Bilim ve teknolojinin ihtiyaçları, araçları ve yöntemleri sürekli olarak geliştirilip iyileştirilmekte olan çok sayıda ölçümü içerir. Bu alandaki en önemli rol, çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılan elektriksel büyüklüklerin ölçülmesine aittir.
Ölçüm kavramı
Herhangi bir fiziksel niceliğin ölçümü, ölçü birimi olarak alınan aynı tür fenomenin bir miktarıyla karşılaştırılarak yapılır. Karşılaştırma ile elde edilen sonuç uygun birimlerde sayısal olarak sunulmuştur.
Bu işlem, belirli parametreleri ölçülecek olan nesneyle etkileşime giren teknik cihazlar olan özel ölçüm cihazlarının yardımıyla gerçekleştirilir. Bu durumda, belirli yöntemler kullanılır - ölçülen değerin ölçü birimiyle karşılaştırıldığı teknikler.
Elektriksel büyüklüklerin ölçümlerini türe göre sınıflandırmak için temel teşkil eden birkaç işaret vardır:
- Miktarölçüm eylemleri. Burada onların tek seferlik veya çokluğu esastır.
- Doğruluk derecesi. Teknik, kontrol ve doğrulama, en doğru ölçümler olduğu gibi eşit ve eşit olmayan ölçümler de vardır.
- Zaman içinde ölçülen değerdeki değişimin doğası. Bu kritere göre ölçümler statik ve dinamiktir. Dinamik ölçümler sayesinde, zamanla değişen niceliklerin anlık değerleri ve statik ölçümler - bazı sabit değerler elde edilir.
- Sonucun temsili. Elektriksel büyüklüklerin ölçümleri, bağıl veya mutlak biçimde ifade edilebilir.
- İstenen sonucu almanın yolu. Bu özelliğe göre, ölçümler doğrudan (sonucun doğrudan elde edildiği) ve bazı fonksiyonel bağımlılıklarla istenen değerle ilişkili niceliklerin doğrudan ölçüldüğü dolaylı olarak ayrılır. İkinci durumda, gerekli fiziksel miktar, elde edilen sonuçlardan hesaplanır. Bu nedenle, akımı bir ampermetre ile ölçmek doğrudan ölçüme bir örnektir ve güç dolaylı bir ölçüme örnektir.
Ölçümler
Ölçüm için tasarlanan cihazlar normalleştirilmiş özelliklere sahip olmalı ve ayrıca belirli bir süre için muhafaza etmeli veya amaçlanan değerin birimini yeniden üretmelidir.
Elektriksel büyüklükleri ölçmek için araçlar, amaca bağlı olarak birkaç kategoriye ayrılır:
- Önlemler. Bu araçlar, verilen bazı değerlerin yeniden üretilmesine hizmet eder.boyut - örneğin, bilinen bir hatayla belirli bir direnci yeniden üreten bir direnç gibi.
- Depolama, dönüştürme, iletme için uygun bir biçimde bir sinyal oluşturan ölçüm dönüştürücüleri. Bu tür bilgiler doğrudan algılama için mevcut değildir.
- Elektrik ölçüm cihazları. Bu araçlar, bilgileri gözlemcinin erişebileceği bir biçimde sunmak için tasarlanmıştır. Taşınabilir veya sabit, analog veya dijital, kayıt veya sinyal olabilirler.
- Elektrik ölçüm tesisatları, yukarıdaki araçların ve ek cihazların tek bir yerde toplanmış kompleksleridir. Birimler daha karmaşık ölçümlere izin verir (örneğin, manyetik özellikler veya direnç), doğrulama veya referans cihazları olarak hizmet eder.
- Elektrik ölçüm sistemleri de çeşitli araçların bir kombinasyonudur. Ancak, tesisatlardan farklı olarak, sistemdeki elektriksel büyüklükleri ölçmek için cihazlar ve diğer araçlar dağınıktır. Sistemlerin yardımıyla birkaç miktarı ölçebilir, ölçüm bilgi sinyallerini saklayabilir, işleyebilir ve iletebilirsiniz.
Belirli bir karmaşık ölçüm problemini çözmek gerekirse, bir dizi cihazı ve elektronik bilgi işlem ekipmanını birleştiren ölçüm ve hesaplama kompleksleri oluşturulur.
Ölçü aletlerinin özellikleri
Ölçüm ekipmanı cihazlarının önemli olan belirli özellikleri vardırdoğrudan işlevlerini yerine getirmek için. Bunlar şunları içerir:
- Hassasiyet ve eşik değeri, bir elektriksel niceliğin ölçüm aralığı, alet hatası, bölme değeri, hız vb. gibi metrolojik özellikler.
- Genlik (cihazın çıkış sinyalinin genliğinin girişteki genliğe bağımlılığı) veya faz (sinyalin frekansına faz kaymasının bağımlılığı) gibi dinamik özellikler.
- Cihazın belirli koşullar altında çalıştırma gereksinimlerini ne ölçüde karşıladığını yansıtan performans özellikleri. Bunlar, göstergelerin güvenilirliği, güvenilirlik (cihazın çalışabilirliği, dayanıklılığı ve arızasız çalışması), bakım kolaylığı, elektrik güvenliği, ekonomi gibi özellikleri içerir.
Ekipman özellikleri seti, her bir cihaz türü için ilgili düzenleyici ve teknik belgeler tarafından belirlenir.
Uygulanan yöntemler
Elektriksel büyüklüklerin ölçümü, aşağıdaki kriterlere göre de sınıflandırılabilen çeşitli yöntemlerle gerçekleştirilir:
- Ölçümün esas alındığı türde fiziksel olaylar (elektriksel veya manyetik olaylar).
- Ölçme aracının nesne ile etkileşiminin doğası. Buna bağlı olarak, elektriksel büyüklükleri ölçmek için temaslı ve temassız yöntemler ayırt edilir.
- Ölçüm modu. Ona göre ölçümler dinamik ve statiktir.
- Ölçüm yöntemi. Aranan miktar olduğunda doğrudan tahmin yöntemleri olarak geliştirildidoğrudan cihaz tarafından belirlenir (örneğin bir ampermetre) ve bilinen bir değerle karşılaştırılarak tespit edildiği daha doğru yöntemler (sıfır, diferansiyel, karşıtlık, ikame). Doğru ve alternatif akımın kompansatörleri ve elektriksel ölçüm köprüleri, karşılaştırma cihazları olarak hizmet eder.
Elektrik ölçüm aletleri: türleri ve özellikleri
Temel elektriksel büyüklüklerin ölçümü çok çeşitli enstrümanlar gerektirir. Çalışmalarının altında yatan fiziksel prensibe bağlı olarak, hepsi aşağıdaki gruplara ayrılır:
- Elektromekanik cihazların tasarımlarında hareketli bir parça olmalıdır. Bu geniş ölçüm aletleri grubu, elektrodinamik, ferrodinamik, manyetoelektrik, elektromanyetik, elektrostatik, indüksiyon cihazlarını içerir. Örneğin çok yaygın olarak kullanılan manyetoelektrik prensibi voltmetre, ampermetre, ohmmetre, galvanometre gibi cihazlar için temel olarak kullanılabilir. Elektrik sayaçları, frekans sayaçları vb. indüksiyon prensibine dayalıdır.
- Elektronik cihazlar ek blokların varlığı ile ayırt edilir: fiziksel büyüklüklerin dönüştürücüleri, amplifikatörler, dönüştürücüler vb. Kural olarak, bu tür cihazlarda ölçülen değer voltaja dönüştürülür ve bir voltmetre onların yapısal temeli. Elektronik ölçü aletleri frekans ölçer, kapasitans, direnç, endüktans ölçer, osiloskop olarak kullanılmaktadır.
- Termoelektrikcihazlar, tasarımlarında manyetoelektrik tipte bir ölçüm cihazı ile bir termokupl ve içinden ölçülen akımın aktığı bir ısıtıcıdan oluşan bir termal dönüştürücüyü birleştirir. Bu tür cihazlar çoğunlukla yüksek frekanslı akımları ölçmek için kullanılır.
- Elektrokimyasal. Çalışmalarının prensibi, elektrotlar üzerinde veya elektrotlar arası uzayda incelenen ortamda meydana gelen işlemlere dayanır. Bu tür aletler elektriksel iletkenliği, elektrik miktarını ve bazı elektrik dışı miktarları ölçmek için kullanılır.
Fonksiyonel özelliklere göre, elektriksel büyüklükleri ölçmek için aşağıdaki alet türleri ayırt edilir:
- Gösterge (sinyal verme) - bunlar sadece wattmetre veya ampermetre gibi ölçüm bilgilerinin doğrudan okunmasına izin veren cihazlardır.
- Kayıt - okumaları kaydetme olanağı sağlayan cihazlar, örneğin elektronik osiloskoplar.
Sinyal tipine göre cihazlar analog ve dijital olarak ikiye ayrılır. Cihaz, ölçülen değerin sürekli bir fonksiyonu olan bir sinyal üretirse, bu analogdur, örneğin, okumaları oklu bir ölçek kullanılarak verilen bir voltmetredir. Cihazda, ekrana sayısal biçimde giren ayrık değerler akışı şeklinde otomatik olarak bir sinyal üretilmesi durumunda, dijital bir ölçüm cihazından söz edilir.
Dijital enstrümanların analog olanlara kıyasla bazı dezavantajları vardır: daha az güvenilirlik,güç kaynağı ihtiyacı, daha yüksek maliyet. Bununla birlikte, genellikle dijital cihazların kullanımını daha tercih edilir kılan önemli avantajlarla da ayırt edilirler: kullanım kolaylığı, yüksek doğruluk ve gürültü bağışıklığı, evrenselleştirme olasılığı, bir bilgisayarla kombinasyon ve doğruluk kaybı olmadan uzaktan sinyal iletimi.
Enstrümanların yanlışlıkları ve doğruluğu
Bir elektrikli ölçüm cihazının en önemli özelliği doğruluk sınıfıdır. Elektriksel büyüklüklerin ölçümü, diğerleri gibi, teknik cihazın hataları ve ölçüm doğruluğunu etkileyen ek faktörler (katsayılar) dikkate alınmadan gerçekleştirilemez. Bu tür bir cihaz için izin verilen hataların sınır değerlerine normalize denir ve yüzde olarak ifade edilir. Belirli bir cihazın doğruluk sınıfını belirlerler.
Ölçme cihazlarının terazilerini işaretlemek için kullanılan standart sınıflar aşağıdaki gibidir: 4, 0; 2, 5; on beş; on; 0,5; 0.2; 0.1; 0.05 Bunlara göre amaca göre bir bölüm oluşturulmuştur: 0,05 ile 0,2 arasındaki sınıflara ait cihazlar örnek niteliğindedir, 0,5 ve 1.0 sınıflarına ait laboratuvar cihazları vardır ve son olarak, sınıf 1, 5-4, 0 cihazları tekniktir..
Bir ölçüm cihazı seçerken, çözülmekte olan problemin sınıfına uygun olması, üst ölçüm limitinin ise istenilen değerin sayısal değerine mümkün olduğunca yakın olması gerekmektedir. Yani, alet işaretçisinin sapması ne kadar büyük olursa, ölçümün göreli hatası o kadar küçük olacaktır. Yalnızca düşük sınıf cihazlar mevcutsa, en küçük çalışma aralığına sahip olan seçilmelidir. Bu yöntemleri kullanarak, elektriksel büyüklüklerin ölçümleri oldukça doğru bir şekilde gerçekleştirilebilir. Bu durumda cihazın terazi tipini de hesaba katmanız gerekir (eşit veya düzensiz, örneğin ohmmetre terazileri).
Temel elektrik miktarları ve birimleri
Çoğunlukla, elektriksel ölçümler aşağıdaki niceliklerle ilişkilendirilir:
- Akım gücü (veya basitçe akım) I. Bu değer, iletken bölümünden 1 saniyede geçen elektrik yükünün miktarını gösterir. Elektrik akımının büyüklüğünün ölçümü amper (A) cinsinden ampermetreler, avometreler ("tseshek" olarak adlandırılan test cihazları), dijital multimetreler, alet transformatörleri kullanılarak gerçekleştirilir.
- Elektrik miktarı (şarj) q. Bu değer, belirli bir fiziksel bedenin ne ölçüde bir elektromanyetik alan kaynağı olabileceğini belirler. Elektrik yükü coulomb (C) cinsinden ölçülür. 1 C (amper-saniye)=1 A ∙ 1 s. Ölçüm aletleri elektrometreler veya elektronik yük ölçerlerdir (coulomb metre).
- Voltage U. Elektrik alanının iki farklı noktası arasında var olan potansiyel farkı (yük enerjisi) ifade eder. Belirli bir elektrik miktarı için ölçüm birimi volttur (V). 1 coulomb'luk bir yükü bir noktadan diğerine taşımak için alan 1 jul iş yapıyorsa (yani, karşılık gelen enerji harcanıyorsa), o zamanbu noktalar arasındaki potansiyel fark - voltaj - 1 volt: 1 V \u003d 1 J / 1 C. Elektrik voltajının ölçümü voltmetreler, dijital veya analog (test cihazları) multimetreler kullanılarak gerçekleştirilir.
- Direnç R. Bir iletkenin içinden elektrik akımı geçmesini engelleme yeteneğini karakterize eder. Direncin birimi ohm'dur. 1 ohm, uçlarında 1 volt gerilim bulunan bir iletkenin 1 amperlik bir akıma direncidir: 1 ohm=1 V / 1 A. Direnç, iletkenin kesiti ve uzunluğu ile doğru orantılıdır. Ohmmetreler, avometreler, multimetreler bunu ölçmek için kullanılır.
- Elektriksel iletkenlik (iletkenlik) G, direncin tersidir. Siemens (cm) cinsinden ölçülür: 1 cm=1 ohm-1.
- Kapasite C, bir iletkenin, aynı zamanda temel elektrik niceliklerinden biri olan yükü depolama yeteneğinin bir ölçüsüdür. Ölçü birimi faraddır (F). Bir kapasitör için bu değer, plakaların karşılıklı kapasitansı olarak tanımlanır ve biriken yükün plakalar üzerindeki potansiyel farkına oranına eşittir. Düz bir kapasitörün kapasitansı, plakaların alanı arttıkça ve aralarındaki mesafe azaldıkça artar. 1 kolye yüküyle, plakalarda 1 voltluk bir voltaj oluşturulursa, böyle bir kapasitörün kapasitansı 1 farad: 1 F \u003d 1 C / 1 V'ye eşit olacaktır. Ölçüm kullanılarak gerçekleştirilir. özel aletler - kapasitans ölçerler veya dijital multimetreler.
- Güç P, elektrik enerjisinin transferinin (dönüştürülmesinin) gerçekleştirildiği hızı yansıtan bir değerdir. Bir sistem güç birimi olarak benimsendiwatt (W; 1 W=1J/sn). Bu değer ayrıca gerilim ve akım gücünün çarpımı olarak da ifade edilebilir: 1 W=1 V ∙ 1 A. AC devreler için aktif (tüketilen) güç Pa, reaktif P ra (akımın çalışmasında yer almaz) ve tam güç P. Ölçerken, bunlar için şu birimler kullanılır: watt, var ("volt-amper reaktif" anlamına gelir)) ve buna göre volt-amper V ∙ AMA. Boyutları aynıdır ve belirtilen miktarları ayırt etmeye yararlar. Gücü ölçmek için aletler - analog veya dijital wattmetreler. Dolaylı ölçümler (örneğin bir ampermetre kullanarak) her zaman uygulanabilir değildir. Güç faktörü (faz kayma açısı olarak ifade edilir) gibi önemli bir miktarı belirlemek için faz ölçer adı verilen cihazlar kullanılır.
- Sıklık f. Bu, 1 saniyelik bir süre boyunca büyüklüğü ve yönündeki (genel durumda) değişim döngülerinin sayısını gösteren alternatif akımın bir özelliğidir. Frekans birimi karşılıklı saniye veya hertz'dir (Hz): 1 Hz=1 s-1. Bu değer, frekans ölçer adı verilen kapsamlı bir araç sınıfı aracılığıyla ölçülür.
Manyetik nicelikler
Manyetizma, elektrikle yakından ilişkilidir, çünkü her ikisi de tek bir temel fiziksel sürecin - elektromanyetizmanın - tezahürleridir. Bu nedenle, eşit derecede yakın bir bağlantı, elektriksel ve manyetik miktarları ölçme yöntemlerinin ve araçlarının özelliğidir. Ama aynı zamanda nüanslar da var. Kural olarak, ikincisini belirlerken, pratik olarakelektriksel ölçüm yapılır. Manyetik değer, onu elektriksel değere bağlayan işlevsel ilişkiden dolaylı olarak elde edilir.
Bu ölçüm alanındaki referans değerler manyetik indüksiyon, alan şiddeti ve manyetik akıdır. Cihazın ölçüm bobini kullanılarak ölçülen EMF'ye dönüştürülebilirler, ardından gerekli değerler hesaplanır.
- Manyetik akı, webermetreler (fotovoltaik, manyetoelektrik, analog elektronik ve dijital) ve son derece hassas balistik galvanometreler gibi aletler kullanılarak ölçülür.
- İndüksiyon ve manyetik alan gücü, çeşitli dönüştürücü türleri ile donatılmış teslametreler kullanılarak ölçülür.
Doğrudan ilişkili olan elektriksel ve manyetik büyüklüklerin ölçümü, birçok bilimsel ve teknik problemin çözülmesine izin verir, örneğin, atom çekirdeğinin ve Güneş'in, Dünya'nın ve gezegenlerin manyetik alanının incelenmesi; çeşitli malzemelerin manyetik özellikleri, kalite kontrol ve diğerleri.
Elektrik olmayan miktarlar
Elektriksel yöntemlerin rahatlığı, sıcaklık, boyutlar (doğrusal ve açısal), deformasyon ve diğerleri gibi elektriksel olmayan çeşitli fiziksel niceliklerin ölçümlerine başarılı bir şekilde genişletmeyi mümkün kılar. kimyasal süreçleri ve maddelerin bileşimini araştırmak.
Elektriksel olmayan büyüklüklerin elektriksel ölçümü için aletler genellikle bir sensör kompleksidir - herhangi bir devre parametresine (voltaj,direnç) ve elektrik ölçüm cihazı. Çeşitli miktarları ölçebileceğiniz birçok dönüştürücü türü vardır. İşte sadece birkaç örnek:
- Reostatik sensörler. Bu tür transdüserlerde, ölçülen değer ortaya çıktığında (örneğin, sıvı seviyesi veya hacmi değiştiğinde), reostat kaydırıcısı hareket ederek direnci değiştirir.
- Termistörler. Bu tip cihazlarda sensörün direnci, sıcaklığın etkisi altında değişir. Gaz karışımlarının bileşimini belirlemek için gaz akış hızını, sıcaklığı ölçmek için kullanılır.
- Gerilme dirençleri, tel gerilme ölçümlerine olanak tanır.
- Aydınlatma, sıcaklık veya hareketteki bir değişikliği fotoakımına dönüştüren ve ardından ölçülen fotosensörler.
- Hava kimyası, yer değiştirme, nem, basınç için sensör olarak kullanılan kapasitif dönüştürücüler.
- Piezoelektrik dönüştürücüler, mekanik olarak uygulandığında bazı kristal malzemelerde EMF oluşumu ilkesine göre çalışır.
- Endüktif sensörler, hız veya ivme gibi niceliklerin indüklenmiş bir emf'ye dönüştürülmesine dayanır.
Elektriksel ölçüm aletleri ve yöntemlerinin geliştirilmesi
Elektriksel büyüklükleri ölçmek için çok çeşitli araçlar, bu parametrelerin önemli bir rol oynadığı birçok farklı olaydan kaynaklanmaktadır. Elektriksel süreçler ve fenomenler, son derece geniş bir kullanım alanına sahiptir.tüm endüstriler - uygulama bulamayacakları böyle bir insan faaliyeti alanını belirtmek imkansızdır. Bu, fiziksel niceliklerin elektriksel ölçümlerinin sürekli genişleyen problemlerini belirler. Bu sorunları çözmek için araç ve yöntemlerin çeşitliliği ve gelişimi sürekli artmaktadır. Özellikle hızlı ve başarılı bir şekilde, elektriksel olmayan miktarların elektriksel yöntemlerle ölçümü gibi bir ölçüm teknolojisi yönünü geliştirir.
Modern elektriksel ölçüm teknolojisi, artan doğruluk, gürültü bağışıklığı ve hızın yanı sıra ölçüm sürecinin otomasyonunu ve sonuçlarının işlenmesini artırma yönünde gelişmektedir. Ölçüm cihazları, en basit elektromekanik cihazlardan elektronik ve dijital cihazlara ve mikroişlemci teknolojisini kullanan en son ölçüm ve hesaplama sistemlerine geçmiştir. Aynı zamanda, ölçüm cihazlarının yazılım bileşeninin rolündeki artış, açıkçası, ana gelişme eğilimidir.
