Tipi e metodi di misure elettriche

Quando si studia ingegneria elettrica, si devono affrontare e misurare grandezze elettriche, magnetiche e meccaniche.

Misurare una quantità elettrica, magnetica o di altro tipo significa confrontarla con un'altra quantità omogenea presa come unità.

Questo articolo discute la classificazione di misura più importante per teoria e pratica delle misure elettriche… Questa classificazione può includere la classificazione delle misurazioni da un punto di vista metodologico, vale a dire a seconda dei metodi generali per ottenere i risultati delle misurazioni (tipi o classi di misurazioni), la classificazione delle misurazioni in base all'uso di principi e dispositivi di misurazione (metodi di misurazione) e la classificazione delle misurazioni in base alla dinamica dei valori misurati.

Tipi di misure elettriche

A seconda dei metodi generali per ottenere il risultato, le misurazioni sono suddivise nei seguenti tipi: diretto, indiretto e congiunto.

Per misurazioni dirette includere quelle il cui risultato è ottenuto direttamente da dati sperimentali.La misura diretta può essere convenzionalmente espressa dalla formula Y = X, dove Y è il valore desiderato del valore misurato; X — valore ottenuto direttamente da dati sperimentali. Questo tipo di misura prevede la misura di varie grandezze fisiche mediante strumenti calibrati in unità prestabilite.

Ad esempio, misurazioni di corrente con un amperometro, temperatura con un termometro, ecc. Questo tipo di misurazione include anche misurazioni in cui il valore desiderato di una grandezza è determinato dal confronto diretto con una misura. I mezzi utilizzati e la semplicità (o complessità) dell'esperimento non vengono presi in considerazione quando si attribuisce una misura in linea retta.

Indiretta è chiamata tale misurazione, in cui il valore desiderato della quantità si trova sulla base della relazione nota tra questa quantità e le quantità sottoposte a misurazioni dirette. Per le misurazioni indirette, il valore numerico del valore misurato viene determinato calcolando la formula Y = F (Xl, X2 ... Xn), dove Y — il valore richiesto del valore misurato; NS1, X2, Xn: i valori delle quantità misurate. Un esempio di misure indirette è la misura della potenza nei circuiti DC con un amperometro e un voltmetro.

Le misurazioni congiunte sono chiamate quelle per le quali i valori richiesti di diverse quantità sono determinati risolvendo il sistema di equazioni che collegano i valori delle quantità richieste con le quantità misurate direttamente. Come esempio di misure congiunte si può dare la definizione dei coefficienti nella formula relativa alla resistenza resistiva con la sua temperatura: Rt = R20 [1 + α (T1-20) + β (T1-20)]

Metodi di misura elettrica

A seconda dell'insieme delle tecniche per l'utilizzo dei principi e degli strumenti di misurazione, tutti i metodi sono suddivisi in un metodo di valutazione diretta e metodi di confronto.

L'essenza del metodo di valutazione diretta consiste nel fatto che il valore della grandezza misurata è stimato dalle letture di uno (misure dirette) o più dispositivi (misure indirette), precalibrati in unità della grandezza misurata o in unità di altre grandezze da cui dipende la grandezza misurata.

L'esempio più semplice di metodo di stima diretta è la misura di ciascuna grandezza con un dispositivo la cui scala è graduata nelle unità appropriate.

Il secondo grande gruppo di metodi di misurazione elettrica è combinato sotto il nome generale metodi di confronto... Includono tutti quei metodi di misurazione elettrica in cui il valore misurato viene confrontato con il valore riprodotto dalla misura. Pertanto, una caratteristica distintiva dei metodi di confronto è il coinvolgimento diretto delle misure nel processo di misurazione.

I metodi di confronto sono suddivisi nei seguenti: null, differenziale, sostituzione e corrispondenza.

Metodo nullo Questo è un metodo per confrontare un valore misurato con una misura in cui il risultato dell'influenza dei valori sulla misura viene ridotto a zero. Così, quando viene raggiunto l'equilibrio, un certo fenomeno scompare, ad esempio la corrente in una sezione di un circuito o la tensione ai suoi capi, che può essere registrata con l'ausilio di dispositivi che servono a questo scopo. — zero indicatori. A causa dell'elevata sensibilità degli indicatori di zero, e anche perché le misurazioni possono essere eseguite con grande precisione, si ottiene anche un'elevata precisione di misurazione.

Un esempio di applicazione del metodo nullo sarebbe la misurazione della resistenza elettrica attraverso un ponte completamente bilanciato.

Nel metodo differenziale, come nel metodo nullo, il valore misurato viene confrontato direttamente o indirettamente con la misura, e il valore del valore misurato come risultato del confronto viene giudicato dalla differenza tra gli effetti simultaneamente prodotti da questi valori. e il valore noto riprodotto dalla misura. Quindi, con il metodo differenziale, si ottiene un bilanciamento incompleto del valore misurato, e questa è la differenza tra il metodo differenziale e lo zero.

Il metodo differenziale combina alcune delle caratteristiche del metodo di stima diretta e alcune delle caratteristiche del metodo nullo. Può fornire un risultato di misurazione molto accurato solo se il valore misurato e la misura sono leggermente diversi l'uno dall'altro.

Ad esempio, se la differenza tra queste due grandezze è dell'1% e viene misurata con un errore fino all'1%, allora l'errore di misura della grandezza desiderata viene così ridotto allo 0,01% se non si tiene conto degli errori di misura. Un esempio dell'applicazione del metodo differenziale è la misurazione della differenza tra due tensioni con un voltmetro, uno dei quali è noto con elevata precisione e l'altro è il valore desiderato.

Un metodo di sostituzione consiste nel misurare successivamente con un dispositivo il valore desiderato e misurare con lo stesso dispositivo una misura che riproduce un valore omogeneo con il valore misurato. Il valore desiderato può essere calcolato dai risultati di due misurazioni.Poiché entrambe le misurazioni vengono effettuate dallo stesso dispositivo nelle stesse condizioni esterne e il valore desiderato è determinato dal rapporto tra le letture del dispositivo, l'errore del risultato della misurazione è notevolmente ridotto. Poiché l'errore dello strumento di solito non è lo stesso in diversi punti della scala, la massima precisione di misurazione si ottiene con le stesse letture dello strumento.

Un esempio di applicazione del metodo di sostituzione sarebbe la misurazione di un relativamente grande Resistenza elettrica CC misurando successivamente la corrente che scorre attraverso il resistore controllato e il campione. Il circuito deve essere alimentato dalla stessa sorgente di corrente durante le misurazioni. La resistenza della sorgente di corrente e del dispositivo che misura la corrente deve essere molto piccola rispetto alle resistenze variabili e campione.

Metodo di corrispondenza Questo è un metodo in cui la differenza tra il valore misurato e il valore riprodotto dalla misurazione viene misurata utilizzando la corrispondenza del segno di scala o segnali periodici. Questo metodo è ampiamente utilizzato nella pratica delle misurazioni non elettriche.

Un esempio di questo è misurare la lunghezza calibro a corsoio… Nelle misurazioni elettriche, un esempio è la misurazione della velocità del corpo con uno stroboscopio.

Indicheremo anche una classificazione delle misurazioni in base alla variazione nel tempo del valore misurato... A seconda che il valore misurato cambi nel tempo o rimanga invariato durante il processo di misurazione, viene fatta una distinzione tra misurazioni statiche e dinamiche. Staticamente si riferisce a misurazioni di valori costanti o stazionari.Questi includono misure dei valori rms e di ampiezza delle grandezze, ma in stato stazionario.

Se vengono misurati valori istantanei di quantità variabili nel tempo, le misurazioni vengono chiamate dinamico... Se durante le misurazioni dinamiche gli strumenti di misura consentono di osservare continuamente i valori della quantità misurata, tali misurazioni sono chiamate continue.

È possibile effettuare misurazioni di qualsiasi quantità misurando i suoi valori in alcuni punti temporali t1, t2, ecc. Di conseguenza, non saranno noti tutti i valori della grandezza misurata, ma solo i valori negli orari selezionati. Tali misurazioni sono chiamate separate.