور متناسب با توان مصرفی می چرخد. این گشتاور توسط جریان های القا شده در دیسک توسط یک آهنربای دائمی متعادل می شود، به طوری که سرعت چرخش دیسک متناسب با توان مصرفی است. تعداد دور دیسک برای یک زمان معین متناسب با کل برق دریافتی مصرف کننده در این زمان است. تعداد دورهای دیسک توسط یک شمارنده مکانیکی شمارش می شود که برق را بر حسب کیلووات ساعت نشان می دهد. دستگاه هایی از این نوع به طور گسترده ای به عنوان کنتور برق خانگی استفاده می شود. خطای آنها معمولاً 0.5٪ است. آنها عمر طولانی دارند تحت هر سطوح مجازجاری
- اندازه گیری کمیت های الکتریکی: ولتاژ الکتریکی، مقاومت الکتریکی، جریان، فرکانس و فاز جریان متناوب، توان جریان، انرژی الکتریکی، بار الکتریکی، اندوکتانس، ظرفیت الکتریکی و غیره... دایره المعارف بزرگ شوروی

اندازه گیری های الکتریکی- - [V.A. Semenov. فرهنگ لغت انگلیسی-روسی در مورد حفاظت رله] موضوعات حفاظت رله EN اندازه گیری الکتریکی اندازه گیری برق ... راهنمای مترجم فنی

دستگاه های اندازه گیری E. ابزار و وسایلی هستند که برای اندازه گیری E. و همچنین کمیت های مغناطیسی استفاده می شوند. اکثر اندازه گیری ها به تعیین جریان، ولتاژ (تفاوت پتانسیل) و مقدار الکتریسیته انجام می شود. فرهنگ لغت دایره المعارف F.A. بروکهاوس و I.A. افرون - مجموعه ای از عناصر و دستگاه هایی که به روشی خاص متصل شده اند و مسیری را برای عبور تشکیل می دهند جریان الکتریکی. تئوری مدار بخشی از مهندسی برق نظری است که به روش‌های ریاضی برای محاسبه برق می‌پردازد. دایره المعارف کولیر

اندازه گیری های آیرودینامیکی دایره المعارف "هوانوردی"

اندازه گیری های آیرودینامیکی- برنج 1. آیرودینامیکی فرآیند یافتن تجربی مقادیر مقادیر فیزیکی در یک آزمایش آیرودینامیکی با استفاده از ابزارهای فنی مناسب را اندازه‌گیری می‌کند. دو نوع I.A وجود دارد: استاتیک و پویا. در …… دایره المعارف "هوانوردی"

برقی - 4. کدهای برقطراحی شبکه های پخش رادیویی M., Svyazizdat, 1961. 80 ص.