Elektriksel ölçüm türleri ve yöntemleri

Elektrik mühendisliği okurken, elektriksel, manyetik ve mekanik büyüklüklerle ilgilenmeli ve bunları ölçmelisiniz.

Elektriksel, manyetik veya başka bir niceliği ölçmek, onu birim olarak alınan başka bir homojen nicelikle karşılaştırmaktır.

Bu makale, aşağıdakiler için en önemli ölçüm sınıflandırmasını tartışmaktadır: elektriksel ölçümlerin teorisi ve pratiği… Bu sınıflandırma, ölçümlerin metodolojik açıdan sınıflandırılmasını içerebilir, örn. ölçüm sonuçlarını elde etmenin genel yöntemlerine (ölçüm türleri veya sınıfları), ilkelerin ve ölçüm cihazlarının kullanımına bağlı olarak ölçümlerin sınıflandırılması (ölçüm yöntemleri) ve ölçülen değerlerin dinamiklerine bağlı olarak ölçümlerin sınıflandırılması.

Elektriksel ölçüm türleri

Sonuç elde etmenin genel yöntemlerine bağlı olarak, ölçümler aşağıdaki türlere ayrılır: doğrudan, dolaylı ve ortak.

Doğrudan ölçümler için, sonucu doğrudan deneysel verilerden elde edilenleri içerir.Doğrudan ölçüm geleneksel olarak Y = X formülüyle ifade edilebilir, burada Y, ölçülen değerin istenen değeridir; X — doğrudan deneysel verilerden elde edilen değer. Bu tür ölçüm, yerleşik birimlerde kalibre edilmiş aletler kullanılarak çeşitli fiziksel niceliklerin ölçümlerini içerir.

Örneğin, bir ampermetre ile akım ölçümü, bir termometre ile sıcaklık vb. Düz bir çizgi ölçümü atfedilirken, kullanılan araçlar ve deneyin basitliği (veya karmaşıklığı) dikkate alınmaz.

Dolaylı ölçüm, niceliğin istenen değerinin, bu nicelik ile doğrudan ölçüme tabi tutulan nicelikler arasındaki bilinen ilişki temelinde bulunduğu ölçüm olarak adlandırılır. Dolaylı ölçümler için, ölçülen değerin sayısal değeri, Y = F (Xl, X2 ... Xn) formülü hesaplanarak belirlenir; burada Y, ölçülen değerin gerekli değeridir; NS1, X2, Xn — ölçülen büyüklüklerin değerleri. Dolaylı ölçümlere bir örnek, bir ampermetre ve bir voltmetre ile DC devrelerindeki gücün ölçülmesidir.

Ortak ölçümler, gerekli büyüklüklerin değerlerini doğrudan ölçülen büyüklüklerle birleştiren denklem sistemini çözerek farklı büyüklüklerin gerekli değerlerinin belirlendiği ölçümler olarak adlandırılır. Eklem ölçümlerine örnek olarak direnç direncinin sıcaklığı ile ilgili formüldeki katsayıların tanımı şu şekilde verilebilir: Rt = R20 [1 + α (T1-20) + β (T1-20)]

Elektriksel ölçüm yöntemleri

İlkeleri ve ölçüm araçlarını kullanma tekniklerine bağlı olarak, tüm yöntemler doğrudan değerlendirme yöntemi ve karşılaştırma yöntemleri olarak ayrılır.

Doğrudan değerlendirme yönteminin özü, ölçülen miktarın değerinin, ölçülen miktarın birimlerinde veya birimlerinde önceden kalibre edilmiş bir (doğrudan ölçümler) veya birkaç (dolaylı ölçümler) cihazın okumalarından tahmin edilmesi gerçeğinden oluşur. ölçülen büyüklük miktarının bağlı olduğu diğer büyüklükler.

Doğrudan tahmin yönteminin en basit örneği, ölçeği uygun birimlerle derecelendirilen bir cihazla her bir niceliğin ölçülmesidir.

İkinci büyük elektrik ölçüm yöntemleri grubu, genel ad altında birleştirilir karşılaştırma yöntemleri... Bunlar, ölçülen değerin ölçüm tarafından üretilen değerle karşılaştırıldığı tüm elektriksel ölçüm yöntemlerini içerir. Bu nedenle, karşılaştırma yöntemlerinin ayırt edici bir özelliği, ölçümlerin ölçüm sürecine doğrudan dahil edilmesidir.

Karşılaştırma yöntemleri aşağıdakilere ayrılmıştır: boş, diferansiyel, ikame ve eşleştirme.

Boş yöntem Bu, ölçülen bir değeri, değerlerin ölçü üzerindeki etkisinin sonucunun sıfıra düşürüldüğü bir ölçü ile karşılaştırma yöntemidir. Böylece, dengeye ulaşıldığında, örneğin bir devrenin bir bölümündeki akım veya bunun karşısındaki voltaj gibi belirli bir olgu ortadan kalkar ve bu amaca hizmet eden cihazlar yardımıyla kaydedilebilir. — sıfır göstergeler. Sıfır göstergelerinin yüksek hassasiyeti nedeniyle ve ayrıca ölçümler büyük bir doğrulukla gerçekleştirilebildiğinden, yüksek bir ölçüm doğruluğu da elde edilir.

Boş yöntemin uygulanmasına bir örnek, tamamen dengeli bir köprü aracılığıyla elektrik direncinin ölçülmesi olabilir.

Diferansiyel yöntemde de null yöntemde olduğu gibi ölçülen değer ölçü ile doğrudan veya dolaylı olarak karşılaştırılır ve karşılaştırma sonucunda ölçülen değerin değeri bu değerlerin eş zamanlı olarak ürettiği etkiler arasındaki farka göre değerlendirilir ​​ve ölçüm tarafından üretilen bilinen değer. Böylece, diferansiyel yöntemle ölçülen değerin eksik bir dengelemesi elde edilir ve bu, diferansiyel yöntemle sıfır arasındaki farktır.

Diferansiyel yöntem, doğrudan tahmin yönteminin bazı özelliklerini ve sıfır yönteminin bazı özelliklerini birleştirir. Sadece ölçülen değer ve ölçü birbirinden biraz farklıysa çok doğru bir ölçüm sonucu verebilir.

Örneğin bu iki büyüklük arasındaki fark %1 ise ve %1'e varan bir hata ile ölçülürse, ölçüm hataları dikkate alınmadığı takdirde istenilen miktarın ölçüm hatası böylece %0,01'e düşürülür. Diferansiyel yöntemin uygulanmasına bir örnek, biri yüksek doğrulukla bilinen, diğeri istenen değer olan bir voltmetre ile iki gerilim arasındaki farkın ölçülmesidir.

Bir ikame yöntemi, istenen değerin bir cihazla art arda ölçülmesinden ve aynı cihazla ölçülen değerle homojen bir değer üreten bir ölçümün ölçülmesinden oluşur. İstenen değer, iki ölçümün sonuçlarından hesaplanabilir.Her iki ölçümün de aynı cihaz tarafından aynı dış koşullar altında yapılması ve istenilen değerin cihaz okumalarının oranına göre belirlenmesi nedeniyle, ölçüm sonucu hatası önemli ölçüde azaltılır. Aletin hatası genellikle ölçeğin farklı noktalarında aynı olmadığından, aletin aynı okumaları ile en yüksek ölçüm doğruluğu elde edilir.

Yerine koyma yönteminin uygulanmasına bir örnek, nispeten büyük bir ölçümün ölçümü olabilir. DC elektrik direnci kontrollü direnç ve örnek üzerinden akan akımı art arda ölçerek. Devre, ölçümler sırasında aynı akım kaynağından beslenmelidir. Akım kaynağının ve akımı ölçen cihazın direnci, değişken ve örnek dirençlere göre çok küçük olmalıdır.

Eşleştirme yöntemi Bu, ölçülen değer ile ölçümden üretilen değer arasındaki farkın, ölçek işaretinin veya periyodik sinyallerin eşleştirilmesi kullanılarak ölçüldüğü bir yöntemdir. Bu yöntem, elektriksel olmayan ölçümlerin pratiğinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Buna bir örnek uzunluk ölçmektir. Sürmeli kumpas… Elektriksel ölçümlerde, vücut hızının bir stroboskop ile ölçülmesi buna bir örnektir.

Ölçülen değerin zaman içindeki değişimine dayalı olarak bir ölçüm sınıflandırması da belirteceğiz... Ölçülen değerin zaman içinde değişmesine veya ölçüm işlemi sırasında değişmeden kalmasına bağlı olarak, statik ve dinamik ölçümler arasında bir ayrım yapılır. Statik olarak, sabit veya durağan değerlerin ölçümlerini ifade eder.Bunlar, büyüklüklerin rms ve genlik değerlerinin ölçümlerini içerir, ancak kararlı durumda.

Zamanla değişen büyüklüklerin anlık değerleri ölçülürse, ölçümlere dinamik denir... Dinamik ölçümler sırasında ölçüm cihazları, ölçülen miktarın değerlerini sürekli olarak gözlemlemenize izin veriyorsa, bu tür ölçümlere sürekli denir.

t1, t2 gibi bazı zaman noktalarında değerlerini ölçerek herhangi bir niceliğin ölçümünü yapmak mümkündür. Sonuç olarak, ölçülen miktarın tüm değerleri bilinmeyecek, sadece seçilen zamanlardaki değerler bilinecektir. Bu tür ölçümlere ayrı denir.