Studējot elektrotehniku, nākas saskarties ar elektriskiem, magnētiskiem un mehāniskiem lielumiem un šos lielumus mērīt.

Izmērīt elektrisku, magnētisku vai jebkuru citu lielumu nozīmē to salīdzināt ar citu viendabīgu lielumu, kas ņemts par vienību.

Šajā rakstā ir aplūkota svarīgāko mērījumu klasifikācija. Šī klasifikācija ietver mērījumu klasifikāciju no metodiskā viedokļa, t.i., atkarībā no vispārīgajiem mērījumu rezultātu iegūšanas paņēmieniem (mērījumu veidiem vai klasēm), mērījumu klasifikāciju atkarībā no principu un mērinstrumentu izmantošanas (mērīšanas metodes) un mērījumu klasifikācija atkarībā no izmērīto lielumu dinamikas.

Elektrisko mērījumu veidi

Atkarībā no vispārējām rezultāta iegūšanas metodēm mērījumus iedala šādos veidos: tiešie, netiešie un locītavu.

Ceļā uz tiešiem mērījumiem ietver tos, kuru rezultāti iegūti tieši no eksperimentālajiem datiem. Tiešo mērījumu var nosacīti izteikt ar formulu Y = X, kur Y ir vēlamā mērītā daudzuma vērtība; X ir vērtība, kas iegūta tieši no eksperimentālajiem datiem. Šis mērījumu veids ietver dažādus mērījumus fizikālie lielumi izmantojot noteiktajās vienībās kalibrētus instrumentus.

Piemēram, strāvas mērīšana ar ampērmetru, temperatūras mērīšana ar termometru utt. Šis mērījumu veids ietver arī mērījumus, kuros tiek noteikta vēlamā daudzuma vērtība, tieši salīdzinot to ar mērījumu. Klasificējot mērījumu kā tiešo mērījumu, netiek ņemti vērā izmantotie līdzekļi un eksperimenta vienkāršība (vai sarežģītība).

Netiešais mērījums ir mērījums, kurā vēlamā daudzuma vērtība tiek atrasta, pamatojoties uz zināmu saistību starp šo lielumu un lielumiem, kas pakļauti tiešiem mērījumiem. Netiešos mērījumos izmērītās vērtības skaitlisko vērtību nosaka, aprēķinot, izmantojot formulu Y = F(Xl, X2 ... Xn), kur Y ir vēlamā mērītās vērtības vērtība; X1, X2, Xn - izmērīto lielumu vērtības. Kā netiešo mērījumu piemēru mēs varam norādīt uz jaudas mērīšanu ķēdēs DC ampērmetrs un voltmetrs.

Locītavu mērījumi tiek saukti tie, kuros vēlamās pretējo lielumu vērtības tiek noteiktas, risinot vienādojumu sistēmu, kas savieno meklēto lielumu vērtības ar tieši izmērītiem lielumiem. Savienojumu mērījumu piemērs ir koeficientu noteikšana formulā, kas attiecas uz rezistora pretestību pret tā temperatūru: Rt = R20

Elektrisko mērījumu metodes

Atkarībā no mērīšanas principu un līdzekļu izmantošanas paņēmienu kopuma visas metodes tiek iedalītas tiešās novērtēšanas metodēs un salīdzināšanas metodēs.

Esence tiešās novērtēšanas metode slēpjas apstāklī, ka izmērītā daudzuma vērtību nosaka pēc viena (tiešie mērījumi) vai vairāku (netiešie mērījumi) instrumentu rādījumiem, kas iepriekš kalibrēti mērītā daudzuma vienībās vai citu lielumu vienībās, uz kurām izmērītais lielums. atkarīgs.

Vienkāršākais tiešās novērtēšanas metodes piemērs ir daudzuma mērīšana ar vienu ierīci, kuras skala ir graduēta atbilstošās mērvienībās.

Otra lielā elektrisko mērīšanas metožu grupa ir apvienota ar vispārīgo nosaukumu salīdzināšanas metodes. Tie ietver visas tās elektrisko mērījumu metodes, kurās izmērītā vērtība tiek salīdzināta ar mērījuma reproducēto vērtību. Tādējādi atšķirīga iezīme salīdzināšanas metodes ir tieša pasākumu līdzdalība mērīšanas procesā.

Salīdzināšanas metodes iedala šādās: nulle, diferenciālā, aizstāšana un sakritība.

Nulles metode ir metode izmērītās vērtības salīdzināšanai ar mērījumu, kurā vērtību ietekmes uz indikatoru rezultātā iegūtā ietekme tiek samazināta līdz nullei. Tādējādi, sasniedzot līdzsvaru, tiek novērota noteiktas parādības izzušana, piemēram, strāvas stiprums ķēdes posmā vai spriegums uz tā, ko var reģistrēt, izmantojot ierīces, kas kalpo šim mērķim - nulles indikatori. Pateicoties nulles indikatoru augstajai jutībai, kā arī tāpēc, ka mērījumus var veikt ar lielu precizitāti, tiek iegūta lielāka mērījumu precizitāte.

Nulles metodes izmantošanas piemērs varētu būt mērīšana elektriskā pretestība tilts ar pilnu balansēšanu.

Plkst diferenciālā metode, kā arī ar nulli, izmērīto lielumu tieši vai netieši salīdzina ar mēru, un izmērītā daudzuma vērtību salīdzināšanas rezultātā vērtē pēc šo lielumu vienlaikus radīto efektu starpības un pēc zināmās reproducētās vērtības. pēc mēra. Tādējādi diferenciālajā metodē notiek nepilnīga izmērītās vērtības līdzsvarošana, un tā ir atšķirība starp diferenciālo metodi un nulles metodi.

Diferenciālā metode apvieno dažas tiešās novērtēšanas metodes pazīmes un dažas nulles metodes pazīmes. Tas var dot ļoti precīzu mērījuma rezultātu, ja tikai izmērītais daudzums un mērs maz atšķiras viens no otra.

Piemēram, ja starpība starp šiem diviem lielumiem ir 1% un tiek mērīta ar kļūdu līdz 1%, tad kļūda vēlamā daudzuma mērīšanā tiek samazināta līdz 0,01%, ja neņem vērā mērījuma kļūdu. . Diferenciālās metodes pielietošanas piemērs ir divu spriegumu starpības mērīšana ar voltmetru, no kuriem viens ir zināms ar lielu precizitāti, bet otrs ir vēlamā vērtība.

Aizvietošanas metode sastāv no vajadzīgā daudzuma pārmaiņus mērīšanas ar ierīci un mērīšanas ar to pašu ierīci mēra, kas atveido viendabīgu daudzumu ar izmērīto daudzumu. Pamatojoties uz divu mērījumu rezultātiem, var aprēķināt vēlamo vērtību. Sakarā ar to, ka abus mērījumus veic viens un tas pats instruments vienādos ārējos apstākļos, un vēlamo vērtību nosaka instrumenta rādījumu attiecība, mērījumu rezultāta kļūda ir ievērojami samazināta. Tā kā instrumenta kļūda dažādos skalas punktos parasti nav vienāda, vislielāko mērījumu precizitāti iegūst ar vienādiem instrumenta rādījumiem.

Aizvietošanas metodes pielietošanas piemērs varētu būt relatīvi lielas mērīšana, pārmaiņus mērot strāvu, kas plūst caur kontrolētu rezistoru un atsauces rezistoru. Mērījumu laikā ķēdei jābūt barošanai no tā paša strāvas avota. Strāvas avota un strāvas mērīšanas ierīces pretestībai jābūt ļoti mazai, salīdzinot ar mainīgo un atsauces pretestību.

Saskaņošanas metode- šī ir metode, kurā starpību starp izmērīto vērtību un mērījuma reproducēto vērtību mēra, izmantojot skalas atzīmju vai periodisku signālu sakritību. Šo metodi plaši izmanto neelektrisko mērījumu praksē.

Piemērs ir garuma mērīšana. Elektrisko mērījumu gadījumā piemērs ir ķermeņa rotācijas ātruma mērīšana ar stroboskopisko gaismu.

Norādīsim arī mērījumu klasifikācija, pamatojoties uz izmērītās vērtības izmaiņām laikā. Atkarībā no tā, vai izmērītais lielums laika gaitā mainās vai paliek nemainīgs mērīšanas procesā, izšķir statiskos un dinamiskos mērījumus. Statiskie mērījumi ir nemainīgu vai stabilu vērtību mērījumi. Tie ietver daudzumu efektīvo un amplitūdas vērtību mērījumus, bet vienmērīgā stāvoklī.

Ja mēra laikā mainīgu lielumu momentānās vērtības, tad mērījumus sauc par dinamiskiem. Ja dinamisko mērījumu laikā mērinstrumenti ļauj nepārtraukti uzraudzīt izmērītā daudzuma vērtības, šādus mērījumus sauc par nepārtrauktiem.

Ir iespējams izmērīt lielumu, mērot tā vērtības noteiktos laikos t1, t2 utt. Rezultātā nebūs zināmas visas izmērītā daudzuma vērtības, bet tikai vērtības izvēlētajos laikos. Šādus mērījumus sauc par diskrētiem.

Elektrisko parametru mērīšana ir obligāts solis elektronisko izstrādājumu izstrādē un ražošanā. Lai kontrolētu ražoto ierīču kvalitāti, ir nepieciešama to parametru pakāpeniska uzraudzība. Lai pareizi noteiktu nākotnes vadības un mērīšanas kompleksa funkcionalitāti, ir jānosaka elektriskās vadības veidi: rūpnieciskā vai laboratorijas, pilnīga vai selektīva, statistiskā vai vienreizējā, absolūtā vai relatīvā utt.

Produktu ražošanas struktūrā izšķir šādus kontroles veidus:

• Ienākošā kontrole;
• Sadarbības kontrole;
• Darbības parametru uzraudzība;
• Pieņemšanas testi.

Ražošanas laikā iespiedshēmu plates un elektroniskās sastāvdaļas (instrumentu inženierijas cikla zona), ir jāveic ievades vadība izejmateriālu un komponentu kvalitāte, gatavo iespiedshēmu plates metalizācijas elektriskā kvalitātes kontrole, samontēto elektronisko komponentu darbības parametru kontrole. Šo problēmu risināšanai mūsdienu ražošanas sistēmās veiksmīgi tiek izmantotas adaptera tipa elektriskās vadības sistēmas, kā arī sistēmas ar “lidojošām” zondēm.

Savukārt komponentu ražošanai iepakojumā (iepakots ražošanas cikls) būs nepieciešama atsevišķu kristālu un iepakojumu ienākošā parametriskā kontrole, sekojoša savstarpējā kontrole pēc kristāla vadu metināšanas vai uzstādīšanas un visbeidzot parametriskā un funkcionālā kontrole. gatavais produkts.

Pusvadītāju komponentu un integrālo shēmu ražošanai (mikroshēmu ražošanai) būs nepieciešama detalizētāka kontrole elektriskās īpašības. Sākotnēji ir nepieciešams kontrolēt plāksnes īpašības, gan virsmas, gan tilpuma, pēc tam ieteicams kontrolēt galveno funkcionālo slāņu īpašības un pēc metalizācijas slāņu uzklāšanas pārbaudīt tās veiktspējas un elektriskās īpašības. Saņemot struktūru uz vafeles, ir jāveic parametru un funkcionālā pārbaude, jāmēra statiskie un dinamiskie raksturlielumi, jāuzrauga signāla integritāte, jāanalizē struktūras īpašības un jāpārbauda veiktspējas raksturlielumi.

Parametriskie mērījumi:

Parametriskā analīze ietver paņēmienu kopumu sprieguma, strāvas un jaudas parametru uzticamības mērīšanai un uzraudzībai, neuzraugot ierīces funkcionalitāti. Elektriskā mērīšana ietver elektriskā stimula piemērošanu mērītajai ierīcei (DUT) un DUT reakcijas mērīšanu. Parametriskos mērījumus veic līdzstrāvai (standarta līdzstrāvas mērījumi strāvas-sprieguma raksturlielumiem (voltu-ampēru raksturlielumi), strāvas ķēžu mērījumi utt.), zemas frekvences(vairāku ķēžu kapacitātes-sprieguma raksturlielumu mērījumi (CV raksturlielumi), kompleksie pretestības un immitances mērījumi, materiālu analīze utt.), impulsu mērījumi (impulsu I-V raksturlielumi, reakcijas laika atkļūdošana utt.). Parametru mērījumu problēmu risināšanai tiek izmantots liels skaits specializētu vadības un mērīšanas iekārtu: patvaļīgi viļņu formas ģeneratori, barošanas avoti (pastāvīgi un AC), avota mērītāji, ampērmetri, voltmetri, multimetri, LCR un pretestības mērītāji, parametriskie analizatori un līkņu marķieri un daudz kas cits, kā arī liels skaits piederumu, piederumu un armatūru.

Pielietojums:

• Elektrisko ķēžu pamata raksturlielumu (strāvas, sprieguma, jaudas) mērīšana;
• Elektrisko ķēžu pasīvo un aktīvo elementu pretestības, kapacitātes un induktivitātes mērīšana;
• Kopējās pretestības un immitances mērīšana;
• Strāvas-sprieguma raksturlielumu mērīšana kvazistatiskajā un impulsa režīmi;
• Strāvas-sprieguma raksturlielumu mērīšana kvazistatiskos un daudzfrekvenču režīmos;
• Pusvadītāju komponentu raksturojums;
• Neveiksmju analīze.

Funkcionālie mērījumi:

Funkcionālā analīze ietver metožu kopumu ierīces veiktspējas mērīšanai un uzraudzībai pamata darbību laikā. Šīs metodes ļauj izveidot ierīces modeli (fizisku, kompaktu vai uzvedības modeli), pamatojoties uz datiem, kas iegūti mērījumu procesā. Iegūto datu analīze ļauj uzraudzīt ražoto ierīču raksturlielumu stabilitāti, izpētīt tās un izstrādāt jaunas, atkļūdot tehnoloģiskos procesus un pielāgot topoloģiju. Funkcionālo mērījumu problēmu risināšanai tiek izmantots liels skaits specializētu testēšanas un mērīšanas iekārtu: osciloskopi, tīkla analizatori, frekvenču skaitītāji, trokšņu mērītāji, jaudas mērītāji, spektra analizatori, detektori un daudzi citi, kā arī liels skaits piederumu, piederumu. un ierīces.

Pielietojums:

• Vāju signālu mērīšana: signāla pārraides un atstarošanas parametri, manipulāciju kontrole;
• Spēcīgi signāla mērījumi: pastiprinājuma kompresija, Load-Pull mērījumi utt.;
• Frekvenču ģenerēšana un pārveidošana;
• Viļņu formas analīze laika un frekvenču jomās;
• Trokšņa skaitļu mērīšana un trokšņa parametru analīze;
• Signāla tīrības pārbaude un intermodulācijas kropļojumu analīze;
• Signāla integritātes analīze, standartizācija;

Zondes mērījumi:

Zondes mērījumi ir jāizceļ atsevišķi. Aktīvā mikro- un nanoelektronikas attīstība ir radījusi nepieciešamību veikt precīzus un uzticamus mērījumus uz vafeles, kas ir iespējami tikai ar kvalitatīvu, stabilu un uzticamu kontaktu, kas nesabojā ierīci. Šo problēmu risinājums tiek panākts, izmantojot zondes stacijas, kas ir īpaši paredzētas noteiktam mērījumu veidam, kas veic zondes kontroli. Stacijas ir īpaši izstrādātas, lai izslēgtu ārējo ietekmi, savu troksni un saglabātu eksperimenta “tīrību”. Visi mērījumi ir doti vafeles/šķembu līmenī, pirms tie tiek sadalīti kristālos un iepakoti.

Pielietojums:

• Lādiņu nesēju koncentrācijas mērīšana;
• Virsmas un tilpuma pretestības mērīšana;
• Pusvadītāju materiālu kvalitātes analīze;
• Parametru testēšanas veikšana vafeļu līmenī;
• Funkcionālās analīzes uzvedība vafeļu līmenī;
• Pusvadītāju ierīču elektrofizisko parametru (skat. zemāk) mērījumu un monitoringa veikšana;
• Tehnoloģisko procesu kvalitātes kontrole.

Radio mērījumi:

Radioizstarojumu, elektromagnētiskās savietojamības, raiduztvērēju ierīču un antenu padeves sistēmu signālu uzvedības, kā arī to noturības pret traucējumiem mērīšanai ir nepieciešama īpaša ārējiem apstākļiem veicot eksperimentu. RF mērījumiem nepieciešama atsevišķa pieeja. Ne tikai uztvērēja un raidītāja īpašības, bet arī ārējā elektromagnētiskā vide (neizslēdzot laika, frekvences un jaudas raksturlielumu mijiedarbību, kā arī visu sistēmas elementu izvietojumu vienam pret otru, kā arī aktīvās ierīces dizainu elementi) veicina to ietekmi.

Pielietojums:

• Radara un virziena noteikšana;
• Telekomunikācijas un sakaru sistēmas;
• Elektromagnētiskā saderība un trokšņu noturība;
• Signāla integritātes analīze, standartizācija.

Elektrofiziskie mērījumi:

Elektrisko parametru mērīšana bieži ir cieši saistīta ar fizisko parametru mērīšanu/ietekmi. Elektrofizikālos mērījumus izmanto visām ierīcēm, kas jebkuru ārējo ietekmi pārvērš elektroenerģijā un/vai otrādi. Gaismas diodēm, mikroelektromehāniskajām sistēmām, fotodiodēm, spiediena, plūsmas un temperatūras sensoriem, kā arī visām uz tiem balstītām ierīcēm ir nepieciešama ierīču fizisko un elektrisko īpašību mijiedarbības kvalitatīva un kvantitatīvā analīze.

Pielietojums:

• Starojuma intensitātes, viļņa garuma un virziena, strāvas-sprieguma raksturlielumu, gaismas plūsmas un LED spektra mērīšana;
• Fotodiožu jutības un trokšņa, strāvas-sprieguma raksturlielumu, spektrālo un gaismas raksturlielumu mērīšana;
• MEMS izpildmehānismu un sensoru jutīguma, linearitātes, precizitātes, izšķirtspējas, sliekšņu, pretdarbības, trokšņu, pārejas reakcijas un energoefektivitātes analīze;
• Pusvadītāju ierīču (piemēram, MEMS izpildmehānismu un sensoru) raksturlielumu analīze vakuumā un augstspiediena kamerā;
• Supravadītāju temperatūras atkarību, kritisko strāvu un lauku ietekmes raksturlielumu analīze.

Elektriskie mērījumi ietver fizisko lielumu, piemēram, sprieguma, pretestības, strāvas un jaudas mērījumus. Mērījumi tiek veikti, izmantojot dažādi līdzekļi– mērinstrumenti, ķēdes un speciālās ierīces. Mērīšanas ierīces veids ir atkarīgs no izmērītās vērtības veida un izmēra (vērtību diapazona), kā arī no nepieciešamās mērījumu precizitātes. SI pamatvienības, ko izmanto elektriskajos mērījumos, ir volts (V), omi (Ω), farads (F), henrijs (H), ampērs (A) un sekunde (s).

Elektriskais mērījums ir atbilstošās vienībās izteikta fiziskā daudzuma vērtības noteikšana (izmantojot eksperimentālās metodes).

Elektrisko lielumu vienību vērtības nosaka starptautisks līgums saskaņā ar fizikas likumiem. Tā kā starptautiskos līgumos noteikto elektrisko lielumu vienību “uzturēšana” ir saistīta ar grūtībām, tās tiek pasniegtas kā “praktiski” elektrisko lielumu vienību standarti.

Standartus atbalsta valsts metroloģiskās laboratorijas dažādās valstīs. Laiku pa laikam tiek veikti eksperimenti, lai noskaidrotu atbilstību starp elektrisko lielumu vienību standartu vērtībām un šo vienību definīcijām. 1990. gadā rūpnieciski attīstīto valstu valsts metroloģijas laboratorijas parakstīja vienošanos par visu praktisko elektrisko lielumu vienību standartu saskaņošanu savā starpā un ar šo lielumu mērvienību starptautiskajām definīcijām.

Elektriskie mērījumi tiek veikti saskaņā ar valsts standartiem sprieguma un līdzstrāvas, līdzstrāvas pretestības, induktivitātes un kapacitātes vienībām. Šādi standarti ir ierīces, kurām ir stabili elektriskie raksturlielumi, vai iekārtas, kurās, pamatojoties uz noteiktu fizikālu parādību, tiek reproducēts elektriskais lielums, kas aprēķināts no zināmajām fundamentālo fizisko konstantu vērtībām. Vatu un vatstundu standarti netiek atbalstīti, jo ir pareizāk aprēķināt šo vienību vērtības, izmantojot definējošus vienādojumus, kas tos saista ar citu lielumu vienībām.

Elektriskie mērinstrumenti visbiežāk mēra vai nu elektrisko lielumu momentānās vērtības, vai neelektriskos lielumus, kas pārveidoti par elektriskiem. Visas ierīces ir sadalītas analogajās un digitālajās. Pirmie parasti parāda izmērītā daudzuma vērtību ar bultiņas palīdzību, kas pārvietojas pa skalu ar dalījumu. Pēdējie ir aprīkoti ar digitālo displeju, kas parāda izmērīto vērtību skaitļa formā.

Lielākajai daļai mērījumu ir vēlams izmantot digitālos instrumentus, jo ar tiem ir ērtāk veikt rādījumus un tie kopumā ir daudzpusīgāki. Digitālie multimetri ("multimetri") un digitālie voltmetri tiek izmantoti, lai mērītu līdzstrāvas pretestību, kā arī maiņstrāvas spriegumu un strāvu ar vidēju un augstu precizitāti.

Analogās ierīces pamazām tiek aizstātas ar digitālajām, lai gan tās joprojām tiek izmantotas vietās, kur svarīgas ir zemas izmaksas un nav nepieciešama augsta precizitāte. Visprecīzākiem pretestības un pretestības mērījumiem ir mērīšanas tilti un citi specializēti skaitītāji. Lai reģistrētu izmērītās vērtības izmaiņu progresu laika gaitā, tiek izmantotas ierakstīšanas ierīces - lentes ierakstītāji un elektroniskie osciloskopi, analogie un digitālie.

Elektrisko lielumu mērījumi ir viens no visizplatītākajiem mērījumu veidiem. Pateicoties tādu elektrisko ierīču radīšanai, kas pārvērš dažādus neelektriskus lielumus elektriskos, metodēm un līdzekļiem elektroierīces tiek izmantoti gandrīz visu fizisko lielumu mērījumos.

Elektrisko mērinstrumentu pielietojuma joma:

· zinātniskie pētījumi fizikā, ķīmijā, bioloģijā u.c.;

· tehnoloģiskie procesi enerģētikā, metalurģijā, ķīmiskajā rūpniecībā u.c.;

· transports;

· derīgo izrakteņu izpēte un ieguve;

· meteoroloģiskie un okeanoloģiskie darbi;

· medicīniskā diagnostika;

· radio un televīzijas ierīču ražošana un ekspluatācija, lidmašīnu un kosmosa kuģis utt.

Visdažādākie elektriskie lielumi, plaši to vērtību diapazoni, prasības augsta precizitāte mērījumi, elektrisko mērinstrumentu apstākļu un pielietojuma jomu dažādība ir radījusi dažādas elektrisko mērījumu metodes un līdzekļus.

"Aktīvo" elektrisko lielumu (strāvas, elektriskais spriegums utt.), kas raksturo mērīšanas objekta enerģētisko stāvokli, balstās uz šo lielumu tiešu ietekmi uz jutīgā elementa līdzekļiem, un parasti to pavada noteikta daudzuma patēriņš. elektriskā enerģija no mērīšanas objekta.

Mērīšanas objekta elektriskās īpašības raksturojošo “pasīvo” elektrisko lielumu (elektriskā pretestība, tās kompleksās sastāvdaļas, induktivitāte, dielektrisko zudumu tangenss u.c.) mērīšanai nepieciešams mērīšanas objekta barošana no ārēja elektriskās enerģijas avota un reakcijas parametru mērīšana. signāls.
Līdzstrāvas un maiņstrāvas ķēdēs elektrisko mērījumu metodes un līdzekļi būtiski atšķiras. Maiņstrāvas ķēdēs tie ir atkarīgi no lielumu izmaiņu biežuma un rakstura, kā arī no tā, kādi mainīgo elektrisko lielumu (momentāno, efektīvo, maksimālo, vidējo) raksturlielumi tiek mērīti.

Elektriskajiem mērījumiem līdzstrāvas ķēdēs visplašāk tiek izmantoti magnetoelektriskie mērinstrumenti un digitālās mērierīces. Elektrisko mērījumu veikšanai maiņstrāvas ķēdēs - elektromagnētiskie instrumenti, elektrodinamiskie instrumenti, indukcijas instrumenti, elektrostatiskie instrumenti, taisngriežu elektriskie mērinstrumenti, osciloskopi, digitālie mērinstrumenti. Daži no uzskaitītajiem instrumentiem tiek izmantoti elektriskiem mērījumiem gan maiņstrāvas, gan līdzstrāvas ķēdēs.

Izmērīto elektrisko lielumu vērtības ir aptuveni diapazonā: strāvas stiprums - no līdz A, spriegums - no līdz V, pretestība - no līdz omi, jauda - no W līdz desmitiem GW, maiņstrāvas frekvence - no līdz Hz . Elektrisko lielumu izmērīto vērtību diapazoniem ir nepārtraukta tendence paplašināties. Mērījumi augstās un īpaši augstās frekvencēs, zemu strāvu un lielu pretestību, augstu spriegumu un elektrisko lielumu raksturlielumu mērīšana jaudīgās elektrostacijās ir kļuvušas par sadaļām, kas izstrādā specifiskas elektrisko mērījumu metodes un līdzekļus.

Elektrisko lielumu mērījumu diapazonu paplašināšana ir saistīta ar elektrisko mērpārveidotāju tehnoloģijas attīstību, jo īpaši ar elektrisko strāvu un spriegumu pastiprināšanas un vājināšanas tehnoloģijas attīstību. Īpašas problēmas īpaši mazu un īpaši lielu elektrisko lielumu elektrisko mērījumu jomā ietver cīņu pret kropļojumiem, kas pavada elektrisko signālu pastiprināšanas un vājināšanas procesus, un metožu izstrādi noderīga signāla izolēšanai no trokšņa fona. .

Elektrisko mērījumu pieļaujamo kļūdu robežas svārstās no aptuveni vienībām līdz %. Salīdzinoši aptuveniem mērījumiem tiek izmantoti tiešie mērinstrumenti. Precīzākiem mērījumiem tiek izmantotas metodes, kuras tiek realizētas, izmantojot tilta un kompensācijas elektriskās ķēdes.

Elektrisko mērīšanas metožu izmantošana neelektrisko lielumu mērīšanai balstās vai nu uz zināmo saistību starp neelektriskiem un elektriskiem lielumiem, vai arī uz mērpārveidotāju (sensoru) izmantošanu.

Lai nodrošinātu sensoru kopīgu darbību ar sekundārajiem mērinstrumentiem, pārraidītu sensoru elektriskos izejas signālus no attāluma un palielinātu pārraidīto signālu trokšņu noturību, tiek izmantoti dažādi elektriskie starpmērīšanas pārveidotāji, kas, kā likums, vienlaikus veic pastiprināšanas funkcijas. (retāk, vājināšanās) elektrisko signālu, kā arī nelineāras transformācijas ar, lai kompensētu sensoru nelinearitāti.

Kā izejas signāli visbiežāk tiek izmantoti jebkuri elektriskie signāli (vērtības) starp mērpārveidotāju ieejā. Maiņstrāvas izejas signāli izmanto amplitūdas, frekvences vai fāzes modulāciju. Ciparu pārveidotāji kļūst arvien izplatītāki kā starpposma mērīšanas pārveidotāji.

Zinātnisko eksperimentu un tehnoloģisko procesu sarežģīta automatizācija ļāva radīt sarežģītus mērīšanas instalācijas, mērīšanas un informācijas sistēmas, kā arī telemetrijas tehnoloģiju un radiotelemehānikas attīstību.

Mūsdienu elektrisko mērījumu attīstību raksturo jaunu fizikālu efektu izmantošana. Piemēram, pašlaik, lai radītu ļoti jutīgus un augstas precizitātes elektriskos mērinstrumentus, kvantu efekti Džozefsons, Hols u.c. Mērīšanas tehnoloģijā plaši tiek ieviesti elektronikas sasniegumi, tiek izmantota mērinstrumentu mikrominiaturizācija, to saskarne ar datortehnoloģiju, elektrisko mērīšanas procesu automatizācija, kā arī metroloģisko un citu prasību unifikācija tiem.

Plāns

Ievads

Strāvas skaitītāji

Sprieguma mērīšana

Magnetoelektriskās sistēmas kombinētās ierīces

Universālie elektroniskie mērinstrumenti

Šuntu mērīšana

Instrumenti pretestības mērīšanai

Zemes pretestības noteikšana

Magnētiskā plūsma

Indukcija

Atsauces

Ievads

Mērīšana ir fiziska lieluma vērtības noteikšanas process eksperimentāli, izmantojot īpašus tehniskos līdzekļus - mērinstrumentus.

Tādējādi mērīšana ir informatīvs process, lai eksperimentāli iegūtu skaitlisku sakarību starp noteiktu fizisko lielumu un dažām tā vērtībām, kas tiek ņemtas par salīdzināšanas vienību.

Mērījuma rezultāts ir nosaukts skaitlis, kas atrodams, izmērot fizisko lielumu. Viens no galvenajiem mērīšanas uzdevumiem ir novērtēt tuvinājuma pakāpi vai starpību starp patieso un īstās vērtības izmērītais fiziskais lielums – mērījuma kļūda.

Galvenie elektrisko ķēžu parametri ir: strāva, spriegums, pretestība, strāvas jauda. Šo parametru mērīšanai izmanto elektriskos mērinstrumentus.

Elektrisko ķēžu parametru mērīšana tiek veikta divos veidos: pirmā ir tiešā mērīšanas metode, otrā ir netiešā mērīšanas metode.

Tiešā mērīšanas metode ietver rezultāta iegūšanu tieši no pieredzes. Netiešais mērījums ir mērījums, kurā vēlamais lielums tiek atrasts, pamatojoties uz zināmu saistību starp šo lielumu un tiešā mērījuma rezultātā iegūto daudzumu.

Elektriskie mērinstrumenti ir ierīču klase, ko izmanto dažādu elektrisko lielumu mērīšanai. Elektrisko mērinstrumentu grupā bez pašiem mērinstrumentiem ietilpst arī citi mērinstrumenti - mērinstrumenti, pārveidotāji, kompleksās instalācijas.

Elektriskie mērinstrumenti tiek klasificēti šādi: pēc izmērītā un reproducējamā fizikālā lieluma (ampērmetrs, voltmetrs, ommetrs, frekvences mērītājs u.c.); pēc mērķa (mērinstrumenti, mēri, mērpārveidotāji, mērīšanas iekārtas un sistēmas, palīgierīces); ar mērījumu rezultātu nodrošināšanas metodi (attēlošanu un ierakstīšanu); pēc mērīšanas metodes (tiešās novērtēšanas ierīces un salīdzināšanas ierīces); pēc pielietošanas metodes un konstrukcijas (panelis, pārnēsājams un stacionārs); pēc darbības principa (elektromehāniskā - magnetoelektriskā, elektromagnētiskā, elektrodinamiskā, elektrostatiskā, ferodinamiskā, indukcijas, magnetodinamiskā; elektroniskā; termoelektriskā; elektroķīmiskā).

Šajā esejā mēģināšu runāt par ierīci, darbības principu, sniegt aprakstu un īss apraksts elektromehāniskās klases elektriskie mērinstrumenti.

Strāvas mērīšana

Ampermetrs ir ierīce strāvas mērīšanai ampēros (1. att.). Ampermetru skala tiek kalibrēta mikroampēros, miliampēros, ampēros vai kiloampēros atbilstoši ierīces mērījumu robežām. Elektriskā ķēdē ampērmetrs ir virknē savienots ar elektriskās ķēdes posmu (2. att.), kurā mēra strāvu; palielināt mērījumu robežu - ar šuntu vai caur transformatoru.

Visizplatītākie ir tie ampērmetri, kuros ierīces kustīgā daļa ar rādītāju griežas leņķī, kas ir proporcionāls mērītās strāvas stiprumam.

Ampermetri ir magnetoelektriskie, elektromagnētiskie, elektrodinamiskie, termiskie, indukcijas, detektori, termoelektriskie un fotoelektriskie.

Magnetoelektriskie ampērmetri mēra līdzstrāvu; indukcija un detektors - maiņstrāva; citu sistēmu ampērmetri mēra jebkuras strāvas stiprumu. Visprecīzākie un jutīgākie ir magnetoelektriskie un elektrodinamiskie ampērmetri.

Magnetoelektriskās ierīces darbības princips ir balstīts uz griezes momenta radīšanu, pateicoties mijiedarbībai starp pastāvīgā magnēta lauku un strāvu, kas iet caur rāmja tinumu. Rāmim ir pievienota bultiņa, kas pārvietojas pa skalu. Bultas griešanās leņķis ir proporcionāls strāvas stiprumam.

Elektrodinamiskie ampērmetri sastāv no fiksētām un kustīgām spolēm, kas savienotas paralēli vai virknē. Mijiedarbība starp strāvām, kas iet cauri spolēm, izraisa kustīgās spoles un ar to savienotās bultiņas novirzes. Elektriskajā ķēdē ampērmetrs ir savienots virknē ar slodzi, un kad augstspriegums vai lielas strāvas - caur transformatoru.

Dažu veidu sadzīves ampērmetru, miliammetru, mikroampērmetru, magnetoelektrisko, elektromagnētisko, elektrodinamisko un termisko sistēmu tehniskie dati ir norādīti 1. tabulā.

1. tabula. Ampermetri, miliametri, mikroampermetri

Sprieguma mērīšana

Voltmetrs - tiešās nolasīšanas mērierīce sprieguma vai EML noteikšanai elektriskās ķēdēs (3. att.). Savienots paralēli slodzei vai elektriskās enerģijas avotam (4. att.).

Pēc darbības principa voltmetrus iedala: elektromehāniskajos - magnetoelektriskajos, elektromagnētiskajos, elektrodinamiskajos, elektrostatiskajos, taisngriežos, termoelektriskos; elektroniskā - analogā un digitālā. Pēc mērķa: līdzstrāva; AC; pulss; fāzes jutīgums; selektīvs; universāls. Pēc konstrukcijas un pielietošanas metodes: panelis; pārnēsājams; stacionārs. Dažu sadzīves voltmetru, magnetoelektrisko, elektrodinamisko, elektromagnētisko un termisko sistēmu milivoltmetru tehniskie dati ir parādīti 2. tabulā.

2. tabula. Voltmetri un milivoltmetri

Mērījumiem līdzstrāvas ķēdēs tiek izmantoti kombinētie magnetoelektriskās sistēmas instrumenti, ampērvoltmetri. Tehniskie dati par dažiem ierīču veidiem ir norādīti 3. tabulā.

3. tabula. Magnetoelektriskās sistēmas kombinētās ierīces.

Tehniskie dati par kombinētajiem instrumentiem - ampērvoltmetri un ampērvoltmetri sprieguma un strāvas, kā arī jaudas mērīšanai maiņstrāvas ķēdēs.

Kombinētie portatīvie instrumenti līdzstrāvas un maiņstrāvas ķēžu mērīšanai nodrošina līdzstrāvas un maiņstrāvas un pretestības mērīšanu, daži arī nodrošina elementu kapacitāti ļoti plašā diapazonā, ir kompakti un ar autonomu barošanu, kas nodrošina to darbību. plašs pielietojums. Šāda veida līdzstrāvas ierīču precizitātes klase ir 2,5; uz mainīgo – 4,0.

Universālie elektroniskie mērinstrumenti

ELEKTRISKIE MĒRĪJUMI
elektrisko lielumu, piemēram, sprieguma, pretestības, strāvas, jaudas, mērīšana. Mērījumus veic, izmantojot dažādus līdzekļus – mērinstrumentus, shēmas un speciālas ierīces. Mērīšanas ierīces veids ir atkarīgs no izmērītās vērtības veida un izmēra (vērtību diapazona), kā arī no nepieciešamās mērījumu precizitātes. SI pamatvienības, ko izmanto elektriskajos mērījumos, ir volts (V), omi (Ω), farads (F), henrijs (H), ampērs (A) un sekunde (s).
ELEKTRODAUDZUMU VIENĪBU STANDARTI
Elektriskais mērījums ir fiziskā lieluma vērtības noteikšana (izmantojot eksperimentālās metodes), kas izteikta atbilstošās vienībās (piemēram, 3 A, 4 V). Elektrisko lielumu vienību vērtības nosaka ar starptautisku vienošanos saskaņā ar fizikas likumiem un mehānisko lielumu mērvienībām. Tā kā starptautiskos līgumos noteikto elektrisko lielumu vienību “uzturēšana” ir saistīta ar grūtībām, tās tiek pasniegtas kā “praktiski” elektrisko lielumu vienību standarti. Šādus standartus atbalsta valsts metroloģiskās laboratorijas dažādās valstīs. Piemēram, Amerikas Savienotajās Valstīs Nacionālais standartu un tehnoloģiju institūts ir juridiski atbildīgs par elektrisko daudzumu vienību standartu uzturēšanu. Laiku pa laikam tiek veikti eksperimenti, lai noskaidrotu atbilstību starp elektrisko lielumu vienību standartu vērtībām un šo vienību definīcijām. 1990. gadā rūpnieciski attīstīto valstu valsts metroloģijas laboratorijas parakstīja vienošanos par visu praktisko elektrisko lielumu vienību standartu saskaņošanu savā starpā un ar šo lielumu mērvienību starptautiskajām definīcijām. Elektriskie mērījumi tiek veikti saskaņā ar valsts standartiem sprieguma un līdzstrāvas, līdzstrāvas pretestības, induktivitātes un kapacitātes vienībām. Šādi standarti ir ierīces, kurām ir stabili elektriskie raksturlielumi, vai iekārtas, kurās, pamatojoties uz noteiktu fizikālu parādību, tiek reproducēts elektriskais lielums, kas aprēķināts no zināmajām fundamentālo fizisko konstantu vērtībām. Vatu un vatstundu standarti netiek atbalstīti, jo ir pareizāk aprēķināt šo vienību vērtības, izmantojot definējošus vienādojumus, kas tos saista ar citu lielumu vienībām. Skatīt arī FIZISKO DAUDZUMU MĒRVIENĪBAS.
MĒRĪŠANAS INSTRUMENTI
Elektriskie mērinstrumenti visbiežāk mēra vai nu elektrisko lielumu momentānās vērtības, vai neelektriskos lielumus, kas pārveidoti par elektriskiem. Visas ierīces ir sadalītas analogajās un digitālajās. Pirmie parasti parāda izmērītā daudzuma vērtību ar bultiņas palīdzību, kas pārvietojas pa skalu ar dalījumu. Pēdējie ir aprīkoti ar digitālo displeju, kas parāda izmērīto vērtību skaitļa formā. Lielākajai daļai mērījumu ieteicams izmantot digitālos instrumentus, jo tie ir precīzāki, vieglāk nolasāmi un kopumā daudzpusīgāki. Digitālie multimetri ("multimetri") un digitālie voltmetri tiek izmantoti, lai mērītu līdzstrāvas pretestību, kā arī maiņstrāvas spriegumu un strāvu ar vidēju un augstu precizitāti. Analogās ierīces pamazām tiek aizstātas ar digitālajām, lai gan tās joprojām tiek izmantotas vietās, kur svarīgas ir zemas izmaksas un nav nepieciešama augsta precizitāte. Visprecīzākiem pretestības un pretestības mērījumiem ir mērīšanas tilti un citi specializēti skaitītāji. Lai reģistrētu izmērītās vērtības izmaiņu gaitu laika gaitā, tiek izmantoti ierakstīšanas instrumenti - lentes ierakstītāji un elektroniskie osciloskopi, analogie un digitālie.
DIGITĀLIE INSTRUMENTI
Visā digitālajā mērinstrumenti(izņemot vienkāršākos) pastiprinātājus un citus elektroniskos komponentus izmanto, lai pārveidotu ieejas signālu sprieguma signālā, kas pēc tam ar analogo-digitālo pārveidotāju (ADC) tiek pārveidots digitālā formā. Skaitlis, kas izsaka izmērīto vērtību, tiek parādīts gaismas diodes (LED), vakuuma fluorescējošā vai šķidro kristālu (LCD) indikatorā (displejā). Ierīce parasti darbojas iebūvēta mikroprocesora vadībā, un vienkāršās ierīcēs mikroprocesors tiek apvienots ar ADC uz vienas integrālās shēmas. Digitālās ierīces ir labi piemērotas darbam, kad tās ir savienotas ar ārēju datoru. Dažos mērījumu veidos šāds dators pārslēdz ierīces mērīšanas funkcijas un dod datu pārsūtīšanas komandas to apstrādei.
Analogo-digitālo pārveidotāji. Ir trīs galvenie ADC veidi: integrējošie, secīgie tuvinājumi un paralēlie. Integrējošais ADC vidēji nosaka ieejas signālu laika gaitā. No trim uzskaitītajiem veidiem šis ir visprecīzākais, lai gan vislēnākais. Integrējošā ADC konversijas laiks svārstās no 0,001 līdz 50 s vai vairāk, kļūda ir 0,1-0,0003%. Secīgās aproksimācijas ADC kļūda ir nedaudz lielāka (0,4-0,002%), bet konversijas laiks ir no ELEKTRISKIE MĒRĪJUMI 10 μs līdz ELEKTRISKIE MĒRĪJUMI 1 ms. Paralēlie ADC ir ātrākie, bet arī neprecīzākie: to konversijas laiks ir aptuveni 0,25 ns, kļūda ir no 0,4 līdz 2%.
Diskretizācijas metodes. Signāla paraugs tiek ņemts laikā, ātri izmērot to atsevišķos laika punktos un saglabājot (saglabājot) izmērītās vērtības, kamēr tās tiek pārveidotas digitālā formā. Iegūto diskrēto vērtību secību var parādīt displejā viļņu formas veidā; sadalot šīs vērtības kvadrātā un summējot, varat aprēķināt signāla vidējo kvadrātisko vērtību; tos var arī izmantot, lai aprēķinātu pieauguma laiku, maksimālo vērtību, laika vidējo, frekvenču spektru utt. Laika paraugu ņemšanu var veikt vai nu vienā signāla periodā ("reālā laikā"), vai (ar secīgu vai nejaušu paraugu ņemšanu) vairākos atkārtojošos periodos.
Digitālie voltmetri un multimetri. Digitālie voltmetri un multimetri mēra daudzuma kvazistatisko vērtību un norāda to digitālā formā. Voltmetri tieši mēra tikai spriegumu, parasti līdzstrāvu, savukārt multimetri var izmērīt līdzstrāvas un maiņstrāvas spriegumu, strāvu, līdzstrāvas pretestību un dažreiz temperatūru. Šiem visizplatītākajiem vispārējas nozīmes testa instrumentiem ar mērījumu precizitāti no 0,2 līdz 0,001%, var būt 3,5 vai 4,5 ciparu digitālais displejs. "Pusvesela skaitļa" rakstzīme (cipars) ir vienošanās, kas norāda, ka displejā var parādīt skaitļus, kas pārsniedz nominālo rakstzīmju skaitu. Piemēram, 3,5 ciparu (3,5 ciparu) displejs 1–2 V diapazonā var parādīt spriegumu līdz 1,999 V.
Impedances mērītāji. Tie ir specializēti instrumenti, kas mēra un parāda kondensatora kapacitāti, rezistora pretestību, induktora induktivitāti vai kondensatora vai induktora savienojuma ar rezistoru kopējo pretestību (impedanci). Ir pieejami šāda veida instrumenti, lai izmērītu kapacitāti no 0,00001 pF līdz 99,999 µF, pretestību no 0,00001 omi līdz 99,999 kohm un induktivitāti no 0,0001 mH līdz 99,999 H. Lai gan mērījumus var veikt no 1 MHz līdz 50 Hzn. neaptver visu frekvenču diapazonu. Frekvencēs, kas ir tuvu 1 kHz, kļūda var būt pat 0,02%, bet precizitāte samazinās tuvu frekvenču diapazonu un izmērīto vērtību robežām. Lielākā daļa instrumentu var parādīt arī atvasinātās vērtības, piemēram, spoles kvalitātes koeficientu vai kondensatora zuduma koeficientu, kas aprēķināts no galvenajām izmērītajām vērtībām.
ANALOGĀS IERĪCES
Lai mērītu spriegumu, strāvu un pretestību pie līdzstrāvas, tiek izmantotas analogās magnetoelektriskās ierīces ar pastāvīgo magnētu un daudzpagriezienu kustīgo daļu. Šādām rādītāja tipa ierīcēm ir raksturīga kļūda no 0,5 līdz 5%. Tie ir vienkārši un lēti (piemēram, automobiļu instrumenti, kas rāda strāvu un temperatūru), taču tos neizmanto, ja nepieciešama ievērojama precizitāte.
Magnetoelektriskās ierīces.Šādas ierīces izmanto mijiedarbības spēku magnētiskais lauks ar strāvu kustīgās daļas tinuma pagriezienos, tiecoties pagriezt pēdējo. Šī spēka moments tiek līdzsvarots ar pretējās atsperes radīto momentu, lai katra strāvas vērtība atbilstu noteiktai bultiņas pozīcijai uz skalas. Kustīgajai daļai ir daudzpagriezienu stiepļu rāmja forma ar izmēriem no 3-5 līdz 25-35 mm, un tā ir izgatavota pēc iespējas vieglāka. Kustīgā daļa, kas uzstādīta uz akmens gultņiem vai piekārta uz metāla sloksnes, ir novietota starp spēcīga pastāvīgā magnēta poliem. Divas spirālveida atsperes, kas līdzsvaro griezes momentu, kalpo arī kā vadītāji kustīgās daļas tinumam. Magnetoelektriskā ierīce reaģē uz strāvu, kas iet caur tās kustīgās daļas tinumu, un tāpēc tā ir ampērmetrs vai, precīzāk, miliammetrs (jo mērījumu diapazona augšējā robeža nepārsniedz aptuveni 50 mA). To var pielāgot lielāku strāvu mērīšanai, paralēli kustīgās daļas tinumam pieslēdzot zemas pretestības šunta rezistoru, lai kustīgās daļas tinumā tiktu sazarota tikai neliela daļa no kopējās mērāmās strāvas. Šāda ierīce ir piemērota strāvām, ko mēra daudzos tūkstošos ampēru. Ja virknē pievienojat papildu rezistoru ar tinumu, ierīce pārvērtīsies par voltmetru. Sprieguma kritums šādā virknes savienojumā ir vienāds ar rezistora pretestības un ierīces uzrādītās strāvas reizinājumu, tāpēc tā skalu var kalibrēt voltos. Lai izgatavotu ommetru no magnetoelektriskā miliammetra, tam jāpievieno sērijveidā izmērīti rezistori un jāpieliek seriālais savienojums pastāvīgs spriegums, piemēram, no akumulatora. Strāva šādā ķēdē nebūs proporcionāla pretestībai, un tāpēc ir nepieciešama īpaša skala, lai labotu nelinearitāti. Tad būs iespējams tieši nolasīt pretestību uz skalas, lai gan ne ar lielu precizitāti.
Galvanometri. Magnetoelektriskajās ierīcēs ietilpst arī galvanometri - ļoti jutīgi instrumenti ārkārtīgi mazu strāvu mērīšanai. Galvanometriem nav gultņu, to kustīgā daļa ir piekārta uz plānas lentes vai vītnes, tiek izmantots spēcīgāks magnētiskais lauks, un rādītājs tiek aizstāts ar spoguli, kas pielīmēts pie piekares vītnes (1. att.). Spogulis griežas kopā ar kustīgo daļu, un tā griešanās leņķi nosaka pēc tā izmestā gaismas punkta pārvietojuma uz skalas, kas uzstādīta apmēram 1 m attālumā līdz 1 mm ar strāvas izmaiņām tikai par 0,00001 μA.

IERAKSTĪŠANAS IERĪCES
Reģistrācijas instrumenti reģistrē izmērītā daudzuma vērtības izmaiņu “vēsturi”. Visizplatītākie šādu instrumentu veidi ir lentes diagrammu ierakstītāji, kas ieraksta vērtības izmaiņu līkni ar pildspalvu uz diagrammas papīra lentes, analogie elektroniskie osciloskopi, kas parāda procesa līkni katodstaru lampas ekrānā, un digitālie osciloskopi. , kas saglabā atsevišķus vai reti atkārtotus signālus. Galvenā atšķirība starp šīm ierīcēm ir ierakstīšanas ātrums. Sloksnes ierakstītāji ar kustīgajām mehāniskajām daļām ir vispiemērotākie signālu ierakstīšanai, kas mainās sekundēs, minūtēs vai pat lēnāk. Elektroniskie osciloskopi spēj ierakstīt signālus, kas laika gaitā mainās no sekundes miljondaļām līdz vairākām sekundēm.
TILTU MĒRĪŠANA
Mērīšanas tilts parasti ir četru roku elektriskā ķēde, kas sastāv no rezistoriem, kondensatoriem un induktoriem, kas paredzēti, lai noteiktu šo komponentu parametru attiecību. Strāvas avots ir savienots ar vienu ķēdes pretējo polu pāri, bet nulles detektors ir pievienots otram. Mērīšanas tiltus izmanto tikai tajos gadījumos, kad nepieciešama visaugstākā mērījumu precizitāte. (Vidējas precizitātes mērījumiem labāk izmantot digitālos instrumentus, jo ar tiem ir vieglāk rīkoties.) Labākajiem maiņstrāvas transformatoru mērīšanas tiltiem kļūda (attiecību mērījums) ir aptuveni 0,0000001%. Vienkāršākais tilts pretestības mērīšanai ir nosaukts tā izgudrotāja Čārlza Vitstona vārdā.
Dubultais līdzstrāvas mērīšanas tilts. Ir grūti savienot vara vadus ar rezistoru, neieviešot kontakta pretestību 0,0001 omi vai vairāk. Ja pretestība ir 1 Ohm, šāds strāvas vads rada kļūdu tikai 0,01% apmērā, bet pretestībai 0,001 Ohm kļūda būs 10%. Dubultais mērīšanas tilts (Thomson tilts), kura diagramma parādīta att. 2, ir paredzēts mazas vērtības atsauces rezistoru pretestības mērīšanai. Šādu četrpolu atsauces rezistoru pretestība tiek definēta kā sprieguma attiecība to potenciālajos spailēs (rezistora Rs p1, p2 un rezistora Rx p3, p4 2. attēlā) pret strāvu caur to strāvas spailēm (c1, c2 un c3, c4). Izmantojot šo paņēmienu, savienojošo vadu pretestība neievieš kļūdas vēlamās pretestības mērīšanas rezultātos. Divas papildu sviras m un n novērš savienojuma vada 1 ietekmi starp spailēm c2 un c3. Šo plecu pretestības m un n ir izvēlētas tā, lai būtu izpildīta vienādība M/m = N/n. Tad, mainot pretestību Rs, disbalanss tiek samazināts līdz nullei un tiek atrasts Rx = Rs(N /M).

Maiņstrāvas mērīšanas tilti. Visizplatītākie maiņstrāvas mērīšanas tilti ir paredzēti mērīšanai vai nu pie līnijas frekvences 50–60 Hz, vai ar audio frekvencēm (parasti aptuveni 1000 Hz); specializētie mērīšanas tilti darbojas frekvencēs līdz 100 MHz. Parasti maiņstrāvas mērīšanas tiltos divu sviru vietā, kas precīzi nosaka sprieguma attiecību, tiek izmantots transformators. Izņēmums no šī noteikuma ir Maxwell-Wien mērīšanas tilts.
Maxwell - Vīnes mērīšanas tilts.Šāds mērīšanas tilts dod iespēju salīdzināt induktivitātes standartus (L) ar kapacitātes standartiem pie darba frekvences, kas nav precīzi zināma. Kapacitātes standarti tiek izmantoti augstas precizitātes mērījumos, jo tie ir vienkāršāki pēc konstrukcijas nekā precīzas induktivitātes standarti, kompaktāki, vieglāk ekranējami un praktiski nerada ārējus elektromagnētiskos laukus. Šī mērīšanas tilta līdzsvara nosacījumi ir šādi: Lx = R2R3C1 un Rx = (R2R3) / R1 (3. att.). Tilts ir līdzsvarots pat “netīra” barošanas avota (t.i., signāla avota, kas satur pamatfrekvences harmonikas) gadījumā, ja Lx vērtība nav atkarīga no frekvences.

kur T ir signāla Y(t) periods. Maksimālā vērtība Ymax ir signāla lielākā momentānā vērtība, un vidējā absolūtā vērtība YAA ir vidējā laika absolūtā vērtība. Ar sinusoidālu svārstību formu Yeff = 0,707Ymax un YAA = 0,637Ymax.
Maiņstrāvas sprieguma un strāvas mērīšana. Gandrīz visi maiņstrāvas sprieguma un strāvas mērīšanas instrumenti uzrāda vērtību, ko ierosina uzskatīt par ieejas signāla efektīvo vērtību. Tomēr lēti instrumenti bieži vien faktiski mēra vidējo absolūto vai maksimālā vērtība signāls, un skala tiek kalibrēta tā, lai rādījums atbilstu līdzvērtīgai efektīvai vērtībai, pieņemot, ka ieejas signāls ir sinusoidāls. Nevajadzētu aizmirst, ka šādu ierīču precizitāte ir ārkārtīgi zema, ja signāls nav sinusoidāls. Instrumenti, kas spēj izmērīt maiņstrāvas signālu patieso efektīvo vērtību, var būt balstīti uz vienu no trim principiem: elektroniskā reizināšana, signāla paraugu ņemšana vai termiskā konversija. Ierīces, kuru pamatā ir pirmie divi principi, parasti reaģē uz spriegumu, bet termiskie elektriskie mērinstrumenti - uz strāvu. Izmantojot papildu un šunta rezistorus, visas ierīces var izmērīt gan strāvu, gan spriegumu.
Elektroniskā reizināšana. Tiek veikta ieejas signāla kvadrāta un vidējā noteikšana laika gaitā līdz zināmai tuvināšanai elektroniskās shēmas ar pastiprinātājiem un nelineāriem elementiem, lai veiktu tādus matemātiskās operācijas, piemēram, analogo signālu logaritma un antilogaritma atrašana. Šāda veida ierīcēm kļūda var būt tikai 0,009%.
Signāla paraugu ņemšana. Maiņstrāvas signāls tiek pārveidots digitālā formā, izmantojot ātrgaitas ADC. Izlases signāla vērtības ir kvadrātā, summētas un dalītas ar izlases vērtību skaitu vienā signāla periodā. Šādu ierīču kļūda ir 0,01-0,1%.
Termoelektriskie mērinstrumenti. Augstāko sprieguma un strāvas efektīvo vērtību mērīšanas precizitāti nodrošina termiskie elektriskie mērinstrumenti. Viņi izmanto termostrāvas pārveidotāju neliela evakuēta stikla trauka formā ar sildīšanas vadu (0,5-1 cm garu), kura vidusdaļai ar niecīgu lodziņu ir piestiprināts termopāra karstais savienojums. Pērle nodrošina termisko kontaktu un vienlaikus elektrisko izolāciju. Paaugstinoties temperatūrai, kas ir tieši saistīta ar sildīšanas vada strāvas efektīvo vērtību, termopāra izejā parādās termo-EMF (līdzstrāvas spriegums). Šādi pārveidotāji ir piemēroti maiņstrāvas mērīšanai ar frekvenci no 20 Hz līdz 10 MHz. Attēlā 5 parādīts ķēdes shēma termoelektriskā mērierīce ar diviem termiskās strāvas pārveidotājiem, kas izvēlēti pēc parametriem. Kad ķēdes ieejai tiek pielikts maiņstrāvas spriegums Vac, pārveidotāja TC1 termopāra izejā parādās līdzstrāvas spriegums, pastiprinātājs A rada līdzstrāvu pārveidotāja TC2 sildīšanas vadā, pie kuras termopāra. no pēdējās rada tādu pašu līdzstrāvas spriegumu, un parastā līdzstrāvas ierīce mēra izejas strāvu.

Ja laiku (t1 - t2) mēra sekundēs, spriegumu e - voltos, bet strāvu i - ampēros, tad enerģija W tiks izteikta vatsekundēs, t.i. džoulos (1 J = 1 Wh). Ja laiku mēra stundās, tad enerģiju mēra vatstundās. Praksē ērtāk ir izteikt elektrību kilovatstundās (1 kW*h = 1000 Wh).
Laika dalīšanas elektroenerģijas skaitītāji. Laika dalīšanas elektroenerģijas skaitītāji izmanto ļoti unikālu, bet precīzu elektroenerģijas mērīšanas metodi. Šai ierīcei ir divi kanāli. Viens kanāls ir elektronisks slēdzis, kas nodod vai nenodod Y ieejas signālu (vai apgriezto -Y ievades signālu) zemas caurlaidības filtram. Atslēgas stāvokli kontrolē otrā kanāla izejas signāls ar laika intervālu attiecību "slēgts"/"atvērts", kas ir proporcionāls tā ieejas signālam. Vidējais signāls filtra izejā ir vienāds ar divu ieejas signālu reizinājuma vidējo laiku. Ja viens ieejas signāls ir proporcionāls slodzes spriegumam, bet otrs ir proporcionāls slodzes strāvai, tad izejas spriegums ir proporcionāls slodzes patērētajai jaudai. Šādu rūpniecisko skaitītāju kļūda ir 0,02% pie frekvencēm līdz 3 kHz (laboratorijas ir tikai aptuveni 0,0001% pie 60 Hz). Kā augstas precizitātes instrumenti tos izmanto kā standarta skaitītājus darba mērinstrumentu pārbaudei.
Vatmetru un elektrības skaitītāju paraugu ņemšana.Šādas ierīces ir balstītas uz digitālā voltmetra principu, bet tām ir divi ievades kanāli, kas paralēli parauga strāvas un sprieguma signālus. Katra parauga vērtība e(k), kas attēlo sprieguma signāla momentānās vērtības paraugu ņemšanas brīdī, tiek reizināta ar tajā pašā laikā iegūtā strāvas signāla atbilstošo parauga vērtību i(k). Šādu produktu laika vidējais rādītājs ir jauda vatos:

Summators, kas laika gaitā uzkrāj diskrētu vērtību produktus, uzrāda kopējo elektrību vatstundās. Elektrības skaitītāju kļūda var būt pat 0,01%.
Indukcijas elektrības skaitītāji. Indukcijas skaitītājs ir nekas vairāk kā mazjaudas maiņstrāvas elektromotors ar diviem tinumiem - strāvas tinumu un sprieguma tinumu. Vadošais disks, kas novietots starp tinumiem, griežas griezes momenta ietekmē, kas ir proporcionāls patērētajai jaudai. Šis griezes moments tiek līdzsvarots ar strāvām, ko diskā inducē pastāvīgais magnēts, lai diska griešanās ātrums būtu proporcionāls enerģijas patēriņam. Diska apgriezienu skaits noteiktā laikā ir proporcionāls kopējai patērētāja patērētajai elektroenerģijai šajā laikā. Diska apgriezienu skaitu uzskaita mehāniskais skaitītājs, kas parāda elektrību kilovatstundās. Šāda veida ierīces tiek plaši izmantotas kā sadzīves elektrības skaitītāji. To kļūda parasti ir 0,5%; tiem ir ilgs kalpošanas laiks zem jebkura pieļaujamie līmeņi strāva
- elektrisko lielumu mērījumi: elektriskais spriegums, elektriskā pretestība, strāva, maiņstrāvas frekvence un fāze, strāvas jauda, ​​elektriskā enerģija, elektriskais lādiņš, induktivitāte, elektriskā kapacitāte utt. Lielā padomju enciklopēdija

elektriskie mērījumi- - [V.A.Semenovs. Angļu-krievu releju aizsardzības vārdnīca] Tēmas releju aizsardzība EN elektriskie mērījumi elektroenerģijas mērīšana ... Tehniskā tulkotāja rokasgrāmata

E. mērierīces ir instrumenti un ierīces, ko izmanto E., kā arī magnētisko lielumu mērīšanai. Lielākā daļa mērījumu ir saistīti ar strāvas, sprieguma (potenciāla starpības) un elektroenerģijas daudzuma noteikšanu.… … Enciklopēdiskā vārdnīca F.A. Brokhauss un I.A. Efrons - elementu un ierīču kopums, kas savienoti noteiktā veidā, veidojot ceļu garāmbraukšanai elektriskā strāva. Shēmu teorija ir teorētiskās elektrotehnikas sadaļa, kurā aplūkotas matemātiskās metodes elektrisko... ... Koljēra enciklopēdija

aerodinamiskie mērījumi Enciklopēdija "Aviācija"

aerodinamiskie mērījumi- Rīsi. 1. aerodinamiskie mērījumi – fizikālo lielumu vērtību empīriskas noteikšanas process aerodinamiskā eksperimentā, izmantojot atbilstošus tehniskos līdzekļus. Ir 2 I.A veidi: statiskā un dinamiskā. Pie…… Enciklopēdija "Aviācija"

Elektriskās - 4. Elektrības kodi radio apraides tīklu projektēšana. M., Svjazizdat, 1961. 80 lpp.