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 طبقه بندی اندازه گیری ها را مورد بحث قرار می دهد که مهمترین آنها برای . چنین طبقه بندی می تواند شامل طبقه بندی اندازه گیری ها از دیدگاه روش شناختی باشد، یعنی بسته به روش 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 (اندازه گیری) روش ها) و طبقه بندی اندازه گیری ها بسته به دینامیک مقادیر اندازه گیری شده.

انواع اندازه گیری های الکتریکی

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

جهت اندازه گیری مستقیمشامل مواردی است که نتیجه آنها مستقیماً از داده های تجربی به دست آمده است. اندازه گیری مستقیم را می توان به صورت مشروط 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 فارغ التحصیل در واحدهای مستقر.

به عنوان مثال اندازه گیری قدرت 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 یک اندازه گیری تعیین می شود. ابزارهای استفاده شده و سادگی (یا پیچیدگی) آزمایش در طبقه بندی یک اندازه گیری به عنوان یک اندازه گیری 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. با اندازه گیری های غیر مستقیم، مقدار عددی کمیت اندازه گیری شده با محاسبه با فرمول Y = F(Xl, X2 ... Xn) تعیین می شود، که در آن Y مقدار مورد نظر کمیت 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 جریان مستقیمآمپرمتر و ولت متر

اندازه گیری های مشترکبه مواردی گفته می شود که در آنها مقادیر مورد نظر مقادیر با نام مخالف با حل یک سیستم معادلات مربوط به مقادیر مقادیر مورد نظر با مقادیر مستقیم اندازه گیری شده تعیین می شود. 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 روش‌های استفاده از اصول و ابزار اندازه‌گیری، همه روش‌ها به روش‌های ارزیابی مستقیم و روش‌های مقایسه تقسیم می‌شوند.

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 ابزار واحد 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. به این ترتیب، انگروش های مقایسه مشارکت مستقیم اقدامات در فرآیند اندازه گیری است.

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

روش تهی روشی برای مقایسه یک کمیت اندازه گیری شده با اندازه گیری است که در آن اثر خالص کمیت ها بر شاخص به صفر کاهش می یابد. بنابراین، هنگامی که به تعادل می رسد، یک پدیده خاص ناپدید می شود، به عنوان مثال، جریان در یک بخش مدار یا ولتاژ در سراسر 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 نیز حاصل می شود.

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

در روش دیفرانسیلو همچنین در صفر، کمیت اندازه‌گیری‌شده به‌طور مستقیم یا غیرمستقیم با اندازه‌گیری مقایسه می‌شود، و مقدار کمیت اندازه‌گیری‌شده در نتیجه مقایسه با تفاوت بین اثراتی که به‌طور هم‌زمان توسط این کمیت‌ها ایجاد می‌شود و با مقدار شناخته شده قضاوت می‌شود. با اندازه گیری تکثیر می شود. بنابراین، در روش دیفرانسیل تعادل ناقص کمیت اندازه گیری شده وجود دارد و این تفاوت بین روش دیفرانسیل و صفر یک است.

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

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

روش جایگزینیشامل اندازه گیری متناوب مقدار مورد نظر با ابزار و اندازه گیری با همان ابزار اندازه گیری است که یک مقدار همگن را با مقدار 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 خوانش 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 مقاومت کنترل شده و مقاومت مرجع باشد. منبع تغذیه مدار در حین اندازه گیری ها باید از همان منبع جریان باشد. مقاومت منبع جریان و دستگاهی که جریان را اندازه گیری می کند باید در مقایسه با مقاومت های متغیر و نمونه 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 اندازه گیری های الکتریکی، به عنوان مثال، اندازه گیری سرعت چرخش بدن با استروبوسکوپ است.

بیشتر اشاره خواهیم کرد طبقه بندی اندازه گیری ها بر اساس تغییر در زمان مقدار اندازه گیری شده. بسته به اینکه آیا مقدار اندازه گیری شده در طول زمان تغییر می کند یا بدون تغییر در طول فرآیند اندازه گیری باقی می ماند، اندازه گیری های استاتیک و دینامیکی از هم متمایز می شوند. اندازه گیری های ایستا اندازه گیری مقادیر ثابت یا ثابت هستند. اینها شامل اندازه گیری مقادیر موثر 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 حین اندازه گیری های دینامیکی، ابزارهای اندازه گیری به شما اجازه می دهند که مقادیر کمیت اندازه گیری شده را به طور مداوم نظارت کنید، چنین اندازه گیری هایی پیوسته نامیده می شوند.

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، کنترل گام به گام پارامترهای آنها مورد نیاز است. تعریف صحیح کارکرد مجموعه کنترل و اندازه گیری آتی مستلزم تعریف انواع کنترل الکتریکی صنعتی یا آزمایشگاهی، کامل یا انتخابی، آماری یا تک، مطلق یا نسبی و غیره است.

در ساختار تولید محصولات، انواع کنترل های زیر متمایز می شود:

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

در تولید برد مدار چاپیو قطعات الکترونیکی (منطقه چرخه 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، در تولید مدرن، سیستم های کنترل الکتریکی از نوع آداپتور و همچنین سیستم هایی با پروب های "پرواز" با موفقیت استفاده می شود.

ساخت قطعات در یک بسته (چرخه تولید بسته بندی)، به نوبه خود، به کنترل پارامتری ورودی کریستال ها و بسته های جداگانه، کنترل متقابل بعدی پس از جوش نشدن تراشه لیدها یا نصب آن، و در نهایت، کنترل پارامتری و عملکردی نیاز دارد. محصول نهایی.

برای ساخت قطعات نیمه هادی و مدارهای مجتمع (تولید کریستال)، کنترل دقیق تری مورد نیاز است. مشخصات الکتریکی. در ابتدا لازم است خواص صفحه اعم از سطحی و حجیم 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 روی صفحه، لازم است کنترل پارامتری و عملکردی، اندازه گیری ویژگی های استاتیکی و دینامیکی، کنترل یکپارچگی سیگنال، تجزیه و تحلیل خواص سازه و بررسی عملکرد انجام شود.

اندازه گیری پارامتریک:

تجزیه و تحلیل پارامتریک شامل مجموعه ای از روش ها برای اندازه گیری و کنترل قابلیت اطمینان پارامترهای ولتاژ، جریان و توان، بدون کنترل عملکرد دستگاه است. اندازه‌گیری پارامترهای الکتریکی شامل اعمال یک محرک الکتریکی به دستگاه تحت اندازه‌گیری (DUT) و اندازه‌گیری پاسخ DUT است. اندازه‌گیری‌های پارامتریک بر روی جریان مستقیم (اندازه‌گیری استاندارد DC مشخصه‌های جریان-ولتاژ (CVC)، اندازه‌گیری مدارهای قدرت و غیره) انجام می‌شود. فرکانس های پایین(اندازه گیری های چند فرکانس مشخصه های خازن-ولتاژ (CVC)، اندازه گیری امپدانس و ایمیتانس پیچیده، تجزیه و تحلیل مواد و غیره)، اندازه گیری پالس (ویژگی های IV پالسی، اشکال زدایی زمان پاسخ و غیره). برای حل مشکلات اندازه گیری پارامتری، تعداد زیادی تجهیزات کنترل و اندازه گیری تخصصی استفاده می شود: ژنراتورهای سیگنال شکل موج دلخواه، منابع تغذیه (DC و جریان متناوبمنبع 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 IV در شبه استاتیک و حالت های پالس;
• اندازه گیری ویژگی های CV در حالت های شبه استاتیک و چند فرکانس.
• خصوصیات اجزای نیمه هادی.
• تجزیه و تحلیل شکست

اندازه گیری های عملکردی:

تحلیل عملکردی شامل مجموعه ای از تکنیک ها برای اندازه گیری و کنترل عملکرد یک دستگاه در حین انجام عملیات اساسی است. این تکنیک ها ساخت یک مدل (فیزیکی، فشرده یا رفتاری) از دستگاه را بر اساس داده های به دست آمده در طول فرآیند اندازه گیری ممکن می سازد. تجزیه و تحلیل داده های به دست آمده امکان کنترل پایداری ویژگی های دستگاه های تولید شده، مطالعه آنها و توسعه موارد جدید، اشکال زدایی فرآیندهای تکنولوژیکی و تصحیح توپولوژی را فراهم می کند. برای حل مشکلات اندازه گیری های عملکردی، از تعداد زیادی تجهیزات کنترل و اندازه گیری تخصصی استفاده می شود: اسیلوسکوپ، آنالایزر شبکه، فرکانس متر، نویز متر، توان سنج، آنالایزر طیف، آشکارساز و بسیاری دیگر و همچنین تعداد زیادی لوازم جانبی. ، لوازم جانبی و لوازم جانبی.

کاربرد:

• اندازه گیری سیگنال های ضعیف: پارامترهای انتقال و بازتاب سیگنال ها، کنترل دستکاری.
• اندازه گیری سیگنال های قوی: فشرده سازی بهره، 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.
• تأیید 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 مشخص شود. توسعه فعال میکرو و نانو الکترونیک منجر به نیاز به اندازه گیری های دقیق و قابل اعتماد بر روی ویفر شده است که تنها با تماس با کیفیت بالا، پایدار و قابل اعتماد که DUT را از بین نمی برد امکان پذیر است. راه‌حل این مشکلات از طریق استفاده از ایستگاه‌های کاوشگر، به‌ویژه برای نوع خاصی از اندازه‌گیری طراحی شده‌اند و کنترل پروب را انجام می‌دهند. ایستگاه ها به طور خاص برای حذف تأثیرات خارجی، سر و صدای خود و حفظ "خالص" آزمایش طراحی شده اند. تمام اندازه گیری ها در سطح صفحات / قطعات، قبل از جداسازی آن به کریستال و بسته بندی داده می شود.

کاربرد:

• اندازه گیری غلظت حامل های بار.
• اندازه گیری مقاومت سطحی و حجمی؛
• تجزیه و تحلیل کیفیت مواد نیمه هادی؛
• انجام کنترل پارامتریک در سطح صفحه.
• رفتار تحلیل عملکردی در سطح صفحه.
• انجام اندازه گیری و کنترل 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 فرستنده گیرنده ها و سیستم های تغذیه آنتن و همچنین ایمنی نویز آنها نیاز به ویژه ای دارد. شرایط خارجیانجام آزمایش اندازه گیری RF نیاز به یک رویکرد جداگانه دارد. نه تنها ویژگی‌های گیرنده و فرستنده، بلکه محیط الکترومغناطیسی خارجی (به استثنای برهمکنش ویژگی‌های زمان، فرکانس و توان، و علاوه بر آن مکان همه عناصر سیستم نسبت به یکدیگر و طراحی فعال عناصر) به تأثیر خود کمک می کنند.

کاربرد:

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

اندازه گیری های الکتروفیزیکی:

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

کاربرد:

• اندازه گیری شدت، طول موج و جهت تابش، CVC، شار نور و طیف LED.
• اندازه گیری حساسیت و نویز، CVC، 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.

اندازه‌گیری‌های الکتریکی شامل اندازه‌گیری مقادیر فیزیکی مانند ولتاژ، مقاومت، جریان، 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) کمیت اندازه گیری شده و همچنین به دقت اندازه گیری مورد نیاز بستگی دارد. اندازه‌گیری‌های الکتریکی از واحدهای اصلی سیستم SI استفاده می‌کنند: ولت (V)، اهم (اهم)، فاراد (F)، هنری (G)، آمپر (A) و ثانیه (s).

اندازه گیری الکتریکی- این یافتن (با 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 کمیت های الکتریکی تعیین شده توسط قراردادهای بین المللی مملو از مشکلات است، آنها به عنوان استانداردهای "عملی" واحدهای کمیت های الکتریکی ارائه می شوند.

استانداردها توسط آزمایشگاه های مترولوژی دولتی حفظ می شود 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 دولتی اندازه‌شناسی کشورهای صنعتی توافقنامه‌ای را در مورد هماهنگی کلیه استانداردهای عملی واحدهای کمیت‌های الکتریکی بین خود و با تعاریف بین‌المللی واحدهای این مقادیر امضا کردند.

اندازه گیری های الکتریکی مطابق با استانداردهای دولتی برای ولتاژ و جریان DC، مقاومت DC، اندوکتانس و خازن انجام می شود. چنین استانداردهایی دستگاه‌هایی هستند که دارای ویژگی‌های الکتریکی پایدار یا تأسیساتی هستند که در آنها، بر اساس برخی پدیده‌های فیزیکی، یک کمیت الکتریکی تولید می‌شود که از مقادیر شناخته شده ثابت‌های فیزیکی اساسی محاسبه می‌شود. استانداردهای وات و وات ساعت پشتیبانی نمی شوند، زیرا محاسبه مقادیر این واحدها با تعریف معادلاتی که آنها را به واحدهای مقادیر دیگر مرتبط می کند، منطقی 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 نمایشگر دیجیتالی است که مقدار اندازه گیری شده را به صورت عدد نشان می دهد.

گیج‌های 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 با دقت متوسط ​​تا بالا و همچنین ولتاژ و جریان AC استفاده می شود.

دستگاه‌های آنالوگ به تدریج با دستگاه‌های دیجیتال جایگزین می‌شوند، اگرچه هنوز هم در مواردی کاربرد پیدا می‌کنند که هزینه پایین مهم است و به دقت بالا نیازی نیست. برای دقیق ترین اندازه گیری مقاومت و امپدانس (امپدانس)، پل های اندازه گیری و سایر مترهای تخصصی وجود دارد. دستگاه های ضبط برای ثبت روند تغییر در مقدار اندازه گیری شده در طول زمان استفاده می شود - ضبط صوت 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 روش ها و وسایل الکتریکی تبدیل می کند دستگاه های الکتریکیتقریباً در اندازه گیری تمام کمیت های فیزیکی استفاده می شود.

دامنه ابزارهای اندازه گیری الکتریکی:

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

· فرآیندهای فناوری در مهندسی قدرت، متالورژی، صنایع شیمیایی و غیره؛

· حمل و نقل؛

اکتشاف و تولید مواد معدنی؛

کارهای 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، شرایط و زمینه‌های مختلف 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 می‌کنند، نیاز به تغذیه جسم اندازه‌گیری از یک منبع خارجی انرژی الکتریکی دارد. برای اندازه گیری پارامترهای سیگنال پاسخ.
روش ها و ابزار اندازه گیری الکتریکی در مدارهای DC و AC به طور قابل توجهی متفاوت است. در مدارهای AC، آنها به فرکانس و ماهیت تغییر در کمیت ها و همچنین به ویژگی های کمیت های الکتریکی متغیر (آنی، موثر، حداکثر، متوسط) بستگی دارند.

برای اندازه‌گیری‌های الکتریکی در مدارهای DC، ابزارهای اندازه‌گیری مغناطیسی الکتریکی و دستگاه‌های اندازه‌گیری دیجیتال بیشترین استفاده را دارند. برای اندازه‌گیری‌های الکتریکی در مدارهای AC - دستگاه‌های الکترومغناطیسی، دستگاه‌های الکترودینامیک، دستگاه‌های القایی، دستگاه‌های الکترواستاتیک، کنتورهای الکتریکی یکسوکننده، اسیلوسکوپ‌ها، کنتورهای دیجیتال. برخی از این دستگاه ها برای اندازه گیری های الکتریکی در مدارهای AC و DC استفاده می شوند.

مقادیر مقادیر الکتریکی اندازه گیری شده تقریباً در محدوده است: قدرت جریان - از تا A، ولتاژ - از تا V، مقاومت - از تا اهم، توان - از W تا ده ها گیگاوات، فرکانس جریان متناوب - از تا هرتز . محدوده مقادیر اندازه گیری شده کمیت های الکتریکی تمایل پیوسته 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 تفکیک شده‌اند که روش‌ها و ابزار خاصی برای اندازه‌گیری‌های الکتریکی را توسعه می‌دهند.

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

حدود خطاهای مجاز در اندازه گیری های الکتریکی از تقریباً واحد تا درصد متغیر است. برای اندازه‌گیری‌های نسبتاً خشن، از ابزارهای اندازه‌گیری مستقیم استفاده می‌شود. 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 ابزار اندازه گیری ثانویه، انتقال سیگنال های خروجی الکتریکی سنسورها از راه دور و برای افزایش مصونیت نویز سیگنال های ارسالی، از مبدل های مختلف اندازه گیری میانی الکتریکی استفاده می شود که به طور همزمان، به عنوان یک قاعده، انجام می شود. عملکردهای تقویت (کمتر، تضعیف) سیگنال های الکتریکی، و همچنین تبدیل غیرخطی برای جبران غیرخطی بودن سنسورها.

هر سیگنال الکتریکی (مقادیر) را می توان به ورودی مبدل های اندازه گیری میانی اعمال کرد، در حالی که سیگنال های الکتریکی یکپارچه جریان مستقیم، سینوسی یا پالسی (ولتاژ) اغلب به عنوان سیگنال های خروجی استفاده می شوند. سیگنال های خروجی AC از مدولاسیون دامنه، فرکانس یا فاز استفاده می کنند. مبدل های دیجیتال به عنوان مبدل های اندازه گیری میانی روز به روز گسترش می یابند.

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

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 دیگران. دستاوردهای الکترونیک به طور گسترده در تکنیک اندازه گیری معرفی شده است، از کوچک سازی ابزارهای اندازه گیری استفاده می شود، رابط آنها با فناوری رایانه، اتوماسیون فرآیندهای اندازه گیری الکتریکی، و همچنین یکسان سازی الزامات اندازه شناسی و سایر الزامات برای آنها

طرح

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

کتابشناسی - فهرست کتب

مقدمه

اندازه‌گیری، یافتن مقدار یک کمیت فیزیکی به صورت تجربی، با کمک ابزارهای فنی خاص - ابزار اندازه‌گیری نامیده می‌شود.

بنابراین، اندازه‌گیری 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 می‌شود.

نتیجه 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 واقعی و ارزش های واقعیکمیت فیزیکی اندازه گیری شده - خطاهای اندازه گیری.

پارامترهای اصلی مدارهای الکتریکی عبارتند از: قدرت 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: اولی روش اندازه گیری مستقیم و دومی روش اندازه گیری غیر مستقیم.

روش اندازه گیری مستقیم شامل به دست آوردن نتیجه به طور مستقیم از تجربه است. اندازه گیری غیر مستقیم اندازه گیری است که در آن مقدار مورد نظر بر اساس یک رابطه شناخته شده بین این مقدار و مقدار به دست آمده در نتیجه اندازه گیری مستقیم پیدا می شود.

ابزارهای اندازه گیری الکتریکی - دسته ای از دستگاه هایی که برای اندازه گیری مقادیر مختلف الکتریکی استفاده می شوند. گروه ابزارهای اندازه گیری الکتریکی علاوه بر ابزار اندازه گیری واقعی، سایر ابزارهای اندازه گیری - اندازه گیری 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 توجه به روش ارائه نتایج اندازه گیری (نمایش و ضبط)؛ با توجه به روش اندازه گیری (دستگاه های ارزیابی مستقیم و دستگاه های مقایسه)؛ با توجه به روش کاربرد و طراحی (پانل برد، قابل حمل و ثابت)؛ طبق اصل کار (الکترومکانیکی - مغناطیسی، الکترومغناطیسی، الکترودینامیکی، الکترواستاتیکی، فرودینامیکی، القایی، مغناطیسی، الکترونیکی، ترموالکتریک، الکتروشیمیایی).

در این مقاله سعی خواهم کرد در مورد دستگاه، اصل کارکرد، توضیحات و توضیح مختصرابزارهای اندازه گیری الکتریکی از کلاس الکترومکانیکی.

اندازه گیری جریان

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

رایج ترین آمپرمترها که در آن قسمت متحرک دستگاه با یک فلش از طریق زاویه ای متناسب با مقدار جریان اندازه گیری شده می چرخد.

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

آمپرمترهای مغناطیسی قدرت جریان مستقیم را اندازه گیری می کنند. القایی و آشکارساز - برق AC؛ 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 الکتریکی بر اساس ایجاد گشتاور است، به دلیل تعامل بین میدان آهنربای دائمی و جریانی که از سیم پیچ قاب می گذرد. یک فلش به قاب متصل است که در امتداد مقیاس حرکت می کند. زاویه چرخش فلش با شدت جریان متناسب است.

آمپرمترهای الکترودینامیکی شامل یک سیم پیچ ثابت و یک سیم پیچ متحرک هستند که به صورت موازی یا سری به هم متصل شده اند. برهمکنش جریان هایی که از سیم پیچ ها می گذرد 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 همچنین سیستم‌های حرارتی در جدول 1 آورده شده است.

میز 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 موازات 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. با قرار ملاقات: جریان مستقیم; جریان متناوب؛ تکانه؛ 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، الکترودینامیک، الکترومغناطیسی و همچنین حرارتی در جدول 2 ارائه شده است.

جدول 2. ولت متر و میلی ولت متر

برای اندازه گیری در مدارهای DC، از دستگاه های ترکیبی سیستم مغناطیسی، آمپر-ولت متر استفاده می شود. اطلاعات فنی برای 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 در مدارهای DC و AC اندازه‌گیری جریان‌ها و مقاومت‌های مستقیم و متناوب را فراهم می‌کنند و برخی نیز ظرفیت المان‌ها را در محدوده بسیار وسیعی اندازه‌گیری می‌کنند، فشرده هستند، منبع تغذیه مستقل دارند، که آنها را تضمین می‌کند. کاربرد گسترده. کلاس دقت این نوع دستگاه ها در جریان مستقیم 2.5 است. روی یک 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) کمیت اندازه گیری شده و همچنین به دقت اندازه گیری مورد نیاز بستگی دارد. اندازه‌گیری‌های الکتریکی از واحدهای اصلی سیستم SI استفاده می‌کنند: ولت (V)، اهم (اهم)، فاراد (F)، هنری (G)، آمپر (A) و ثانیه (s).
استانداردهای واحدهای ارزش الکتریکی
اندازه‌گیری الکتریکی یافته‌ای (با روش‌های تجربی) از مقدار یک کمیت فیزیکی است که در واحدهای مناسب بیان می‌شود (مثلاً 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 موافقت نامه های بین المللی مملو از مشکلات است، آنها به عنوان استانداردهای "عملی" واحدهای کمیت های الکتریکی ارائه می شوند. چنین استانداردهایی توسط آزمایشگاه های مترولوژی دولتی کشورهای مختلف پشتیبانی می شود. به عنوان مثال، در ایالات متحده، مؤسسه ملی استاندارد و فناوری از نظر قانونی مسئول حفظ استانداردهای واحد الکتریکی است. 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 دولتی اندازه‌شناسی کشورهای صنعتی توافقنامه‌ای را در مورد هماهنگی کلیه استانداردهای عملی واحدهای کمیت‌های الکتریکی بین خود و با تعاریف بین‌المللی واحدهای این مقادیر امضا کردند. اندازه گیری های الکتریکی مطابق با استانداردهای دولتی برای ولتاژ و جریان DC، مقاومت DC، اندوکتانس و خازن انجام می شود. چنین استانداردهایی دستگاه‌هایی هستند که دارای ویژگی‌های الکتریکی پایدار یا تأسیساتی هستند که در آنها، بر اساس برخی پدیده‌های فیزیکی، یک کمیت الکتریکی تولید می‌شود که از مقادیر شناخته شده ثابت‌های فیزیکی اساسی محاسبه می‌شود. استانداردهای وات و وات ساعت پشتیبانی نمی شوند، زیرا محاسبه مقادیر این واحدها با تعریف معادلاتی که آنها را به واحدهای مقادیر دیگر مرتبط می کند، منطقی 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 نمایشگر دیجیتالی است که مقدار اندازه گیری شده را به صورت عدد نشان می دهد. سنج‌های دیجیتال برای اکثر اندازه‌گیری‌ها ترجیح داده می‌شوند زیرا دقیق‌تر، خواندن آسان‌تر و عموماً متنوع‌تر هستند. مولتی متر دیجیتال ("مولتی متر") و ولت متر دیجیتال برای اندازه گیری، با دقت متوسط ​​تا بالا، مقاومت DC، و همچنین ولتاژ و جریان AC استفاده می شود. دستگاه‌های آنالوگ به تدریج با دستگاه‌های دیجیتال جایگزین می‌شوند، اگرچه هنوز هم در مواردی کاربرد پیدا می‌کنند که هزینه پایین مهم است و به دقت بالا نیازی نیست. برای دقیق ترین اندازه گیری مقاومت و امپدانس (امپدانس)، پل های اندازه گیری و سایر مترهای تخصصی وجود دارد. دستگاه های ضبط برای ثبت روند تغییر در مقدار اندازه گیری شده در طول زمان استفاده می شود - ضبط صوت و اسیلوسکوپ های الکترونیکی، آنالوگ و دیجیتال.
ابزار دیجیتال
در تمام دیجیتال ابزار اندازه گیری(به جز ساده ترین) از تقویت کننده ها و سایر قطعات الکترونیکی برای تبدیل سیگنال ورودی به سیگنال ولتاژ استفاده می شود که سپس توسط یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) به شکل دیجیتال تبدیل می شود. عددی که مقدار اندازه گیری شده را بیان می کند بر روی یک نشانگر LED (LED)، فلورسنت خلاء یا کریستال مایع (LCD) (نمایشگر) نمایش داده می شود. این دستگاه معمولاً تحت کنترل یک ریزپردازنده تعبیه شده کار می کند و در دستگاه های ساده، ریزپردازنده با یک ADC در یک مدار مجتمع واحد ترکیب می شود. ابزارهای دیجیتال هنگام اتصال به رایانه خارجی برای کار بسیار مناسب هستند. در برخی از انواع اندازه گیری ها، چنین رایانه ای عملکردهای اندازه گیری ابزار را تغییر می دهد و دستورات انتقال داده را برای پردازش آنها صادر می کند.
مبدل های آنالوگ به دیجیتالسه نوع اصلی ADC وجود دارد: یکپارچه سازی، تقریب متوالی و موازی. 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 در محدوده 0.001 تا 50 ثانیه یا بیشتر است، خطا 0.1-0.0003٪ است. خطای تقریب متوالی ADC کمی بیشتر است (0.4-0.002٪)، اما زمان تبدیل از 10 میکرو ثانیه به 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 نگهداری (ذخیره) مقادیر اندازه گیری شده برای مدت زمان تبدیل آنها به فرم دیجیتال گسسته می شود. دنباله مقادیر گسسته دریافتی را می توان به صورت منحنی دارای شکل موج نمایش داد. با مجذور کردن این مقادیر و جمع کردن آنها، می توانید مقدار RMS سیگنال را محاسبه کنید. آنها همچنین می توانند برای محاسبه زمان افزایش، مقدار حداکثر، میانگین زمانی، طیف فرکانس و غیره استفاده شوند. نمونه برداری زمانی می تواند در یک دوره شکل موج منفرد ("زمان واقعی") یا (نمونه برداری متوالی یا تصادفی) در چندین 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 عددی نشان می دهد. ولت مترها مستقیماً فقط ولتاژ را اندازه گیری می کنند، معمولاً DC، در حالی که مولتی مترها می توانند ولتاژ DC و AC، جریان، مقاومت DC و گاهی اوقات دما را اندازه گیری کنند. اینها رایج ترین ابزارهای آزمایشی با هدف عمومی با دقت اندازه گیری 0.2 تا 0.001٪ هستند و با نمایشگر دیجیتال 3.5 یا 4.5 رقمی در دسترس هستند. یک کاراکتر "نیم عدد صحیح" (رقم) یک نشانه شرطی است که نمایشگر می تواند اعدادی را نشان دهد که فراتر از تعداد اسمی کاراکترها هستند. به عنوان مثال، یک صفحه نمایش 3.5 رقمی (3.5 رقمی) در محدوده 1-2 ولت می تواند ولتاژهایی را تا 1.999 ولت نشان دهد.
متر مقاومت کلاینها ابزارهای تخصصی هستند که ظرفیت خازن، مقاومت مقاومت، اندوکتانس سلف یا مقاومت کل (امپدانس) یک خازن یا اتصال سلف به مقاومت را اندازه گیری و نمایش می دهند. ابزارهایی از این نوع برای اندازه‌گیری ظرفیت از 0.00001 pF تا 99.999 µF، مقاومت از 0.00001 Ω تا 99.999 kΩ، و اندوکتانس از 0.0001 mH تا 99.999 G در دسترس هستند. اگرچه اندازه‌گیری‌ها را نمی‌توان در فرکانس Hz 50 تا MHz انجام داد. کل محدوده فرکانس را پوشش نمی دهد. در فرکانس های نزدیک به 1 کیلوهرتز، خطا می تواند تنها 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.
ابزارهای 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 های اشاره گر با خطای 0.5 تا 5٪ مشخص می شوند. آنها ساده و ارزان هستند (به عنوان مثال، ابزارهای خودرویی که جریان و دما را نشان می دهند)، اما در مواردی که به دقت قابل توجهی نیاز است استفاده نمی شود.
دستگاه های مغناطیسی الکتریکیدر چنین وسایلی از نیروی فعل و انفعال استفاده می شود میدان مغناطیسیبا جریان در پیچ های سیم پیچ قسمت متحرک، تمایل به چرخش دومی دارد. ممان این نیرو با لحظه ایجاد شده توسط فنر متقابل متعادل می شود، به طوری که هر مقدار جریان مربوط به موقعیت خاصی از فلش در مقیاس است. قسمت متحرک به شکل قاب سیمی 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 از یک نوار فلزی آویزان شده است، بین قطب های یک آهنربای دائمی قوی قرار می گیرد. دو فنر مارپیچ که گشتاور را متعادل می کنند نیز به عنوان هادی جریان برای سیم پیچی قسمت متحرک عمل می کنند. دستگاه مغناطیس الکتریکی به جریان عبوری از سیم پیچ قسمت متحرک خود پاسخ می دهد و بنابراین یک آمپرمتر یا به طور دقیق تر یک میلی آمپر است (زیرا حد بالایی محدوده اندازه گیری از حدود 50 میلی آمپر تجاوز نمی کند). می توان آن را برای اندازه گیری جریان های بالاتر با اتصال یک مقاومت شنت با مقاومت کم به موازات سیم پیچ قسمت متحرک تنظیم کرد، به طوری که تنها بخش کوچکی از کل جریان اندازه گیری شده به سیم پیچ قسمت متحرک منشعب می شود. چنین دستگاهی برای جریان های اندازه گیری شده در هزاران آمپر مناسب است. اگر یک مقاومت اضافی را به صورت سری با سیم پیچ وصل 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، به طوری که مقیاس آن را می توان بر حسب ولت درجه بندی کرد. برای ساختن اهم متر از یک میلی‌آمتر مغناطیسی، باید مقاومت‌های سری اندازه‌گیری شده را به آن متصل کنید و روی آن اعمال کنید. اتصال سریالولتاژ ثابت، به عنوان مثال از یک باتری. جریان در چنین مداری متناسب با مقاومت نخواهد بود و بنابراین برای تصحیح غیر خطی بودن به مقیاس خاصی نیاز است. سپس می توان یک قرائت مستقیم از مقاومت در یک مقیاس، هرچند با دقت نه چندان بالا، انجام داد.
گالوانومتر.دستگاه های مغناطیسی همچنین شامل گالوانومترها هستند - دستگاه های بسیار حساس برای اندازه گیری جریان های بسیار کوچک. در گالوانومتر ها یاتاقان وجود ندارد، قسمت متحرک آنها بر روی یک روبان یا نخ نازک آویزان است، از میدان مغناطیسی قوی تری استفاده می شود و نشانگر با یک آینه چسبانده شده به نخ تعلیق جایگزین می شود (شکل 1). آینه همراه با قسمت متحرک می چرخد ​​و زاویه چرخش آن با جابجایی نقطه نوری که در مقیاس تنظیم شده در فاصله حدود 1 متر uA پرتاب می شود، تخمین زده می شود.

دستگاه های ضبط
دستگاه های ضبط "تاریخچه" تغییر در مقدار مقدار اندازه گیری شده را ثبت می کنند. متداول‌ترین نوع این ابزارها ضبط‌کننده‌های نمودار نواری هستند که منحنی بزرگی را بر روی نوار کاغذی نمودار با قلم ثبت می‌کنند، اسیلوسکوپ‌های الکترونیکی آنالوگ که منحنی فرآیند را روی صفحه لوله پرتو کاتدی جارو می‌کنند، و اسیلوسکوپ‌های دیجیتال که به‌صورت تکی یا به ندرت ذخیره می‌شوند. سیگنال های تکراری تفاوت اصلی این دستگاه ها سرعت ضبط است. ضبط کننده های نمودار نواری، با قطعات مکانیکی متحرک خود، برای ضبط سیگنال هایی که در ثانیه، دقیقه و حتی کندتر تغییر می کنند، مناسب تر 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 اندازه‌گیری‌های با دقت متوسط، بهتر است از ابزارهای دیجیتال استفاده کنید، زیرا کار با آنها آسان‌تر است.) بهترین پل‌های ترانسفورماتور AC دارای خطای (اندازه‌گیری نسبت) در حدود 0.0000001% هستند. ساده ترین پل برای اندازه گیری مقاومت نام مخترع خود سی. ویتستون را یدک می کشد.
پل اندازه گیری دوگانه 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 Ω، چنین جریانی خطای فقط 0.01٪ را ایجاد می کند، اما برای مقاومت 0.001 Ω، خطا 10٪ خواهد بود. پل اندازه گیری دوبل (پل تامسون)، که طرح 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 تعریف می شود. 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 تأثیر 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.

اندازه گیری پل های جریان متناوبرایج ترین پل های اندازه گیری AC برای اندازه گیری فرکانس شبکه 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 اندازه گیری پل های جریان متناوب، به جای دو پایه که دقیقاً نسبت ولتاژ را تعیین می کنند، از ترانسفورماتور استفاده می شود. یک استثنا از این قاعده پل اندازه گیری Maxwell-Wien است.
پل اندازه گیری ماکسول - وین.چنین پل اندازه گیری به شما امکان می دهد استانداردهای اندوکتانس (L) را با استانداردهای خازن در فرکانس کاری که دقیقاً مشخص نیست مقایسه کنید. استانداردهای خازنی در اندازه‌گیری‌های با دقت بالا استفاده می‌شوند، زیرا از نظر ساختاری ساده‌تر از استانداردهای اندوکتانس دقیق، فشرده‌تر، محافظت آسان‌تر هستند و عملاً میدان‌های الکترومغناطیسی خارجی ایجاد نمی‌کنند. شرایط تعادل برای این پل اندازه گیری عبارتند از: Lx = R2R3C1 و Rx = (R2R3) /R1 (شکل 3). اگر مقدار Lx به فرکانس بستگی نداشته باشد، پل حتی در مورد منبع تغذیه "کثیف" (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 سینوسی نوسان Yeff = 0.707Ymax و YAA = 0.637Ymax.
اندازه گیری ولتاژ و قدرت جریان متناوب.تقریباً تمام کنتورهای 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 درجه بندی می شود تا قرائت با مقدار موثر معادل مطابقت داشته باشد، با این فرض که سیگنال ورودی شکل سینوسی دارد. این نکته را نباید نادیده گرفت که اگر سیگنال سینوسی نباشد، دقت این گونه دستگاه ها بسیار پایین است. ابزارهایی که قادر به اندازه گیری rms واقعی سیگنال های AC هستند می توانند بر اساس یکی از سه اصل باشند: ضرب الکترونیکی، نمونه برداری سیگنال یا تبدیل حرارتی. ابزارهای مبتنی بر دو اصل اول، به عنوان یک قاعده، به ولتاژ، و کنتورهای 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 سازی و میانگین گیری در طول زمان سیگنال ورودی در برخی از تقریب ها انجام می شود مدارهای الکترونیکیبا تقویت کننده ها و عناصر غیر خطی برای انجام چنین عملیات ریاضی، به عنوان یافتن لگاریتم و آنتی لگاریتم سیگنال های آنالوگ. دستگاه هایی از این نوع می توانند خطای 0.009٪ داشته باشند.
گسسته سازی سیگنالسیگنال AC توسط یک ADC سریع دیجیتالی 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 کارتریج 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 ترموکوپل گرم با یک مهره کوچک وصل شده است. مهره تماس حرارتی و عایق الکتریکی را به طور همزمان فراهم می کند. با افزایش دما، که مستقیماً با مقدار مؤثر جریان در سیم گرمایش مرتبط است، یک ترمو-EMF (ولتاژ DC) در خروجی ترموکوپل ظاهر می شود. چنین مبدل هایی برای اندازه گیری جریان متناوب با فرکانس 20 هرتز تا 10 مگاهرتز مناسب هستند. روی انجیر 5 نشان داده شده است مداریک دستگاه اندازه گیری الکتریکی حرارتی با دو مبدل جریان حرارتی که با توجه به پارامترها انتخاب شده است. هنگامی که یک ولتاژ AC Vac به مدار ورودی اعمال می شود، یک ولتاژ DC در خروجی ترموکوپل مبدل TC1 ظاهر می شود، تقویت کننده A یک جریان DC در سیم گرمایش مبدل TC2 ایجاد می کند که در آن ترموکوپل دومی می دهد. همان ولتاژ DC و یک دستگاه DC معمولی جریان خروجی را اندازه گیری می کند.

اگر زمان (t1 - t2) بر حسب ثانیه اندازه گیری شود، ولتاژ e بر حسب ولت، و جریان i بر حسب آمپر باشد، انرژی W بر حسب وات-ثانیه بیان می شود، یعنی. ژول (1 J = 1 Whs). 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.
کنتور برق با تقسیم زمانی.کنتورهای برق تقسیم زمانی از روشی بسیار عجیب 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 منتقل 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 ضرب میانگین زمانی دو سیگنال ورودی. اگر یک ورودی متناسب با ولتاژ بار و دیگری متناسب با جریان بار باشد، ولتاژ خروجی متناسب با توان کشیده شده توسط بار است. خطای چنین کنتورهای صنعتی در فرکانس‌های تا 3 کیلوهرتز 0.02٪ است (مترهای آزمایشگاهی فقط در حدود 0.0001٪ در 60 هرتز هستند). به عنوان ابزارهای با دقت بالا، آنها به عنوان متر نمونه برای بررسی ابزارهای اندازه گیری کار استفاده می شوند.
وات متر و کنتور برق گسسته.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 گسسته e(k) که نشان دهنده مقادیر لحظه ای سیگنال ولتاژ در زمان نمونه برداری است در مقدار گسسته متناظر i(k) سیگنال جریان بدست آمده در همان زمان ضرب می شود. میانگین زمانی چنین محصولاتی توان بر حسب وات است:

یک انباشته که محصولاتی با مقادیر گسسته را در طول زمان انباشته می کند، کل انرژی الکتریکی را بر حسب وات-ساعت می دهد. خطای کنتورهای برق می تواند تا 0.01 درصد باشد.
کنتور برق القایییک متر القایی چیزی نیست جز یک موتور 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 اثر گشتاور متناسب با توان ورودی می چرخد. این لحظه توسط جریان های القا شده در دیسک توسط آهنربای دائم 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، به عنوان یک قاعده، 0.5٪ است. آنها با عمر مفید طولانی تحت هر کدام متمایز می شوند سطوح قابل قبولجاری.
- اندازه گیری کمیت های الکتریکی: ولتاژ الکتریکی، مقاومت الکتریکی، قدرت 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 حفاظت از رله] موضوعات حفاظت رله EN اندازه گیری الکتریکی اندازه گیری برق ... کتابچه راهنمای مترجم فنی

ه- وسایل اندازه گیری به ابزارها و وسایلی گفته می شود که برای اندازه گیری E. و همچنین کمیت های مغناطیسی کار می کنند. اکثر اندازه گیری ها به تعیین قدرت جریان، ولتاژ (تفاوت پتانسیل) و مقدار الکتریسیته مربوط 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 الکتریسیته. تئوری مدار بخشی از مهندسی برق نظری است که به روش های ریاضی برای محاسبه برق می پردازد. 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. تشخیص 2 نوع و. و.: ایستا و پویا. در …… دایره المعارف "هوانوردی"

برقی - 4. هنجارهای برقطراحی شبکه های انتقال رادیویی M., Svyazizdat, 1961. 80 ص.