Види і методи електричних вимірювань

У цій статті розглянуто класифікацію вимірювань, найбільш важлива для теорії і практики електричних вимірювань. До такої класифікації можна віднести класифікацію вимірювань з методологічної точки зору, т. Е. В залежності від загальних прийомів отримання результатів вимірювань (види або класи вимірювань), класифікацію вимірювань в залежності від використання принципів і засобів вимірювань (методи вимірювань) і класифікацію вимірювань в залежності від динаміки вимірюваних величин.

Види електричних вимірювань

Залежно від загальних прийомів отримання результату вимірювання поділяються на такі види: прямі, непрямі і спільні.

До прямих вимірювань відносяться ті, результат яких виходить безпосередньо з досвідчених даних. Пряме вимірювання умовно можна виразити формулою Y = Х, де Y - шукане значення вимірюваної величини; X - значення, безпосередньо отримується з досвідчених даних. До цього виду вимірювань відносяться вимірювання різних фізичних величин за допомогою приладів, градуйованих в встановлених одиницях. Наприклад, вимірювання сили струму амперметром, температури - термометром і т. Д. До цього виду вимірювань відносяться і вимірювання, при яких шукане значення величини визначається безпосереднім порівнянням її з мірою. Застосовувані засоби і простота (або складність) експерименту при віднесенні вимірювання до прямого не враховуються.

Непрямим називається такий вимір, при якому шукане значення величини знаходять на підставі відомої залежності між цією величиною і величинами, що піддаються прямим вимірам. При непрямих вимірах числове значення вимірюваної величини визначається шляхом обчислення за формулою Y = F (Xl, Х2. Х n), де Y - шукане значення вимірюваної величини; Х 1. Х2, Х n - значення вимірюваних величин. Як приклад непрямих вимірювань можна вказати на вимір потужності в ланцюгах постійного струму амперметром і вольтметром.

Спільними вимірами називаються такі, при яких шукані значення різнойменних величин визначаються шляхом розв'язання системи рівнянь, що зв'язують значення шуканих величин з безпосередньо виміряними величинами. Як приклад спільних вимірів можна привести визначення коефіцієнтів у формулі, що зв'язує опір резистора з його температурою: Rt = R20 [1 + # 945; (T1-20) + # 946; (T1-20)]

Методи електричних вимірювань

Залежно від сукупності прийомів використання принципів і засобів вимірювань всі методи діляться на метод безпосередньої оцінки і методи порівняння.

Суть методу безпосередньої оцінки полягає в тому, що про значення вимірюваної величини судять за показаннями одного (прямі вимірювання) або декількох (непрямі вимірювання) приладів, заздалегідь переписати в одиницях вимірюваної величини або в одиницях інших величин, від яких залежить вимірювана величина. Найпростішим прикладом методу безпосередньої оцінки може служити вимірювання будь-якої величини одним приладом, шкала якого проградуйована у відповідних одиницях.

Друга велика група методів електричних вимірювань об'єднана під загальною назвою методів порівняння. До них відносяться всі ті методи електричних вимірювань, при яких вимірювана величина порівнюється з величиною, що відтворюється мірою. Таким чином, відмінною рисою методів порівняння є безпосередня участь заходів в процесі вимірювання.

Методи порівняння діляться на наступні: нульовий, диференціальний, заміщення і збіги.

Нульовий метод - це метод порівняння вимірюваної величини з мірою, при якому результуючий ефект впливу величин на індикатор доводиться до нуля. Таким чином, при досягненні рівноваги спостерігається зникнення певного явища, наприклад струму в ділянці ланцюга або напруги на ньому, що може бути зафіксовано за допомогою службовців для цієї мети приладів - нуль-індикаторів. Внаслідок високої чутливості нуль-індикаторів, а також тому, що заходи можуть бути виконані з великою точністю, виходить і велика точність вимірювань. Прикладом застосування нульового методу може бути вимірювання електричного опору мостом з повним його уравновешиванием.

При диференціальному методі. так само як і при нульовому, яка вимірюється величина порівнюється безпосередньо або побічно з заходом, а про значення вимірюваної величини в результаті порівняння судять по різниці одночасно вироблених цими величинами ефектів і за відомою величиною, що відтворюється мірою. Таким чином, в диференціальному методі відбувається неповне урівноваження вимірюваної величини, і в цьому полягає відмінність диференціального методу від нульового.

Диференціальний метод поєднує в собі частину ознак методу безпосередньої оцінки і частина ознак нульового методу. Він може дати досить точний результат вимірювання, якщо тільки вимірювана величина і міра мало відрізняються один від одного. Наприклад, якщо різниця цих двох величин дорівнює 1% і вимірюється з похибкою до 1%, то тим самим похибка вимірювання шуканої величини зменшується до 0,01%, а то й враховувати похибки міри. Прикладом застосування диференціального методу може служити вимірювання вольтметром різниці двох напруг, у тому числі одне відомо з великою точністю, а інше є шуканої величиною.

Метод заміщення полягає в почерговому вимірі шуканої величини приладом і вимірі цим же приладом заходи, що відтворює однорідну з вимірюваної величину. За результатами двох вимірювань може бути обчислена шукана величина. Внаслідок того що обидва вимірювання робляться одним і тим же приладом в однакових зовнішніх умовах, а шукана величина визначається по відношенню показань приладу, в значній мірі зменшується похибка результату вимірювання. Так як похибка приладу зазвичай неоднакова в різних точках шкали, найбільша точність вимірювання виходить при однакових показаннях приладу.

Прикладом застосування методу заміщення може бути вимір порівняно великого електричного опору на постійному струмі шляхом почергового вимірювання сили струму, що протікає через контрольований резистор і зразковий. Харчування ланцюга при вимірах має проводитися від одного і того ж джерела струму. Опір джерела струму і приладу, що вимірює струм, має бути дуже мало в порівнянні із змінним і зразковим опорами.

Метод збігів - це такий метод, при якому різниця між вимірюваною величиною і величиною, що відтворюється мірою, вимірюють, використовуючи збіг оцінок шкал або періодичних сигналів. Цей метод широко застосовується в практиці неелектричних вимірювань. Прикладом може служити вимірювання довжини штангенциркулем з ноніусом. В електричних вимірах як приклад можна привести вимір частоти обертання тіла стробоскопом.

Зазначимо ще класифікацію вимірювань за ознакою зміни в часі вимірюваної величини. Залежно від того, чи змінюється вимірювана величина в часі або залишається в процесі вимірювання незмінною, розрізняються статичні і динамічні вимірювання. Статичними називаються вимірювання постійних або сталих значень. До них відносяться і вимірювання діючих і амплітудних значень величин, але в сталому режимі.

Якщо вимірюються миттєві значення змінюються в часі, то вимірювання називаються динамічними. Якщо при динамічних вимірюваннях кошти вимірів дозволяють безперервно стежити за значеннями вимірюваної величини, такі вимірювання називаються безперервними. Можна здійснити вимірювання будь-якої величини шляхом вимірювань її значень в деякі моменти часу t 1. t2 і т. Д. В результаті виявляться відомими в повному обсязі значення вимірюваної величини, а лише значення в обрані моменти часу. Такі вимірювання називаються дискретними.