Die behoeftes van wetenskap en tegnologie sluit 'n menigte metings in, waarvan die middele en metodes voortdurend ontwikkel en verbeter word. Die belangrikste rol op hierdie gebied behoort aan die metings van elektriese groothede, wat wyd in verskeie industrieë gebruik word.
Die konsep van metings
Meting van enige fisiese grootheid word gemaak deur dit te vergelyk met een of ander hoeveelheid van dieselfde soort verskynsels, geneem as 'n eenheid van meting. Die resultaat wat deur vergelyking verkry word, word numeries in die toepaslike eenhede aangebied.
Hierdie bewerking word uitgevoer met behulp van spesiale meetinstrumente - tegniese toestelle wat met die voorwerp in wisselwerking tree, waarvan sekere parameters gemeet moet word. In hierdie geval word sekere metodes gebruik - tegnieke waardeur die gemete waarde met die eenheid van meting vergelyk word.
Daar is verskeie tekens wat as basis dien om metings van elektriese groothede volgens tipe te klassifiseer:
- Hoeveelheidhandelinge van meting. Hier is hul eenmalige of veelvuldigheid noodsaaklik.
- Graad van akkuraatheid. Daar is tegniese, beheer en verifikasie, die mees akkurate metings, sowel as gelyke en ongelyke metings.
- Die aard van die verandering in die gemete waarde oor tyd. Volgens hierdie maatstaf is metings staties en dinamies. Deur dinamiese metings word oombliklike waardes verkry van hoeveelhede wat oor tyd verander, en statiese metings - sommige konstante waardes.
- Voorstelling van die resultaat. Metings van elektriese groothede kan in relatiewe of absolute vorm uitgedruk word.
- Die manier om die gewenste resultaat te kry. Volgens hierdie kenmerk word metings verdeel in direk (waarin die resultaat direk verkry word) en indirek, waarin die hoeveelhede wat verband hou met die gewenste waarde deur een of ander funksionele afhanklikheid direk gemeet word. In laasgenoemde geval word die vereiste fisiese hoeveelheid bereken uit die resultate wat verkry is. Dus, die meet van stroom met 'n ammeter is 'n voorbeeld van 'n direkte meting, en drywing is 'n indirekte een.
Measurements
Toestelle wat vir meting bedoel is, moet genormaliseerde eienskappe hê, en ook vir 'n sekere tyd behou of die eenheid van die waarde waarvoor hulle bedoel is, behou of weergee.
Middels vir die meet van elektriese hoeveelhede word in verskeie kategorieë verdeel, afhangende van die doel:
- maatreëls. Hierdie instrumente dien om die waarde van sommige gegewe weer te geegrootte - soos byvoorbeeld 'n weerstand wat 'n sekere weerstand weergee met 'n bekende fout.
- Meet-omskakelaars wat 'n sein vorm in 'n vorm wat gerieflik is vir berging, omskakeling, transmissie. Inligting van hierdie soort is nie vir direkte persepsie beskikbaar nie.
- Elektriese meettoestelle. Hierdie instrumente is ontwerp om inligting aan te bied in 'n vorm wat toeganklik is vir die waarnemer. Hulle kan draagbaar of stilstaande, analoog of digitaal wees, opneem of sein.
- Elektriese meetinstallasies is komplekse van bogenoemde gereedskap en bykomende toestelle, gekonsentreer op een plek. Die eenhede laat meer komplekse metings toe (byvoorbeeld magnetiese eienskappe of weerstand), dien as verifikasie- of verwysingstoestelle.
- Elektriese meetstelsels is ook 'n kombinasie van verskeie middele. Maar, anders as installasies, is toestelle vir die meet van elektriese hoeveelhede en ander middele in die stelsel versprei. Met die hulp van stelsels kan jy verskeie hoeveelhede meet, meetinligtingseine stoor, verwerk en versend.
Indien dit nodig is om 'n spesifieke komplekse metingsprobleem op te los, word meet- en rekenaarkomplekse gevorm wat 'n aantal toestelle en elektroniese rekenaartoerusting kombineer.
Kenmerke van meetinstrumente
Meettoerustingtoestelle het sekere eienskappe wat belangrik isom hul direkte funksies te verrig. Dit sluit in:
- Metrologiese kenmerke, soos sensitiwiteit en sy drumpel, meetbereik van 'n elektriese grootheid, instrumentfout, deelwaarde, spoed, ens.
- Dynamiese eienskappe, soos amplitude (afhanklikheid van die amplitude van die uitsetsein van die toestel van die amplitude by die inset) of fase (afhanklikheid van die faseverskuiwing van die frekwensie van die sein).
- Prestasie-eienskappe wat die mate waarin die instrument voldoen aan die vereistes van werking onder sekere toestande weerspieël. Dit sluit eienskappe in soos die betroubaarheid van aanduidings, betroubaarheid (werkbaarheid, duursaamheid en nie-fou werking van die toestel), instandhouding, elektriese veiligheid, ekonomie.
Die stel toerusting-eienskappe word bepaal deur die relevante regulatoriese en tegniese dokumente vir elke tipe toestel.
Toegepaste metodes
Meting van elektriese hoeveelhede word deur verskeie metodes uitgevoer, wat ook volgens die volgende kriteria geklassifiseer kan word:
- Soort fisiese verskynsels op grond waarvan die meting gemaak word (elektriese of magnetiese verskynsels).
- Die aard van die interaksie van die meetinstrument met die voorwerp. Na gelang daarvan word kontak- en nie-kontakmetodes vir die meet van elektriese hoeveelhede onderskei.
- Meetmodus. Daarvolgens is metings dinamies en staties.
- Meetmetode. Ontwikkel as metodes van direkte skatting wanneer die hoeveelheid gesoek worddirek bepaal deur die toestel (byvoorbeeld 'n ammeter), en meer akkurate metodes (nul, differensiaal, opposisie, vervanging), waarin dit opgespoor word deur vergelyking met 'n bekende waarde. Kompensators en elektriese meetbrûe van gelyk- en wisselstroom dien as vergelykingstoestelle.
Elektriese meetinstrumente: tipes en kenmerke
Meting van basiese elektriese hoeveelhede vereis 'n wye verskeidenheid instrumente. Afhangende van die fisiese beginsel onderliggend aan hul werk, word hulle almal in die volgende groepe verdeel:
- Elektromeganiese toestelle moet 'n bewegende deel in hul ontwerp hê. Hierdie groot groep meetinstrumente sluit elektrodinamiese, ferrodinamiese, magneto-elektriese, elektromagnetiese, elektrostatiese, induksietoestelle in. Byvoorbeeld, die magneto-elektriese beginsel, wat baie wyd gebruik word, kan as basis vir toestelle soos voltmeters, ammeters, ohmmeters, galvanometers gebruik word. Elektrisiteitsmeters, frekwensiemeters, ens. is gebaseer op die induksiebeginsel.
- Elektroniese toestelle word onderskei deur die teenwoordigheid van bykomende blokke: omsetters van fisiese hoeveelhede, versterkers, omsetters, ens. As 'n reël, in toestelle van hierdie tipe, word die gemete waarde omgeskakel na spanning, en 'n voltmeter dien as hul strukturele basis. Elektroniese meetinstrumente word gebruik as frekwensiemeters, kapasitansie, weerstand, induktansiemeters, ossilloskope.
- Termo-elektriestoestelle kombineer in hul ontwerp 'n meettoestel van 'n magneto-elektriese tipe en 'n termiese omsetter wat gevorm word deur 'n termokoppel en 'n verwarmer waardeur die gemete stroom vloei. Instrumente van hierdie tipe word hoofsaaklik gebruik vir die meting van hoëfrekwensiestrome.
- Elektrochemies. Die beginsel van hul werking is gebaseer op die prosesse wat plaasvind op die elektrodes of in die medium wat bestudeer word in die interelektroderuimte. Instrumente van hierdie tipe word gebruik om elektriese geleidingsvermoë, die hoeveelheid elektrisiteit en sommige nie-elektriese hoeveelhede te meet.
Volgens funksionele kenmerke word die volgende tipes instrumente vir die meet van elektriese hoeveelhede onderskei:
- Aanwysing (sein) - dit is toestelle wat slegs direkte lees van metingsinligting, soos wattmeters of ammeters, toelaat.
- Opname - toestelle wat die moontlikheid toelaat om lesings op te neem, byvoorbeeld elektroniese ossilloskope.
Volgens die tipe sein word toestelle in analoog en digitaal verdeel. As die toestel 'n sein genereer wat 'n deurlopende funksie van die gemete waarde is, is dit analoog, byvoorbeeld 'n voltmeter, waarvan die lesings gegee word met behulp van 'n skaal met 'n pyl. In die geval dat 'n sein outomaties in die toestel gegenereer word in die vorm van 'n stroom diskrete waardes wat die skerm in numeriese vorm binnegaan, praat 'n mens van 'n digitale meetinstrument.
Digitale instrumente het 'n paar nadele in vergelyking met analoog instrumente: minder betroubaarheid,behoefte aan kragtoevoer, hoër koste. Hulle word egter ook gekenmerk deur aansienlike voordele wat die gebruik van digitale toestelle oor die algemeen meer verkieslik maak: gebruiksgemak, hoë akkuraatheid en geraasimmuniteit, die moontlikheid van universalisering, kombinasie met 'n rekenaar en afgeleë seintransmissie sonder verlies aan akkuraatheid.
Onakkuraathede en akkuraatheid van instrumente
Die belangrikste kenmerk van 'n elektriese meetinstrument is die akkuraatheidklas. Die meting van elektriese hoeveelhede, soos enige ander, kan nie uitgevoer word sonder om die foute van die tegniese toestel in ag te neem nie, sowel as bykomende faktore (koëffisiënte) wat die metingsakkuraatheid beïnvloed. Die limietwaardes van die gegewe foute wat vir hierdie tipe toestel toegelaat word, word genormaliseer genoem en word as 'n persentasie uitgedruk. Hulle bepaal die akkuraatheidklas van 'n spesifieke toestel.
Standaardklasse wat gebruik word om die skale van meettoestelle te merk, is soos volg: 4, 0; 2, 5; vyftien; tien; 0,5; 0,2; 0,1; 0.05 In ooreenstemming daarmee word 'n verdeling volgens doel vasgestel: toestelle wat aan klasse van 0.05 tot 0.2 behoort is voorbeeldig, klasse 0.5 en 1.0 het laboratoriumtoestelle, en laastens is toestelle van klasse 1, 5–4, 0 tegnies.
Wanneer 'n meettoestel gekies word, is dit nodig dat dit ooreenstem met die klas van die probleem wat opgelos word, terwyl die boonste meetgrens so na as moontlik aan die numeriese waarde van die verlangde waarde moet wees. Dit wil sê, hoe groter die afwyking van die instrumentwyser bereik kan word, hoe kleiner sal die relatiewe fout van die meting wees. As slegs laeklas-instrumente beskikbaar is, moet die een met die kleinste bedryfsreeks gekies word. Met hierdie metodes kan metings van elektriese hoeveelhede redelik akkuraat uitgevoer word. In hierdie geval moet jy ook die tipe skaal van die toestel in ag neem (eenvormig of ongelyk, soos ohmmeterskale).
Basiese elektriese hoeveelhede en hul eenhede
Meestal word elektriese metings geassosieer met die volgende stel hoeveelhede:
- Stroomsterkte (of bloot stroom) I. Hierdie waarde dui die hoeveelheid elektriese lading aan wat binne 1 sekonde deur die geleiergedeelte gaan. Meting van die grootte van die elektriese stroom word in ampère (A) uitgevoer met behulp van ammeters, avometers (toetsers, die sogenaamde "tseshek"), digitale multimeters, instrumenttransformators.
- Hoeveelheid elektrisiteit (lading) q. Hierdie waarde bepaal tot watter mate 'n bepaalde fisiese liggaam 'n bron van 'n elektromagnetiese veld kan wees. Elektriese lading word gemeet in coulombs (C). 1 C (ampere-sekonde)=1 A ∙ 1 s. Instrumente vir meting is elektrometers of elektroniese ladingmeters (coulomb-meters).
- Voltage U. Druk die potensiaalverskil (ladingsenergie) uit wat tussen twee verskillende punte van die elektriese veld bestaan. Vir 'n gegewe elektriese grootheid is die eenheid van meting die volt (V). As om 'n lading van 1 coulomb van een punt na 'n ander te verskuif, die veld werk van 1 joule doen (dit wil sê die ooreenstemmende energie word opgebruik), dandie potensiaalverskil - spanning - tussen hierdie punte is 1 volt: 1 V \u003d 1 J / 1 C. Die meting van die elektriese spanning word uitgevoer met behulp van voltmeters, digitale of analoog (toetsers) multimeters.
- Weerstand R. Kenmerk die vermoë van 'n geleier om te verhoed dat elektriese stroom daardeur beweeg. Die eenheid van weerstand is ohm. 1 ohm is die weerstand van 'n geleier met 'n spanning van 1 volt aan die punte tot 'n stroom van 1 ampère: 1 ohm=1 V / 1 A. Die weerstand is direk eweredig aan die deursnit en lengte van die geleier. Ohmmeters, avometers, multimeters word gebruik om dit te meet.
- Elektriese geleiding (geleiding) G is die wederkerige van weerstand. Gemeet in siemens (cm): 1 cm=1 ohm-1.
- Kapasiteit C is 'n maatstaf van 'n geleier se vermoë om lading te stoor, ook een van die basiese elektriese groothede. Sy maateenheid is die farad (F). Vir 'n kapasitor word hierdie waarde gedefinieer as die onderlinge kapasitansie van die plate en is gelyk aan die verhouding van die opgehoopte lading tot die potensiaalverskil op die plate. Die kapasitansie van 'n plat kapasitor neem toe met 'n toename in die oppervlakte van die plate en met 'n afname in die afstand tussen hulle. As, met 'n lading van 1 hanger, 'n spanning van 1 volt op die plate geskep word, dan sal die kapasitansie van so 'n kapasitor gelyk wees aan 1 farad: 1 F \u003d 1 C / 1 V. Die meting word uitgevoer met behulp van spesiale instrumente - kapasitansiemeters of digitale multimeters.
- Power P is 'n waarde wat die spoed weerspieël waarmee die oordrag (omskakeling) van elektriese energie uitgevoer word. As 'n stelsel eenheid van mag aangeneemwatt (W; 1 W=1J/s). Hierdie waarde kan ook uitgedruk word in terme van die produk van spanning en stroomsterkte: 1 W=1 V ∙ 1 A. Vir AC-stroombane, aktiewe (verbruikte) drywing Pa, reaktiewe P ra (neem nie deel aan die werking van die stroom nie) en volle krag P. Wanneer daar gemeet word, word die volgende eenhede daarvoor gebruik: watt, var (staan vir “volt-ampere reactive”) en, dienooreenkomstig, volt-ampere V ∙ MAAR. Hulle afmetings is dieselfde, en hulle dien om te onderskei tussen die aangeduide hoeveelhede. Instrumente om krag te meet - analoog of digitale wattmeters. Indirekte metings (byvoorbeeld deur 'n ammeter te gebruik) is nie altyd van toepassing nie. Om so 'n belangrike hoeveelheid soos die arbeidsfaktor (uitgedruk in terme van die faseverskuiwingshoek) te bepaal, word toestelle genaamd fasemeters gebruik.
- Frekwensie f. Dit is 'n kenmerk van 'n wisselstroom, wat die aantal siklusse van verandering in sy grootte en rigting (in die algemene geval) oor 'n tydperk van 1 sekonde aandui. Die eenheid van frekwensie is die resiproke sekonde, of hertz (Hz): 1 Hz=1 s-1. Hierdie waarde word gemeet deur middel van 'n uitgebreide klas instrumente wat frekwensiemeters genoem word.
Magnetiese hoeveelhede
Magnetisme is nou verwant aan elektrisiteit, aangesien albei manifestasies is van 'n enkele fundamentele fisiese proses - elektromagnetisme. Daarom is 'n ewe noue verbinding kenmerkend van metodes en middele om elektriese en magnetiese groothede te meet. Maar daar is ook nuanses. As 'n reël, by die bepaling van laasgenoemde, prakties'n elektriese meting word gedoen. Die magnetiese waarde word indirek verkry uit die funksionele verwantskap wat dit met die elektriese een verbind.
Die verwysingswaardes in hierdie metingsarea is magnetiese induksie, veldsterkte en magnetiese vloed. Hulle kan met behulp van die meetspoel van die toestel omgeskakel word na EMF, wat gemeet word, waarna die vereiste waardes bereken word.
- Magnetiese vloed word gemeet met behulp van instrumente soos webermeters (fotovoltaïese, magneto-elektriese, analoog elektronies en digitaal) en hoogs sensitiewe ballistiese galvanometers.
- Induksie- en magneetveldsterkte word gemeet met behulp van teslameters wat toegerus is met verskeie tipes transducers.
Meting van elektriese en magnetiese groothede, wat direk verwant is, maak dit moontlik om baie wetenskaplike en tegniese probleme op te los, byvoorbeeld die studie van die atoomkern en die magnetiese veld van die Son, Aarde en planete, die studie van die magnetiese eienskappe van verskeie materiale, geh altebeheer, en ander.
Nie-elektriese hoeveelhede
Die gerief van elektriese metodes maak dit moontlik om dit suksesvol uit te brei na metings van verskeie fisiese hoeveelhede van 'n nie-elektriese aard, soos temperatuur, afmetings (lineêr en hoekig), vervorming, en vele ander, asook om chemiese prosesse en die samestelling van stowwe te ondersoek.
Instrumente vir elektriese meting van nie-elektriese hoeveelhede is gewoonlik 'n kompleks van 'n sensor - 'n omskakelaar na enige stroombaanparameter (spanning,weerstand) en elektriese meettoestel. Daar is baie soorte transducers, waardeur u 'n verskeidenheid hoeveelhede kan meet. Hier is net 'n paar voorbeelde:
- Reostatiese sensors. In sulke transduktors, wanneer die gemete waarde blootgestel word (byvoorbeeld wanneer die vloeistofvlak of sy volume verander), beweeg die reostaatskuifbalk, waardeur die weerstand verander word.
- Termistors. Die weerstand van die sensor in toestelle van hierdie tipe verander onder die invloed van temperatuur. Word gebruik om gasvloeitempo, temperatuur, te meet om die samestelling van gasmengsels te bepaal.
- Vervormingsweerstande laat draadrekmetings toe.
- Fotosensors wat 'n verandering in beligting, temperatuur of beweging omskakel in 'n fotostroom en dan gemeet.
- Kapasitiewe transduktors wat gebruik word as sensors vir lugchemie, verplasing, humiditeit, druk.
- Piëso-elektriese transduktors werk op die beginsel van die voorkoms van EMK in sommige kristallyne materiale wanneer dit meganies daarop toegepas word.
- Induktiewe sensors is gebaseer op die omskakeling van hoeveelhede soos spoed of versnelling in 'n geïnduseerde emk.
Ontwikkeling van elektriese meetinstrumente en -metodes
'n Wye verskeidenheid maniere om elektriese hoeveelhede te meet is te danke aan baie verskillende verskynsels waarin hierdie parameters 'n beduidende rol speel. Elektriese prosesse en verskynsels het 'n uiters wye reeks gebruike inalle nywerhede - dit is onmoontlik om so 'n gebied van menslike aktiwiteit aan te dui waar hulle nie toepassing sou vind nie. Dit bepaal die steeds groeiende reeks probleme van elektriese metings van fisiese hoeveelhede. Die verskeidenheid en verbetering van middele en metodes om hierdie probleme op te los, groei voortdurend. Veral vinnig en suksesvol ontwikkel so 'n rigting van meettegnologie soos die meting van nie-elektriese hoeveelhede deur elektriese metodes.
Moderne elektriese meettegnologie ontwikkel in die rigting van toenemende akkuraatheid, geraasimmuniteit en spoed, sowel as toenemende outomatisering van die meetproses en verwerking van die resultate daarvan. Meetinstrumente het van die eenvoudigste elektromeganiese toestelle na elektroniese en digitale toestelle gegaan, en verder na die nuutste meet- en rekenaarstelsels wat mikroverwerkertegnologie gebruik. Terselfdertyd is die toename in die rol van die sagtewarekomponent van meettoestelle natuurlik die hoofontwikkelingstendens.
