Fan va texnikaning ehtiyojlari koʻplab oʻlchovlarni oʻz ichiga oladi, ularning vositalari va usullari doimiy ravishda ishlab chiqiladi va takomillashtiriladi. Bu sohada eng muhim rol turli sohalarda keng qo'llaniladigan elektr kattaliklarini o'lchashga tegishli.
O'lchovlar tushunchasi
Har qanday fizik miqdorni oʻlchash uni oʻlchov birligi sifatida olingan bir xil turdagi hodisalarning qandaydir miqdori bilan solishtirish yoʻli bilan amalga oshiriladi. Taqqoslash natijasida olingan natija tegishli birliklarda raqamli tarzda taqdim etiladi.
Bu operatsiya maxsus oʻlchash asboblari – obʼyekt bilan oʻzaro taʼsir qiluvchi texnik qurilmalar yordamida amalga oshiriladi, ularning maʼlum parametrlari oʻlchanadi. Bunday holda, ma'lum usullar qo'llaniladi - o'lchangan qiymat o'lchov birligi bilan taqqoslanadigan texnikalar.
Elektr kattaliklarining oʻlchovlarini turi boʻyicha tasniflash uchun asos boʻlib xizmat qiluvchi bir qancha belgilar mavjud:
- Miqdoro'lchov aktlari. Bu erda ularning bir martalik yoki ko'pligi muhim.
- Aniqlik darajasi. Texnik, nazorat va tekshirish, eng aniq o'lchovlar, shuningdek, teng va teng bo'lmagan o'lchovlar mavjud.
- O'lchangan qiymatning vaqt o'tishi bilan o'zgarishi tabiati. Ushbu mezonga ko'ra, o'lchovlar statik va dinamikdir. Dinamik o'lchovlar orqali vaqt o'tishi bilan o'zgaruvchan miqdorlarning oniy qiymatlari va statik o'lchovlar - ba'zi doimiy qiymatlar olinadi.
- Natijani ifodalash. Elektr kattaliklarining o'lchovlari nisbiy yoki mutlaq shaklda ifodalanishi mumkin.
- Istalgan natijaga erishish yo'li. Bu xususiyatga ko'ra, o'lchovlar to'g'ridan-to'g'ri (natija to'g'ridan-to'g'ri olinadi) va bilvosita bo'linadi, bunda qandaydir funktsional bog'liqlik bilan istalgan qiymat bilan bog'liq bo'lgan miqdorlar bevosita o'lchanadi. Ikkinchi holda, olingan natijalardan kerakli jismoniy miqdor hisoblanadi. Shunday qilib, tokni ampermetr bilan o'lchash to'g'ridan-to'g'ri o'lchashga misol bo'ladi va quvvat bilvosita hisoblanadi.
Oʻlchovlar
Oʻlchash uchun moʻljallangan qurilmalar normallashtirilgan xususiyatlarga ega boʻlishi, shuningdek, maʼlum vaqt davomida saqlanishi yoki ular uchun moʻljallangan qiymat birligini takrorlashi kerak.
Elektr kattaliklarini oʻlchash vositalari maqsadiga qarab bir necha toifalarga boʻlinadi:
- Charorlar. Bu vositalar ba'zi berilganlarning qiymatini qayta ishlab chiqarishga xizmat qiladio'lcham - masalan, ma'lum xatolik bilan ma'lum qarshilikni qayta ishlab chiqaradigan rezistor.
- Saqlash, konvertatsiya qilish, uzatish uchun qulay shaklda signal hosil qiluvchi o'lchash transduserlari. Bunday turdagi maʼlumotlarni toʻgʻridan-toʻgʻri qabul qilish mumkin emas.
- Elektr o'lchash asboblari. Ushbu vositalar ma'lumotni kuzatuvchiga ochiq shaklda taqdim etish uchun mo'ljallangan. Ular ko'chma yoki statsionar, analog yoki raqamli, yozib olish yoki signalizatsiya bo'lishi mumkin.
- Elektr oʻlchash moslamalari yuqoridagi asboblar va qoʻshimcha qurilmalar majmuasi boʻlib, bir joyda jamlangan. Birliklar murakkabroq o'lchovlarga (masalan, magnit xarakteristikalar yoki qarshilik) ruxsat beradi, tekshirish yoki mos yozuvlar qurilmalari sifatida xizmat qiladi.
- Elektr o'lchash tizimlari ham turli vositalarning kombinatsiyasi hisoblanadi. Biroq, o'rnatishlardan farqli o'laroq, tizimdagi elektr miqdori va boshqa vositalarni o'lchash uchun qurilmalar tarqalgan. Tizimlar yordamida siz bir nechta miqdorlarni o'lchashingiz, o'lchov ma'lumotlari signallarini saqlashingiz, qayta ishlashingiz va uzatishingiz mumkin.
Agar muayyan murakkab oʻlchash masalasini hal qilish zarur boʻlsa, bir qancha qurilmalar va elektron hisoblash texnikasini birlashtirgan oʻlchash va hisoblash komplekslari tuziladi.
Oʻlchov vositalarining xususiyatlari
Oʻlchash uskunasi qurilmalari muhim boʻlgan maʼlum xususiyatlarga egaularning bevosita vazifalarini bajarish. Bunga quyidagilar kiradi:
- Sezuvchanlik va uning chegarasi, elektr miqdorini oʻlchash diapazoni, asbob xatosi, boʻlinish qiymati, tezlik va boshqalar kabi metrologik xususiyatlar.
- Dinamik xarakteristikalar, masalan, amplituda (qurilmaning chiqish signali amplitudasining kirishdagi amplitudaga bogʻliqligi) yoki faza (faza siljishining signal chastotasiga bogʻliqligi).
- Uskunaning muayyan sharoitlarda ishlash talablariga qay darajada javob berishini aks ettiruvchi ishlash xususiyatlari. Bularga ko'rsatkichlarning ishonchliligi, ishonchliligi (qurilmaning ishlashi, chidamliligi va nosoz ishlashi), texnik xizmat ko'rsatish, elektr xavfsizligi, tejamkorlik kabi xususiyatlar kiradi.
Uskunaning xarakteristikalari to'plami har bir turdagi qurilma uchun tegishli me'yoriy-texnik hujjatlar bilan belgilanadi.
Qo'llaniladigan usullar
Elektr kattaliklarini o'lchash turli usullar bilan amalga oshiriladi, ularni quyidagi mezonlarga ko'ra tasniflash ham mumkin:
- Oʻlchovlar asosida amalga oshiriladigan fizik hodisalar turi (elektr yoki magnit hodisalari).
- O'lchov vositasining ob'ekt bilan o'zaro ta'sirining tabiati. Bunga qarab elektr kattaliklarini o'lchashning kontaktli va kontaktsiz usullari ajratiladi.
- Oʻlchov rejimi. Unga ko'ra, o'lchovlar dinamik va statikdir.
- Oʻlchash usuli. Izlangan miqdorni to'g'ridan-to'g'ri baholash usullari sifatida ishlab chiqilganto'g'ridan-to'g'ri qurilma (masalan, ampermetr) tomonidan aniqlanadi va aniqroq usullar (nol, differentsial, qarama-qarshilik, almashtirish), unda ma'lum qiymat bilan taqqoslash orqali aniqlanadi. To'g'ridan-to'g'ri va o'zgaruvchan tokning kompensatorlari va elektr o'lchash ko'prigi taqqoslash moslamalari sifatida xizmat qiladi.
Elektr o'lchash asboblari: turlari va xususiyatlari
Asosiy elektr kattaliklarini oʻlchash turli xil asboblarni talab qiladi. Ishlari asosidagi jismoniy printsipga qarab, ularning barchasi quyidagi guruhlarga bo'lingan:
- Elektromexanik qurilmalar dizaynida harakatlanuvchi qism bo'lishi kerak. Ushbu katta o'lchov asboblari guruhiga elektrodinamik, ferrodinamik, magnitoelektrik, elektromagnit, elektrostatik, induksion asboblar kiradi. Masalan, juda keng qo'llaniladigan magnitoelektrik printsipi voltmetrlar, ampermetrlar, ohmmetrlar, galvanometrlar kabi qurilmalar uchun asos bo'lishi mumkin. Elektr hisoblagichlari, chastota o'lchagichlari va boshqalar induksiya printsipiga asoslanadi.
- Elektron qurilmalar qo'shimcha bloklarning mavjudligi bilan ajralib turadi: fizik kattaliklarni o'zgartirgichlar, kuchaytirgichlar, konvertorlar va boshqalar. Qoida tariqasida, bu turdagi qurilmalarda o'lchangan qiymat kuchlanishga aylanadi va voltmetr vazifasini bajaradi. ularning tarkibiy asoslari. Elektron o'lchash asboblari chastota o'lchagich, sig'im, qarshilik, indüktans o'lchagich, osiloskop sifatida ishlatiladi.
- Termoelektrikqurilmalar o'z dizaynida magnitoelektrik turdagi o'lchash moslamasini va termojuft va o'lchanadigan oqim o'tadigan isitgich tomonidan hosil qilingan termal konvertorni birlashtiradi. Ushbu turdagi asboblar asosan yuqori chastotali oqimlarni o'lchash uchun ishlatiladi.
- Elektrokimyoviy. Ularning ishlash printsipi elektrodlarda yoki elektrodlararo bo'shliqda o'rganilayotgan muhitda sodir bo'ladigan jarayonlarga asoslanadi. Ushbu turdagi asboblar elektr o'tkazuvchanligini, elektr miqdorini va ba'zi elektr bo'lmagan miqdorlarni o'lchash uchun ishlatiladi.
Funktsional xususiyatlariga ko'ra elektr kattaliklarini o'lchash uchun asboblarning quyidagi turlari ajratiladi:
- Ko'rsatkich (signal) - bu faqat vattmetr yoki ampermetr kabi o'lchov ma'lumotlarini bevosita o'qish imkonini beruvchi qurilmalar.
- Yozuv - o'qishlarni yozib olish imkoniyatini beruvchi qurilmalar, masalan, elektron osiloskoplar.
Signal turiga ko'ra qurilmalar analog va raqamli bo'linadi. Agar qurilma o'lchangan qiymatning uzluksiz funktsiyasi bo'lgan signalni yaratsa, u analogdir, masalan, voltmetr, uning o'qishlari o'q bilan shkala yordamida beriladi. Agar qurilmada displeyga raqamli shaklda kiradigan diskret qiymatlar oqimi ko'rinishida avtomatik ravishda signal yaratilsa, raqamli o'lchov vositasi haqida gapiriladi.
Raqamli asboblar analoglarga nisbatan bir qator kamchiliklarga ega: kamroq ishonchlilik,elektr ta'minotiga bo'lgan ehtiyoj, yuqori narx. Shu bilan birga, ular raqamli qurilmalardan foydalanishni umuman afzal ko'radigan muhim afzalliklari bilan ham ajralib turadi: foydalanish qulayligi, yuqori aniqlik va shovqinga chidamlilik, universallashtirish imkoniyati, kompyuter bilan kombinatsiya va aniqlikni yo'qotmasdan masofadan signal uzatish.
Asboblarning noaniqligi va aniqligi
Elektr o'lchash asbobining eng muhim xususiyati aniqlik sinfidir. Elektr kattaliklarini o'lchash, boshqa har qanday kabi, texnik qurilmaning xatolarini, shuningdek, o'lchov aniqligiga ta'sir qiluvchi qo'shimcha omillarni (koeffitsientlarni) hisobga olmasdan amalga oshirilmaydi. Ushbu turdagi qurilmalar uchun ruxsat etilgan xatolarning chegara qiymatlari normallashtirilgan deb ataladi va foiz sifatida ifodalanadi. Ular muayyan qurilmaning aniqlik sinfini aniqlaydi.
O'lchov asboblari shkalalarini belgilash uchun ishlatiladigan standart sinflar quyidagicha: 4, 0; 2, 5; o'n besh; o'nta; 0,5; 0,2; 0,1; 0,05. Ularga muvofiq maqsadga muvofiq bo'linish belgilanadi: 0,05 dan 0,2 gacha bo'lgan sinflarga tegishli qurilmalar namunali, 0,5 va 1,0 sinflarga laboratoriya asboblari va nihoyat, 1, 5-4, 0 sinflarga tegishli qurilmalar texnik hisoblanadi..
O'lchov moslamasini tanlashda u hal qilinayotgan muammoning sinfiga mos kelishi kerak, yuqori o'lchov chegarasi esa istalgan qiymatning raqamli qiymatiga imkon qadar yaqin bo'lishi kerak. Ya'ni, asbob ko'rsatgichining og'ishi qanchalik katta bo'lsa, o'lchovning nisbiy xatosi shunchalik kichik bo'ladi. Agar faqat past sinf asboblari mavjud bo'lsa, eng kichik ish diapazoniga ega bo'lganini tanlash kerak. Ushbu usullardan foydalangan holda elektr miqdorlarini o'lchash juda aniq amalga oshirilishi mumkin. Bunday holda, siz qurilma shkalasi turini ham hisobga olishingiz kerak (bir xil yoki notekis, masalan, ohmmetr shkalasi).
Asosiy elektr kattaliklar va ularning birliklari
Koʻpincha elektr oʻlchovlari quyidagi miqdorlar toʻplami bilan bogʻlanadi:
- Oqim kuchi (yoki oddiygina oqim) I. Bu qiymat 1 soniyada o'tkazgich qismidan o'tadigan elektr zaryadining miqdorini ko'rsatadi. Elektr tokining kattaligini o'lchash ampermetrlarda (A) ampermetrlar, avometrlar (testerlar, "tseshek" deb ataladigan), raqamli multimetrlar, asbob transformatorlari yordamida amalga oshiriladi.
- Elektr quvvati miqdori (zaryad) q. Ushbu qiymat ma'lum bir jismoniy jismning elektromagnit maydonning manbai bo'lishi mumkinligini aniqlaydi. Elektr zaryadi kulonlarda (C) o'lchanadi. 1 C (amper-sekund)=1 A ∙ 1 s. O'lchov asboblari elektrometrlar yoki elektron zaryad o'lchagichlardir (kulon metr).
- Voltaj U. Elektr maydonining ikki xil nuqtasi orasidagi potentsial farqni (zaryad energiyasi) ifodalaydi. Berilgan elektr miqdori uchun o'lchov birligi volt (V) dir. Agar 1 kulonlik zaryadni bir nuqtadan ikkinchi nuqtaga o'tkazish uchun maydon 1 joul ish qilsa (ya'ni tegishli energiya sarflangan bo'lsa), u holdapotentsial farq - kuchlanish - bu nuqtalar orasidagi 1 volt: 1 V \u003d 1 J / 1 S. Elektr kuchlanishini o'lchash voltmetrlar, raqamli yoki analog (sinovchi) multimetrlar yordamida amalga oshiriladi.
- Qarshilik R. Supero'tkazuvchilar u orqali elektr tokining o'tishini oldini olish qobiliyatini tavsiflaydi. Qarshilik birligi ohm. 1 ohm - uchlarida 1 volt kuchlanishli o'tkazgichning 1 amperlik oqimga qarshiligi: 1 ohm=1 V / 1 A. Qarshilik o'tkazgichning kesimi va uzunligi bilan to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Uni o'lchash uchun ohmmetrlar, avometrlar, multimetrlar ishlatiladi.
- Elektr o'tkazuvchanligi (o'tkazuvchanlik) G - qarshilikning o'zaro nisbati. Siemens (sm): 1 sm=1 ohm-1.
- Imkoniyat C - o'tkazgichning zaryadni saqlash qobiliyatining o'lchovidir, shuningdek, asosiy elektr kattaliklaridan biridir. Uning o'lchov birligi farad (F). Kondensator uchun bu qiymat plitalarning o'zaro sig'imi sifatida aniqlanadi va to'plangan zaryadning plitalardagi potentsial farqga nisbatiga tengdir. Yassi kondansatörning sig'imi plitalar maydonining oshishi va ular orasidagi masofaning kamayishi bilan ortadi. Agar 1 kulon zaryadlangan bo'lsa, plitalarda 1 volt kuchlanish hosil bo'lsa, unda bunday kondansatörning sig'imi 1 faradga teng bo'ladi: 1 F \u003d 1 C / 1 V. O'lchov yordamida amalga oshiriladi. maxsus asboblar - sig'im o'lchagichlar yoki raqamli multimetrlar.
- Power P - elektr energiyasini uzatish (aylantirish) tezligini aks ettiruvchi qiymat. Qabul qilingan quvvatning tizim birligi sifatidavatt (Vt; 1 Vt=1J/s). Bu qiymat kuchlanish va oqim kuchining mahsuloti bilan ham ifodalanishi mumkin: 1 Vt=1 V ∙ 1 A. AC davrlari uchun faol (iste'mol qilinadigan) quvvat Pa, reaktiv P ra (oqimning ishlashida ishtirok etmaydi) va to'liq quvvat P. O'lchashda ular uchun quyidagi birliklar qo'llaniladi: vatt, var ("volt-amper reaktiv" degan ma'noni anglatadi)) va shunga mos ravishda volt-amper V ∙ BUT. Ularning o'lchamlari bir xil bo'lib, ular ko'rsatilgan miqdorlarni farqlash uchun xizmat qiladi. Quvvatni o'lchash uchun asboblar - analog yoki raqamli vattmetrlar. Bilvosita o'lchovlar (masalan, ampermetr yordamida) har doim ham qo'llanilmaydi. Quvvat koeffitsienti kabi muhim miqdorni aniqlash uchun (faza almashish burchagi bilan ifodalangan) faza o'lchagichlar deb ataladigan qurilmalar qo'llaniladi.
- Chastotasi f. Bu o'zgaruvchan tokning xarakteristikasi bo'lib, uning kattaligi va yo'nalishi (umumiy holatda) 1 soniya davomida o'zgarish davrlarining sonini ko'rsatadi. Chastota birligi o'zaro soniya yoki gerts (Hz): 1 Hz=1 s-1. Bu qiymat chastota o'lchagich deb ataladigan keng qamrovli asboblar sinfi orqali o'lchanadi.
Magnit miqdorlar
Magnetizm elektr bilan chambarchas bog'liq, chunki ikkalasi ham yagona asosiy jismoniy jarayon - elektromagnetizmning namoyonidir. Shu sababli, teng darajada yaqin aloqa elektr va magnit miqdorlarni o'lchash usullari va vositalariga xosdir. Ammo nuanslar ham bor. Qoida tariqasida, ikkinchisini aniqlashda, amaldaelektr o'lchovi amalga oshiriladi. Magnit qiymat bilvosita uni elektr bilan bog'laydigan funktsional munosabatdan olinadi.
Ushbu oʻlchov sohasidagi mos yozuvlar qiymatlari magnit induksiya, maydon kuchi va magnit oqimdir. Ular qurilmaning o'lchash lasanidan foydalanib, o'lchanadigan EMFga aylantirilishi mumkin, shundan so'ng kerakli qiymatlar hisoblab chiqiladi.
- Magnit oqimi vebermetrlar (fotovoltaik, magnitoelektrik, analog elektron va raqamli) va yuqori sezgir ballistik galvanometrlar kabi asboblar yordamida o'lchanadi.
- Induksiya va magnit maydon kuchi har xil turdagi transduserlar bilan jihozlangan teslametrlar yordamida oʻlchanadi.
Toʻgʻridan-toʻgʻri bogʻliq boʻlgan elektr va magnit kattaliklarni oʻlchash koʻplab ilmiy-texnikaviy muammolarni hal qilishga imkon beradi, masalan, Quyosh, Yer va sayyoralarning atom yadrosi va magnit maydonini oʻrganish. turli materiallarning magnit xususiyatlari, sifat nazorati va boshqalar.
Elektrsiz miqdorlar
Elektr usullarining qulayligi ularni harorat, o'lchamlar (chiziqli va burchakli), deformatsiyalar va boshqalar kabi elektr bo'lmagan tabiatdagi turli fizik miqdorlarni o'lchashga muvaffaqiyatli kengaytirish imkonini beradi. kimyoviy jarayonlar va moddalar tarkibini tekshirish.
Elektr bo'lmagan kattaliklarni elektr o'lchash asboblari odatda sensorlar majmuasi - har qanday zanjir parametrlariga (kuchlanish,qarshilik) va elektr o'lchash moslamasi. Transduserlarning ko'p turlari mavjud, ular yordamida siz har xil miqdorlarni o'lchashingiz mumkin. Mana bir nechta misollar:
- Reostatik datchiklar. Bunday o'zgartirgichlarda o'lchangan qiymat paydo bo'lganda (masalan, suyuqlik darajasi yoki uning hajmi o'zgarganda) reostat slayderi harakatlanadi va shu bilan qarshilikni o'zgartiradi.
- Termistorlar. Ushbu turdagi qurilmalarda sensorning qarshiligi harorat ta'sirida o'zgaradi. Gaz oqim tezligini, haroratni o'lchash, gaz aralashmalari tarkibini aniqlash uchun ishlatiladi.
- Tezlik qarshiligi sim kuchlanishini oʻlchash imkonini beradi.
- Yorilish, harorat yoki harakatdagi oʻzgarishlarni keyin oʻlchanadigan fototokga aylantiruvchi fotosensorlar.
- Havo kimyosi, joy almashish, namlik va bosim uchun sensorlar sifatida ishlatiladigan sig'imli o'zgartirgichlar.
- Piezoelektrik o'zgartirgichlar ba'zi kristall materiallarga mexanik ravishda qo'llanganda EMF paydo bo'lish printsipi asosida ishlaydi.
- Induktiv sensorlar tezlik yoki tezlanish kabi kattaliklarni induksiyalangan emfga aylantirishga asoslangan.
Elektr oʻlchash asboblari va usullarini ishlab chiqish
Elektr kattaliklarini o'lchash vositalarining xilma-xilligi bu parametrlar muhim rol o'ynaydigan ko'plab turli hodisalarga bog'liq. Elektr jarayonlari va hodisalari juda keng qo'llaniladibarcha sohalar - inson faoliyatining bunday sohasini ko'rsatishning iloji yo'q, ular qo'llashni topa olmaydilar. Bu fizik miqdorlarning elektr o'lchovlari muammolarining tobora kengayib borayotgan doirasini belgilaydi. Ushbu muammolarni hal qilish uchun vositalar va usullarning xilma-xilligi va takomillashuvi doimiy ravishda o'sib bormoqda. O'lchash texnologiyasining elektr bo'lmagan miqdorlarni elektr usullari bilan o'lchash kabi yo'nalishi ayniqsa tez va muvaffaqiyatli rivojlanmoqda.
Zamonaviy elektr o'lchash texnologiyasi aniqlik, shovqinga chidamlilik va tezlikni oshirish, shuningdek, o'lchash jarayonini avtomatlashtirish va uning natijalarini qayta ishlashni oshirish yo'nalishida rivojlanmoqda. O'lchov asboblari eng oddiy elektromexanik qurilmalardan elektron va raqamli qurilmalarga, so'ngra mikroprotsessor texnologiyasidan foydalangan holda eng yangi o'lchash va hisoblash tizimlariga o'tdi. Shu bilan birga, o'lchov vositalarining dasturiy komponenti rolining oshishi, shubhasiz, rivojlanishning asosiy tendentsiyasidir.
