Měření elektrických parametrů je povinným krokem ve vývoji a výrobě elektronických produktů. Pro kontrolu kvality vyráběných zařízení je nutné postupné sledování jejich parametrů. Správné určení funkčnosti budoucího řídicího a měřicího komplexu vyžaduje určení typů elektrického řízení: průmyslové nebo laboratorní, úplné nebo selektivní, statistické nebo jednoduché, absolutní nebo relativní a tak dále.
Ve struktuře výroby produktu se rozlišují následující typy řízení:
- Příchozí kontrola;
- Mezioperační řízení;
- Monitorování provozních parametrů;
- Přijímací zkoušky.
Během výroby desky plošných spojů a elektronických součástek (oblast cyklu přístrojového inženýrství), je nutné provádět vstupní kontrolu kvality výchozí suroviny a součástek, elektrická kontrola kvality pokovení hotových desek plošných spojů, kontrola provozních parametrů montovaných elektronických součástek. Chcete-li tyto problémy vyřešit, na moderní výrobaÚspěšně se používají elektrické řídicí systémy typu adaptéru i systémy s „létajícími“ sondami.
Výroba součástek v balíku (balený výrobní cyklus) si zase vyžádá vstupní parametrické řízení jednotlivých krystalů a balíků, následné mezioperační řízení po svaření vývodů krystalu nebo jeho instalaci a nakonec parametrické a funkční řízení hotový výrobek.
Pro výrobu polovodičových součástek a integrovaných obvodů (výroba čipů) bude vyžadována podrobnější kontrola elektrických charakteristik. Zpočátku je nutné kontrolovat vlastnosti desky, a to jak povrchové, tak objemové, poté se doporučuje zkontrolovat charakteristiky hlavních funkčních vrstev a po nanesení metalizačních vrstev zkontrolovat kvalitu jejího provedení a elektrické vlastnosti. Po přijetí konstrukce na wafer je nutné provést parametrické a funkční testování, měření statického a dynamické vlastnosti, monitorovat integritu signálu, analyzovat vlastnosti struktury, ověřovat výkonnostní charakteristiky.
Parametrická měření:
Parametrická analýza zahrnuje soubor technik pro měření a sledování spolehlivosti napěťových, proudových a výkonových parametrů, bez sledování funkčnosti zařízení. Elektrické měření zahrnuje aplikaci elektrického podnětu na měřené zařízení (DUT) a měření odezvy DUT. Parametrická měření se provádějí při stejnosměrném proudu (standardní stejnosměrná měření proudově-napěťových charakteristik (CV), měření silových obvodů atd.), při nízkých frekvencích (vícenapěťová měření kapacitně-napěťových charakteristik (CV), měření komplexních impedance a imitance, analýza materiálů atd. .), měření impulsů (charakteristiky impulsního proudu a napětí, ladění doby odezvy atd.). K řešení problémů parametrických měření se používá velký počet specializované řídicí a měřicí zařízení: generátory signálů volná forma, napájecí zdroje (DC i AC), měřiče zdrojů, ampérmetry, voltmetry, multimetry, LCR a impedanční měřiče, parametrické analyzátory a křivky a mnoho dalšího, stejně jako velké množství příslušenství, příslušenství a přípravků.
Aplikace:
- Měření základní charakteristiky(proudové, napěťové, výkonové) elektrické obvody;
- Měření odporu, kapacity a indukčnosti pasivních a aktivních prvků elektrických obvodů;
- Měření celkové impedance a imitance;
- Měření proudově-napěťových charakteristik v kvazistatickém a pulzním režimu;
- Měření proudově-napěťových charakteristik v kvazistatickém a vícefrekvenčním režimu;
- Charakterizace polovodičových součástek;
- Analýza poruch.
Funkční měření:
Funkční analýza zahrnuje soubor technik pro měření a monitorování výkonu zařízení během základních operací. Tyto techniky umožňují sestavit model (fyzický, kompaktní nebo behaviorální) zařízení na základě dat získaných během procesu měření. Analýza získaných dat umožňuje kontrolovat stabilitu charakteristik vyráběných zařízení, zkoumat je a vyvíjet nová, ladit technologických postupů a upravit topologii. K řešení funkčních problémů měření se používá velké množství specializovaných testovacích a měřicích zařízení: osciloskopy, síťové analyzátory, frekvenční čítače, hlukoměry, měřiče výkonu, spektrální analyzátory, detektory a mnoho dalších, stejně jako velké množství příslušenství, příslušenství a zařízení.
Aplikace:
- Měření slabých signálů: parametry přenosu a odrazu signálu, řízení manipulace;
- Měření silného signálu: komprese zesílení, měření zátěže, atd.;
- Generování a konverze frekvence;
- Analýza průběhu v časové a frekvenční oblasti;
- Měření šumu a analýza parametrů hluku;
- Ověření čistoty signálu a analýza intermodulačního zkreslení;
- Analýza integrity signálu, standardizace;
Měření sondy:
Měření sondy by měla být zvýrazněna samostatně. Aktivní vývoj mikro- a nanoelektroniky vedl k nutnosti provádět přesná a spolehlivá měření na waferu, která jsou možná pouze s kvalitním, stabilním a spolehlivým kontaktem, který nezničí zařízení. Řešení těchto problémů je dosaženo použitím sondových stanic, speciálně navržených pro specifický typ měření, které provádí kontrolu sondy. Stanice jsou navrženy speciálně tak, aby vylučovaly vnější vlivy, vlastní hluk a udržovaly „čistotu“ experimentu. Všechna měření jsou uvedena na úrovni plátku/střepu, než se rozdělí na krystaly a zabalí.
Aplikace:
- Měření koncentrace nosiče náboje;
- Měření povrchového a objemového odporu;
- Analýza kvality polovodičových materiálů;
- Provádění parametrického testování na úrovni waferů;
- Funkční analýza chování na úrovni plátků;
- Provádění měření a sledování elektrofyzikálních parametrů (viz níže) polovodičových součástek;
- Kontrola kvality technologických procesů.
Rádiové měření:
Měření rádiových emisí, elektromagnetické kompatibility, chování signálů transceiverů a systémů antén-napáječů, stejně jako jejich odolnost proti šumu, vyžaduje speciální vnější experimentální podmínky. RF měření vyžadují samostatný přístup. Nejen charakteristika přijímače a vysílače, ale i vnější elektromagnetické prostředí (nevyjímaje vzájemné působení časových, frekvenčních a výkonových charakteristik a také umístění všech prvků systému vůči sobě navzájem, a návrh aktivního prvky) přispívají svým vlivem.
Aplikace:
- Radar a zaměřování;
- Telekomunikační a komunikační systémy;
- Elektromagnetická kompatibilita a odolnost proti šumu;
- Analýza integrity signálu, standardizace.
Elektrofyzikální měření:
Měření elektrických parametrů často úzce souvisí s měřením/dopadem fyzikálních parametrů. Elektrofyzikální měření se používají u všech zařízení, která přeměňují jakýkoli vnější vliv na elektrickou energii a/nebo naopak. LED diody, mikroelektromechanické systémy, fotodiody, snímače tlaku, průtoku a teploty, stejně jako všechna zařízení na nich založená, vyžadují vysoce kvalitní a kvantitativní analýza interakce fyzikálních a elektrických charakteristik zařízení.
Aplikace:
- Měření intenzity, vlnové délky a směru záření, proudově-napěťových charakteristik, světelného toku a spektra LED;
- Měření citlivosti a šumu, proudově-napěťové charakteristiky, spektrální a světelné charakteristiky fotodiod;
- Analýza citlivosti, linearity, přesnosti, rozlišení, prahů, vůle, šumu, přechodové odezvy a energetické účinnosti pro MEMS aktuátory a senzory;
- Analýza výkonu polovodičových zařízení (jako jsou akční členy a senzory MEMS) ve vakuu a v komoře vysoký tlak;
- Analýza charakteristik teplotních závislostí, kritických proudů a vlivu polí v supravodičích.
Plán
Zavedení
Aktuální měřiče
Měření napětí
Kombinovaná zařízení magnetoelektrického systému
Univerzální elektronické měřicí přístroje
Měřící bočníky
Přístroje pro měření odporu
Stanovení zemního odporu
Magnetický tok
Indukce
Reference
Zavedení
Měření je proces zjišťování hodnoty fyzikální veličiny experimentálně, pomocí speciálních technických prostředků - měřicích přístrojů.
Měření je tedy informační proces získávání, experimentálně, číselného vztahu mezi danou fyzikální veličinou a některými jejími hodnotami, branými jako srovnávací jednotka.
Výsledkem měření je pojmenované číslo zjištěné měřením fyzikální veličiny. Jedním z hlavních úkolů měření je posouzení míry přiblížení nebo rozdílu mezi skutečnými a skutečnými hodnotami měřené fyzikální veličiny - chyba měření.
Hlavní parametry elektrických obvodů jsou: proud, napětí, odpor, proudový výkon. K měření těchto parametrů se používají elektrické měřicí přístroje.
Měření parametrů elektrických obvodů se provádí dvěma způsoby: prvním je metoda přímého měření, druhým je metoda nepřímého měření.
Metoda přímého měření zahrnuje získání výsledku přímo ze zkušenosti. Nepřímé měření je měření, při kterém je požadovaná veličina nalezena na základě známého vztahu mezi touto veličinou a veličinou získanou jako výsledek přímého měření.
Elektrické měřicí přístroje jsou třídou přístrojů používaných k měření různých elektrických veličin. Do skupiny elektrických měřících přístrojů patří kromě samotných měřících přístrojů i další měřící přístroje - měřidla, převodníky, komplexní instalace.
Elektrické měřicí přístroje se klasifikují takto: podle měřené a reprodukovatelné fyzikální veličiny (ampérmetr, voltmetr, ohmmetr, frekvenční měřič atd.); podle účelu (měřicí přístroje, míry, měřicí převodníky, měřicí zařízení a systémy, pomocná zařízení); způsobem poskytování výsledků měření (zobrazování a záznam); metodou měření (přístroje pro přímé hodnocení a srovnávací zařízení); podle způsobu aplikace a designu (panelové, přenosné a stacionární); podle principu činnosti (elektromechanický - magnetoelektrický, elektromagnetický, elektrodynamický, elektrostatický, ferodynamický, indukční, magnetodynamický; elektronický; termoelektrický; elektrochemický).
V tento esej Pokusím se mluvit o zařízení, principu fungování, uvést popis a stručný popis elektrické měřicí přístroje elektromechanické tř.
Měření proudu
Ampérmetr je zařízení pro měření proudu v ampérech (obr. 1). Stupnice ampérmetrů je kalibrována v mikroampérech, miliampérech, ampérech nebo kiloampérech v souladu s měřicími limity přístroje. V elektrickém obvodu je ampérmetr zapojen do série s částí elektrického obvodu (obr. 2), ve které se měří proud; pro zvýšení meze měření - bočníkem nebo přes transformátor.
Nejběžnější jsou ampérmetry, u kterých se pohyblivá část zařízení s ručičkou otáčí o úhel úměrný velikosti měřeného proudu.
Ampérmetry jsou magnetoelektrické, elektromagnetické, elektrodynamické, tepelné, indukční, detektorové, termoelektrické a fotoelektrické.
Magnetoelektrické ampérmetry měří stejnosměrný proud; indukce a detektor - střídavý proud; ampérmetry jiných systémů měří sílu jakéhokoli proudu. Nejpřesnější a nejcitlivější jsou magnetoelektrické a elektrodynamické ampérmetry.
Princip činnosti magnetoelektrického zařízení je založen na vytváření točivého momentu v důsledku interakce mezi polem permanentního magnetu a proudem, který prochází vinutím rámu. K rámu je připojena šipka, která se pohybuje po stupnici. Úhel natočení šipky je úměrný síle proudu.
Elektrodynamické ampérmetry se skládají z pevných a pohyblivých cívek zapojených paralelně nebo sériově. Interakce mezi proudy, které procházejí cívkami, způsobuje výchylky pohybující se cívky a šipky s ní spojené. V elektrickém obvodu je ampérmetr zapojen do série se zátěží a při vysokém napětí nebo vysokých proudech - přes transformátor.
Technické údaje některých typů domácích ampérmetrů, miliampérmetrů, mikroampérmetrů, magnetoelektrických, elektromagnetických, elektrodynamických a tepelných systémů jsou uvedeny v tabulce 1.
Tabulka 1 Ampérmetry, miliampérmetry, mikroampérmetry
| Přístrojový systém | Typ zařízení | Třída přesnosti | Limity měření |
| Magnetoelektrický | M109 | 0,5 | 1; 2; 5; 10 A |
| M109/1 | 0,5 | 1,5-3 A | |
| М45М | 1,0 | 75 mV | |
| 75-0-75 mV | |||
| M1-9 | 0,5 | 10-1000 uA | |
| M109 | 0,5 | 2; 10; 50 mA | |
| 200 mA | |||
| М45М | 1,0 | 1,5-150 mA | |
| Elektromagnetické | E514/3 | 0,5 | 5-10 A |
| E514/2 | 0,5 | 2,5-5 A | |
| E514/1 | 0,5 | 1-2 A | |
| E316 | 1,0 | 1-2 A | |
| 3316 | 1,0 | 2,5-5 A | |
| E513/4 | 1,0 | 0,25-0,5-1 A | |
| E513/3 | 0,5 | 50-100-200 mA | |
| E513/2 | 0,5 | 25-50-100 mA | |
| E513/1 | 0,5 | 10-20-40 mA | |
| E316 | 1,0 | 10-20 mA | |
| Elektrodynamické | D510/1 | 0,5 | 0,1-0,2-0,5-1-2-5 A |
| Tepelný | E15 | 1,0 | 30;50;100;300 mA |
Měření napětí
Voltmetr - měřicí přístroj s přímým čtením pro stanovení napětí nebo EMF v elektrických obvodech (obr. 3). Připojuje se paralelně k zátěži nebo zdroji elektrická energie(obr. 4).
Podle principu činnosti se voltmetry dělí na: elektromechanické - magnetoelektrické, elektromagnetické, elektrodynamické, elektrostatické, usměrňovací, termoelektrické; elektronické - analogové a digitální. Podle účelu: stejnosměrný proud; AC; puls; fázově citlivý; selektivní; univerzální. Podle provedení a způsobu aplikace: panel; přenosný; stacionární. Technické údaje některých domácích voltmetrů, milivoltmetrů magnetoelektrických, elektrodynamických, elektromagnetických a tepelných systémů jsou uvedeny v tabulce 2.
Tabulka 2 Voltmetry a milivoltmetry
| Přístrojový systém | Typ zařízení | Třída přesnosti | Limity měření |
| Elektrodynamické | D121 | 0,5 | 150-250 V |
| D567 | 0,5 | 15-600 V | |
| Magnetoelektrický | M109 | 0,5 | 3-600 V |
| M250 | 0,5 | 3; 50; 200; 400 V | |
| М45М | 1,0 | 75 mV; | |
| 75-0-75 mV | |||
| 75-15-750-1500 mV | |||
| M109 | 0,5 | 10-3000 mV | |
| Elektrostatický | C50/1 | 1,0 | 30 V |
| C50/5 | 1,0 | 600 V | |
| C50/8 | 1,0 | 3 kV | |
| S96 | 1,5 | 7,5-15-30 kV | |
| Elektromagnetické | E515/3 | 0,5 | 75-600 V |
| E515/2 | 0,5 | 7,5-60 V | |
| E512/1 | 0,5 | 1,5-15 V | |
| S elektronickým převodníkem | F534 | 0,5 | 0,3-300 V |
| Tepelný | E16 | 1,5 | 0,75-50 V |
Pro měření ve stejnosměrných obvodech se používají kombinované přístroje magnetoelektrického systému, ampérvoltmetry. Technické údaje o některých typech zařízení jsou uvedeny v tabulce 3.
Tabulka 3. Kombinovaná zařízení magnetoelektrického systému.
| Jméno | Typ | Třída přesnosti | Limity měření |
| Milivolt-miliampérmetr | M82 | 0,5 | 15-3000 mV; 0,15-60 mA |
| Voltametr | M128 | 0,5 | 75mV-600V; 5; 10; 20 A |
| Ampér-voltmetr | M231 | 1,5 | 75-0-75 mV; 100-0-100 V;0,005-0-0,005 A; 10-0-10 A |
| Voltametr | M253 | 0,5 | 15mV-600V; 0,75 mA-3 A |
| Milivolt-miliampérmetr | M254 | 0,5 | 0,15-60 mA; 15-3000 mV |
| Mikroampérvoltmetr | M1201 | 0,5 | 3-750 V; 0,3-750 uA |
| Voltametr | M1107 | 0,2 | 45mV-600V; 0,075 mA-30 A |
| Miliampérvoltmetr | М45М | 1 | 7,5-150 V; 1,5 mA |
| Volt-ohmmetr | M491 | 2,5 | 3-30-300-600 V; |
| Ampér-voltmetr | M493 | 2,5 | 3-300 mA; 3-600 V; 3-300 kOhm |
| Ampér-voltmetr | M351 | 1 | 75mV-1500V;15uA-3000mA;200Ohm-200Mohm |
Technické údaje o kombinovaných přístrojích - ampérvoltmetry a ampérvoltmetry pro měření napětí a proudu, ale i výkonu ve střídavých obvodech.
Kombinované přenosné přístroje pro měření stejnosměrných a střídavých obvodů zajišťují měření stejnosměrných a střídavých proudů a odporů a některé poskytují i kapacitu prvků ve velmi širokém rozsahu, jsou kompaktní a mají autonomní napájení, které zajišťuje jejich široké uplatnění. Třída přesnosti tohoto typu stejnosměrného zařízení je 2,5; na proměnné – 4.0.
Univerzální elektronické měřicí přístroje
Při studiu elektrotechniky se člověk musí zabývat elektrickými, magnetickými a mechanickými veličinami a tyto veličiny měřit.
Měřit elektrickou, magnetickou nebo jakoukoli jinou veličinu znamená porovnat ji s jinou homogenní veličinou branou jako jednotka.
Tento článek pojednává o klasifikaci měření, která jsou nejdůležitější pro. Tato klasifikace zahrnuje klasifikaci měření z metodologického hlediska, tj. v závislosti na obecné techniky získávání výsledků měření (druhy nebo třídy měření), klasifikace měření v závislosti na použití principů a měřicích přístrojů (metody měření) a klasifikace měření v závislosti na dynamice měřených veličin.
Druhy elektrických měření
V závislosti na obecných metodách získání výsledku se měření dělí na následující typy: přímé, nepřímé a společné.
Směrem k přímým měřením zahrnují ty, jejichž výsledky jsou získány přímo z experimentálních dat. Přímé měření lze podmíněně vyjádřit vzorcem Y = X, kde Y je požadovaná hodnota měřené veličiny; X je hodnota přímo získaná z experimentálních dat. Tento typ měření zahrnuje měření různých fyzikální veličiny pomocí přístrojů kalibrovaných v zavedených jednotkách.
Například měření proudu ampérmetrem, teploty teploměrem atd. Tento typ měření zahrnuje i měření, při kterých se přímo porovnáním s mírou určuje požadovaná hodnota veličiny. Při klasifikaci měření jako přímého se neberou v úvahu použité prostředky a jednoduchost (nebo složitost) experimentu.
Nepřímé měření je měření, při kterém je požadovaná hodnota veličiny nalezena na základě známého vztahu mezi touto veličinou a veličinami podrobenými přímému měření. U nepřímých měření se číselná hodnota naměřené hodnoty stanoví výpočtem pomocí vzorce Y = F(Xl, X2 ... Xn), kde Y je požadovaná hodnota naměřené hodnoty; X1, X2, Xn - hodnoty měřených veličin. Jako příklad nepřímého měření můžeme uvést měření výkonu ve stejnosměrných obvodech ampérmetrem a voltmetrem.
Společná měření se nazývají takové, ve kterých jsou požadované hodnoty opačných veličin určeny řešením soustavy rovnic spojujících hodnoty hledaných veličin s přímo měřenými veličinami. Příkladem společných měření je stanovení koeficientů ve vzorci vztahu odporu rezistoru k jeho teplotě: Rt = R20
Elektrické metody měření
V závislosti na souboru technik pro použití principů a prostředků měření se všechny metody dělí na metodu přímého hodnocení a srovnávací metody.
Esence metoda přímého hodnocení spočívá v tom, že hodnota měřené veličiny se posuzuje podle údajů jednoho (přímá měření) nebo několika (nepřímá měření) přístrojů, předem kalibrovaných v jednotkách měřené veličiny nebo v jednotkách jiných veličin, na kterých je měřená veličina závisí.
Nejjednodušším příkladem přímé metody hodnocení je měření veličiny jedním přístrojem, jehož stupnice je odstupňována v příslušných jednotkách.
Druhá velká skupina elektrických měřicích metod je sjednocena pod obecným názvem srovnávací metody. Patří sem všechny ty metody elektrických měření, při kterých se naměřená hodnota porovnává s hodnotou reprodukovanou měřením. Charakteristickým rysem srovnávacích metod je tedy přímá účast opatření v procesu měření.
Srovnávací metody se dělí na: nulové, diferenciální, substituční a koincidenční.
Nulová metoda je metoda porovnávání naměřené hodnoty s mírou, při které je výsledný efekt vlivu hodnot na ukazatel vynulován. Když je tedy dosaženo rovnováhy, je pozorováno vymizení určitého jevu, například proudu v části obvodu nebo napětí na něm, což lze zaznamenat pomocí zařízení, která slouží tomuto účelu - nulových indikátorů. Díky vysoké citlivosti nulových indikátorů a také proto, že měření lze provádět s velkou přesností, je dosaženo vyšší přesnosti měření.
Příkladem aplikace nulové metody by bylo měření elektrického odporu můstku s jeho úplným vyvážením.
Na diferenciální metoda stejně jako s nulou se měřená veličina porovnává přímo nebo nepřímo s mírou a hodnota měřené veličiny jako výsledek porovnání se posuzuje podle rozdílu účinků současně vyvolaných těmito veličinami a podle reprodukované známé hodnoty. opatřením. Při diferenciální metodě tedy dochází k neúplnému vyrovnání naměřené hodnoty a to je rozdíl mezi diferenciální metodou a nulovou metodou.
Diferenciální metoda kombinuje některé vlastnosti metody přímého hodnocení a některé vlastnosti nulové metody. Může poskytnout velmi přesný výsledek měření, pokud se měřená veličina a míra od sebe jen málo liší.
Pokud je například rozdíl mezi těmito dvěma veličinami 1 % a je měřen s chybou do 1 %, pak se chyba měření požadované veličiny sníží na 0,01 %, pokud se chyba měření nebere v úvahu. . Příkladem aplikace diferenciální metody je měření rozdílu dvou napětí voltmetrem, z nichž jedno je známo s velkou přesností a druhé je požadovaná hodnota.
Substituční metoda spočívá ve střídavém měření požadované veličiny přístrojem a měření stejným přístrojem míry, která reprodukuje homogenní veličinu s měřenou veličinou. Na základě výsledků dvou měření lze vypočítat požadovanou hodnotu. Vzhledem k tomu, že obě měření jsou prováděna stejným přístrojem za stejných vnějších podmínek a požadovaná hodnota je určena poměrem odečtů přístroje, je výrazně snížena chyba výsledku měření. Vzhledem k tomu, že chyba přístroje není obvykle stejná v různých bodech stupnice, největší přesnost měření se dosáhne se stejnými údaji přístroje.
Příkladem aplikace substituční metody by bylo měření relativně velkého střídavým měřením proudu protékajícího řízeným odporem a referenčním. Během měření musí být obvod napájen ze stejného zdroje proudu. Odpor zdroje proudu a zařízení měřícího proud musí být velmi malý ve srovnání s proměnným a referenčním odporem.
Metoda zápasu je metoda, při které se rozdíl mezi naměřenou hodnotou a hodnotou reprodukovanou mírou měří pomocí shody značek stupnice nebo periodických signálů. Tato metoda je široce používána v praxi neelektrických měření.
Příkladem je měření délky. V elektrických měřeních je příkladem měření rychlosti otáčení tělesa pomocí zábleskového světla.
Naznačme také klasifikace měření na základě změn v čase měřené hodnoty. Podle toho, zda se měřená veličina během procesu měření mění nebo zůstává neměnná, se rozlišují statická a dynamická měření. Statická měření jsou měření konstantních nebo ustálených hodnot. Patří mezi ně měření efektivních a amplitudových hodnot veličin, ale v ustáleném stavu.
Pokud se měří okamžité hodnoty časově proměnných veličin, pak se měření nazývají dynamická. Pokud při dynamických měřeních měřicí přístroje umožňují průběžně sledovat hodnoty měřené veličiny, nazýváme taková měření kontinuální.
Veličinu je možné měřit měřením jejích hodnot v určitých časech t1, t2 atd. V důsledku toho nebudou známy všechny hodnoty měřené veličiny, ale pouze hodnoty ve vybraných časech. Taková měření se nazývají diskrétní.
Plán
Zavedení
Aktuální měřiče
Měření napětí
Kombinovaná zařízení magnetoelektrického systému
Univerzální elektronické měřicí přístroje
Měřící bočníky
Přístroje pro měření odporu
Stanovení zemního odporu
Magnetický tok
Indukce
Reference
Zavedení
Měření je proces zjišťování hodnoty fyzikální veličiny experimentálně, pomocí speciálních technických prostředků - měřicích přístrojů.
Měření je tedy informační proces získávání, experimentálně, číselného vztahu mezi danou fyzikální veličinou a některými jejími hodnotami, branými jako srovnávací jednotka.
Výsledkem měření je pojmenované číslo zjištěné měřením fyzikální veličiny. Jedním z hlavních úkolů měření je posouzení míry přiblížení nebo rozdílu mezi skutečnými a skutečnými hodnotami měřené fyzikální veličiny - chyba měření.
Hlavní parametry elektrických obvodů jsou: proud, napětí, odpor, proudový výkon. K měření těchto parametrů se používají elektrické měřicí přístroje.
Měření parametrů elektrických obvodů se provádí dvěma způsoby: prvním je metoda přímého měření, druhým je metoda nepřímého měření.
Metoda přímého měření zahrnuje získání výsledku přímo ze zkušenosti. Nepřímé měření je měření, při kterém je požadovaná veličina nalezena na základě známého vztahu mezi touto veličinou a veličinou získanou jako výsledek přímého měření.
Elektrické měřicí přístroje jsou třídou přístrojů používaných k měření různých elektrických veličin. Do skupiny elektrických měřících přístrojů patří kromě samotných měřících přístrojů i další měřící přístroje - měřidla, převodníky, komplexní instalace.
Elektrické měřicí přístroje se klasifikují takto: podle měřené a reprodukovatelné fyzikální veličiny (ampérmetr, voltmetr, ohmmetr, frekvenční měřič atd.); podle účelu (měřicí přístroje, míry, měřicí převodníky, měřicí zařízení a systémy, pomocná zařízení); způsobem poskytování výsledků měření (zobrazování a záznam); metodou měření (přístroje pro přímé hodnocení a srovnávací zařízení); podle způsobu aplikace a designu (panelové, přenosné a stacionární); podle principu činnosti (elektromechanický - magnetoelektrický, elektromagnetický, elektrodynamický, elektrostatický, ferodynamický, indukční, magnetodynamický; elektronický; termoelektrický; elektrochemický).
V této eseji se pokusím pohovořit o zařízení, principu činnosti a podat popis a stručný popis elektrických měřicích přístrojů elektromechanické třídy.
Měření proudu
Ampérmetr je zařízení pro měření proudu v ampérech (obr. 1). Stupnice ampérmetrů je kalibrována v mikroampérech, miliampérech, ampérech nebo kiloampérech v souladu s měřicími limity přístroje. V elektrickém obvodu je ampérmetr zapojen do série s částí elektrického obvodu (obr. 2), ve které se měří proud; pro zvýšení meze měření - bočníkem nebo přes transformátor.
Nejběžnější jsou ampérmetry, u kterých se pohyblivá část zařízení s ručičkou otáčí o úhel úměrný velikosti měřeného proudu.
Ampérmetry jsou magnetoelektrické, elektromagnetické, elektrodynamické, tepelné, indukční, detektorové, termoelektrické a fotoelektrické.
Magnetoelektrické ampérmetry měří stejnosměrný proud; indukce a detektor - střídavý proud; ampérmetry jiných systémů měří sílu jakéhokoli proudu. Nejpřesnější a nejcitlivější jsou magnetoelektrické a elektrodynamické ampérmetry.
Princip činnosti magnetoelektrického zařízení je založen na vytváření točivého momentu v důsledku interakce mezi polem permanentního magnetu a proudem, který prochází vinutím rámu. K rámu je připojena šipka, která se pohybuje po stupnici. Úhel natočení šipky je úměrný síle proudu.
Elektrodynamické ampérmetry se skládají z pevných a pohyblivých cívek zapojených paralelně nebo sériově. Interakce mezi proudy, které procházejí cívkami, způsobuje výchylky pohybující se cívky a šipky s ní spojené. V elektrickém obvodu je ampérmetr zapojen do série se zátěží a při vysokém napětí nebo vysokých proudech - přes transformátor.
Technické údaje některých typů domácích ampérmetrů, miliampérmetrů, mikroampérmetrů, magnetoelektrických, elektromagnetických, elektrodynamických a tepelných systémů jsou uvedeny v tabulce 1.
Tabulka 1 Ampérmetry, miliampérmetry, mikroampérmetry
| Přístrojový systém | Typ zařízení | Třída přesnosti | Limity měření |
| Magnetoelektrický | M109 | 0,5 | 1; 2; 5; 10 A |
| M109/1 | 0,5 | 1,5-3 A | |
| М45М | 1,0 | 75 mV | |
| 75-0-75 mV | |||
| M1-9 | 0,5 | 10-1000 uA | |
| M109 | 0,5 | 2; 10; 50 mA | |
| 200 mA | |||
| М45М | 1,0 | 1,5-150 mA | |
| Elektromagnetické | E514/3 | 0,5 | 5-10 A |
| E514/2 | 0,5 | 2,5-5 A | |
| E514/1 | 0,5 | 1-2 A | |
| E316 | 1,0 | 1-2 A | |
| 3316 | 1,0 | 2,5-5 A | |
| E513/4 | 1,0 | 0,25-0,5-1 A | |
| E513/3 | 0,5 | 50-100-200 mA | |
| E513/2 | 0,5 | 25-50-100 mA | |
| E513/1 | 0,5 | 10-20-40 mA | |
| E316 | 1,0 | 10-20 mA | |
| Elektrodynamické | D510/1 | 0,5 | 0,1-0,2-0,5-1-2-5 A |
| Tepelný | E15 | 1,0 | 30;50;100;300 mA |
Měření napětí
Voltmetr - měřicí přístroj s přímým čtením pro stanovení napětí nebo EMF v elektrických obvodech (obr. 3). Připojeno paralelně k zátěži nebo zdroji elektrické energie (obr. 4).
Podle principu činnosti se voltmetry dělí na: elektromechanické - magnetoelektrické, elektromagnetické, elektrodynamické, elektrostatické, usměrňovací, termoelektrické; elektronické - analogové a digitální. Podle účelu: stejnosměrný proud; AC; puls; fázově citlivý; selektivní; univerzální. Podle provedení a způsobu aplikace: panel; přenosný; stacionární. Technické údaje některých domácích voltmetrů, milivoltmetrů magnetoelektrických, elektrodynamických, elektromagnetických a tepelných systémů jsou uvedeny v tabulce 2.
Tabulka 2 Voltmetry a milivoltmetry
| Přístrojový systém | Typ zařízení | Třída přesnosti | Limity měření |
| Elektrodynamické | D121 | 0,5 | 150-250 V |
| D567 | 0,5 | 15-600 V | |
| Magnetoelektrický | M109 | 0,5 | 3-600 V |
| M250 | 0,5 | 3; 50; 200; 400 V | |
| М45М | 1,0 | 75 mV; | |
| 75-0-75 mV | |||
| 75-15-750-1500 mV | |||
| M109 | 0,5 | 10-3000 mV | |
| Elektrostatický | C50/1 | 1,0 | 30 V |
| C50/5 | 1,0 | 600 V | |
| C50/8 | 1,0 | 3 kV | |
| S96 | 1,5 | 7,5-15-30 kV | |
| Elektromagnetické | E515/3 | 0,5 | 75-600 V |
| E515/2 | 0,5 | 7,5-60 V | |
| E512/1 | 0,5 | 1,5-15 V | |
| S elektronickým převodníkem | F534 | 0,5 | 0,3-300 V |
| Tepelný | E16 | 1,5 | 0,75-50 V |
Pro měření ve stejnosměrných obvodech se používají kombinované přístroje magnetoelektrického systému, ampérvoltmetry. Technické údaje o některých typech zařízení jsou uvedeny v tabulce 3.
Tabulka 3. Kombinovaná zařízení magnetoelektrického systému .
| Jméno | Typ | Třída přesnosti | Limity měření |
| Milivolt-miliampérmetr | M82 | 0,5 | 15-3000 mV; 0,15-60 mA |
| Voltametr | M128 | 0,5 | 75mV-600V; 5; 10; 20 A |
| Ampér-voltmetr | M231 | 1,5 | 75-0-75 mV; 100-0-100 V; 0,005-0-0,005 A; 10-0-10 A |
| Voltametr | M253 | 0,5 | 15mV-600V; 0,75 mA-3 A |
| Milivolt-miliampérmetr | M254 | 0,5 | 0,15-60 mA; 15-3000 mV |
| Mikroampérvoltmetr | M1201 | 0,5 | 3-750 V; 0,3-750 uA |
| Voltametr | M1107 | 0,2 | 45mV-600V; 0,075 mA-30 A |
| Miliampérvoltmetr | М45М | 1 | 7,5-150 V; 1,5 mA |
| Volt-ohmmetr | M491 | 2,5 | 3-30-300-600 V; 30-300-3000 kOhm |
| Ampér-voltmetr | M493 | 2,5 | 3-300 mA; 3-600 V; 3-300 kOhm |
| Ampér-voltmetr | M351 | 1 | 75mV-1500V; 15 uA-3000 mA; 200 Ohm-200 Mohm |
Technické údaje o kombinovaných přístrojích - ampérvoltmetry a ampérvoltmetry pro měření napětí a proudu, ale i výkonu ve střídavých obvodech.
Kombinované přenosné přístroje pro měření stejnosměrných a střídavých obvodů zajišťují měření stejnosměrných i střídavých proudů a odporů a některé poskytují i kapacitní odpor prvků ve velmi širokém rozsahu, jsou kompaktní a mají autonomní napájení, což zajišťuje jejich široké uplatnění. Třída přesnosti tohoto typu stejnosměrného zařízení je 2,5; na proměnné – 4.0.
Univerzální elektronické měřicí přístroje
Univerzální měřicí přístroje (univerzální voltmetry) jsou široce používány pro měření elektrických veličin. Tato zařízení zpravidla umožňují měřit střídavá a stejnosměrná napětí a proudy, odpor a v některých případech i frekvenci signálu v extrémně širokém rozsahu. V literatuře se jim často říká univerzální voltmetry, a to z toho důvodu, že jakákoliv hodnota naměřená přístroji je nějakým způsobem převedena na napětí a zesílena širokopásmovým zesilovačem. Zařízení mají číselník (zařízení elektromechanického typu) nebo displej s indikátorem z tekutých krystalů, některá zařízení mají vestavěné programy, které poskytují matematické zpracování výsledků;
Informace o některých typech moderních domácích univerzálních zařízení jsou uvedeny v tabulce 4.
Tabulka 4. Univerzální měřicí přístroje
| Typ zařízení | Meze naměřených hodnot, doplňkové funkce | Více informací |
| V7-21A | 1 µV-1 000 V, 0,01 Ohm-12 Mohm, frekvence až 20 kHz |
váha 5,5 kg |
| V7-34A | 1 µV-1 000 V, 1 mOhm - 10 Mohm, chyba 0,02 % |
hmotnost 10 kg |
| B7-35 | 0,1mV-1000V, 0,1 µV-10 A, 1 Ohm-10 MOhm, |
hmotnost na baterie 2 kg |
| V7-36 | 0,1 mV-1 000 V, 1 Ohm-10 MOhm, |
Ukazovátko, napájení z baterie |
Příslušenství dodávané s univerzálními zařízeními:
1. Měřicí sonda střídavé napětí v rozsahu 50KHz-1GHz pro rozšíření střídavého napětí se všemi univerzálními voltmetry a multimetry.
2. Vysokonapěťový stejnosměrný dělič napětí do 30 kV 1: 1000. V tabulce 5 jsou uvedeny technické údaje univerzálního B3-38V.
Tabulka 5. Technická data digitálního milivoltmetru V3-38V
| Charakteristika | Možnosti | Význam |
| střídavé napětí | Rozsah napětí Mez měření |
10 µV…300 V 1 mV/… /300 V (12 p/rozsahy, krok 1-3) |
| Frekvenční rozsah | Normální plocha: 45 Hz…1 MHz Pracovní prostory: 20 Hz…45 Hz; 1 MHz-3 MHz; 3 MHz-5 MHz |
|
Chyba měření Další chyba Doba vyřízení |
±2 % (pro harmonické vibrace) ±1/3xKg, při kg 20% (pro neharmonické vibrace) |
|
Maximální vstupní napětí Vstupní impedance |
600 V (250 V DC) 4 MOhm/25 pF v rámci 1 mV/…/300 mV 5 MOhm/15pF v rámci 1 V/…/300 V |
|
| Měnič napětí | Výstupní napětí Chyba převodu Výstupní impedance |
|
| Širokopásmový zesilovač | Maximální výstupní napětí | (100±20) mV |
| Zobrazit | Typ indikátorů Formát zobrazení |
LCD indikátor 3 ½ číslice |
| Obecné informace | Napájecí napětí Rozměrové údaje |
220V±10%, 50Hz 155x209x278 mm |
Univerzální voltmetry s displejem z tekutých krystalů výsledků měření stejnosměrných a střídavých proudů a napětí, odporu ve 2/4 drátovém obvodu, frekvencí a period, měření efektivní hodnoty střídavého proudu a libovolného napětí.
V případě výměnných teplotních čidel navíc přístroje zajišťují měření teploty od -200 do +1110 0 C, měření výkonu, relativních hladin (dB), záznam/odečítání až 200 výsledků měření, automatické popř. ruční výběr meze měření, vestavěný testovací kontrolní program, ovládání hudebního zvuku.
Měřící bočníky
Bočníky jsou navrženy tak, aby rozšířily limity měření proudu. Bočník je kalibrovaný, obvykle plochý, vodič (rezistor) speciální konstrukce z manganinu, kterým prochází měřený proud. Úbytek napětí na bočníku je lineární funkce proud Jmenovité napětí odpovídá jmenovitému proudu bočníku. Používají se především ve stejnosměrných obvodech v kombinaci s magnetoelektrickými měřicími přístroji. Při měření malých proudů (do 30 A) jsou v těle přístroje zabudovány bočníky. Při měření vysokých proudů (až 7500 A) se používají externí bočníky. Bočníky jsou rozděleny do tříd přesnosti: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2 a 0,5.
Pro rozšíření mezí měření napěťových zařízení se používají kalibrované odpory, nazývané přídavné odpory. Další rezistory jsou vyrobeny z manganinového izolovaného drátu a jsou také rozděleny do tříd přesnosti. Informace o bočnících jsou uvedeny v tabulce 6.
Tabulka 6. Měřící bočníky
| Typ | Jmenovitý proud, A | Jmenovitý úbytek napětí, mV | Třída přesnosti |
| P114/1 | 75 | 45 | 0,1 |
| P114/1 | 150 | 45 | 0,1 |
| P114/1 | 300 | 45 | 0,1 |
| 75RI | 0,3-0,75 | 75 | 0,2 |
| 75RI | 1,5-7,5 | 75 | 0,2 |
| 75RI | 15-30 | 75 | 0,2 |
| 75RI | 75 | 75 | 0,2 |
| 75ShS-0,2 | 300; 500; 750; 1000; 1500; 2000; 4000 | 75 | 0,2 |
| 75 ShS | 5; 10; 20; 30; 50 | 75 | 0,5 |
| 75 ShSM | 75; 100; 150; 200; 300; 500; 750; 1 000 | 75 | 0,5 |
Přístroje pro měření odporu
Zařízení pro měření elektrického odporu se v závislosti na rozsahu měřeného odporu přístroji nazývají ohmmetry, mikroohmmetry, magaohmmetry. Pro měření odporu proti proudovému šíření zemnících zařízení se používají zemnící měřiče. Informace o některých typech těchto zařízení jsou uvedeny v tabulce 7.
Tabulka 7. Ohmmetry, mikroohmmetry, megaohmmetry, zemnící metry
| Zařízení | Typ | Limity měření | Základní chyba nebo třída přesnosti |
| Ohmmetr | M218 | 0,1-1-10-100 Ohm 0,1-1-10-100 kOhm 0,1-1-10-100 MOhm |
1,5-2,5% |
| Ohmmetr | M371 |
100-10 000 kOhm; |
±1,5 % |
| Ohmmetr | M57D | 0-1 500 ohmů | ±2,5 % |
| Mikroohmmetr | M246 | 100-1000 µOhm 10-100 mOhm-10 Ohm |
|
| Mikroohmmetr | F415 | 100-1000 uOhm; |
- |
| Megaohmmetr | M4101/5 | 1 | |
| Megaohmmetr | M503M | 1 | |
| Megaohmmetr | M4101/1 | 1 | |
| Megaohmmetr | M4101/3 | 1 |
Stanovení zemního odporu
Termín uzemnění znamená elektrické připojení jakýkoli obvod nebo zařízení k zemi. Uzemnění se používá k nastavení a udržení potenciálu připojeného obvodu nebo zařízení co nejblíže potenciálu země. Zemnící obvod je tvořen vodičem, svorkou, kterou je vodič spojen s elektrodou, elektrodou a zemí kolem elektrody. Uzemnění je široce používáno pro účely elektrické ochrany. Například v osvětlovacích zařízeních se uzemnění používá ke zkratování poruchového proudu k zemi, aby se chránil personál a součásti zařízení před expozicí. vysokého napětí. Nízký odpor uzemňovacího obvodu zajišťuje, že průrazný proud teče do země a rychlý provoz ochranných relé. V důsledku toho je cizí napětí odstraněno co nejrychleji, aby se zabránilo vystavení personálu a zařízení. Pro nejlepší udržení referenčního potenciálu zařízení pro ochranu před statickou elektřinou a pro omezení napětí na rámu zařízení pro ochranu personálu by měl být ideální odpor zemního obvodu nulový.
PRINCIP MĚŘENÍ ODPORU UZEMNĚNÍ
Voltmetr měří napětí mezi piny X a Y a ampérmetr - proud tekoucí mezi piny X a Z (obr. 5)
Všimněte si toho body X,Y a Z odpovídají body X,P a C zařízení pracujícího na 3-bodovém obvodu nebo body C1, P2 a C2 zařízení pracujícího na 4-bodovém obvodu.
Pomocí vzorců Ohmova zákona E = R I nebo R = E / I můžeme určit zemnící odpor elektrody R. Pokud například E = 20 V a I = 1 A, pak:
R = E/I = 20/1 = 20 Ohm
Pokud používáte tester uzemnění, nebudete muset tyto výpočty provádět. Zařízení samo generuje proud potřebný pro měření a přímo zobrazuje hodnotu zemního odporu.
Uvažujme například měřidlo zahraničního výrobce značky 1820 ER (obr. 6 a tabulka 8).
Tabulka 8. Specifikace typu 1820 metrů ER
| Charakteristika | Možnosti | Hodnoty |
| Zemní odpor | Limity měření | 20; 200; 2000 ohmů |
| Povolení | 0,01 Ohm při limitu 20 Ohm 0,1 Ohm při limitu 200 Ohm 1 ohm při limitu 2 000 ohmů |
|
| Chyba měření | ± (2,0 % + 2 číslice jednotek) | |
| Testovací signál | 820 Hz, 2 mA | |
| Dotykové napětí | Limity měření | 200 V, 50…60 Hz |
| Povolení | 1 V | |
| Chyba měření | ± (1 % + 2 číslice jednotek) | |
| Obecné informace | Indikátor | LCD, maximální zobrazené číslo 2 000 |
| Napájecí napětí | 1,5 V x 8 (typ AA) | |
| Rozměry | 170 x 165 x 92 mm | |
| Hmotnost | 1 kg |
Magnetický tok
Obecné informace.
Magnetický tok- tok jako integrál vektoru magnetické indukce konečnou plochou. Určeno pomocí plošného integrálu
v tomto případě je vektorový prvek plochy povrchu definován jako
kde je jednotkový vektor kolmý k povrchu.
kde α je úhel mezi vektorem magnetické indukce a normálou k rovině plochy.
Magnetický tok obvodem může být také vyjádřen jako cirkulace vektorového potenciálu magnetické pole po tomto okruhu:
Jednotky měření
V soustavě SI je jednotkou magnetického toku weber (Wb, rozměr - V s = kg m² s −2 A −1), v soustavě CGS je to maxwell (Mks); 1 Wb = 10 8 μs.
Zařízení pro měření magnetických toků se nazývá Fluxmetr(z latinského fluxus - průtok a ... metr) nebo webermetr.
Indukce
Magnetická indukce- vektorová veličina, což je silová charakteristika magnetického pole v daném bodě prostoru. Ukazuje sílu, kterou magnetické pole působí na náboj pohybující se rychlostí.
Přesněji je to takový vektor, kterému se Lorentzova síla působící na náboj pohybující se rychlostí rovná
kde α je úhel mezi vektory rychlosti a magnetické indukce.
Magnetickou indukci lze také definovat jako poměr maximálního mechanického momentu sil působících na rám s proudem umístěný v rovnoměrném poli k součinu proudu v rámu a jeho ploše.
Je to hlavní charakteristika magnetického pole, podobná vektoru síly elektrického pole.
V systému CGS se indukce magnetického pole měří v gaussech (G), v systému SI - v tesle (T)
1 T = 104 G
Magnetometry používané k měření magnetické indukce se nazývají teslametry.
Reference
1. Příručka elektrotechniky a elektrických zařízení, Aliev I.I.
2. Elektrotechnika, Rjabov V.I.
3. Moderní měřicí elektrická zařízení, Zhuravlev A.
ELEKTRICKÁ MĚŘENÍ
měření elektrických veličin jako je napětí, odpor, proud, výkon. Měření se provádí pomocí různých prostředků - měřicích přístrojů, obvodů a speciálních zařízení. Typ měřicího zařízení závisí na druhu a velikosti (rozsahu hodnot) měřené hodnoty a také na požadované přesnosti měření. Základní jednotky SI používané v elektrických měřeních jsou volt (V), ohm (Ω), farad (F), henry (H), ampér (A) a sekunda (s).
NORMY JEDNOTEK ELEKTRICKÝCH VELIČIN
Elektrické měření je stanovení (pomocí experimentálních metod) hodnoty fyzikální veličiny vyjádřené v příslušných jednotkách (například 3 A, 4 V). Hodnoty jednotek elektrických veličin jsou stanoveny mezinárodní dohodou v souladu s fyzikálními zákony a jednotkami mechanických veličin. Protože „údržba“ jednotek elektrických veličin stanovených mezinárodními dohodami je zatížena obtížemi, jsou prezentovány jako „praktické“ normy jednotek elektrických veličin. Takové normy jsou podporovány státními metrologickými laboratořemi různé země. Například ve Spojených státech nese zákonnou odpovědnost za udržování norem pro jednotky elektrických veličin National Institute of Standards and Technology. Čas od času se provádějí experimenty, aby se objasnil soulad mezi hodnotami norem jednotek elektrických veličin a definicemi těchto jednotek. V roce 1990 podepsaly státní metrologické laboratoře průmyslových zemí dohodu o harmonizaci všech praktických norem jednotek elektrických veličin mezi sebou as mezinárodními definicemi jednotek těchto veličin. Elektrická měření se provádějí v souladu se státními normami pro jednotky napětí a stejnosměrného proudu, stejnosměrného odporu, indukčnosti a kapacity. Takové normy jsou zařízení, která mají stabilní elektrické vlastnosti, nebo instalace, ve kterých na základě určité fyzikální jev reprodukuje se elektrická veličina vypočítaná ze známých hodnot základních fyzikálních konstant. Normy wattů a watthodin nejsou podporovány, protože je vhodnější vypočítat hodnoty těchto jednotek pomocí definujících rovnic, které je vztahují k jednotkám jiných veličin. Viz také JEDNOTKY MĚŘENÍ FYZIKÁLNÍCH VELIČIN.
MĚŘICÍ PŘÍSTROJE
Elektrické měřicí přístroje měří nejčastěji okamžité hodnoty buď elektrických veličin, nebo neelektrických veličin převedených na elektrické. Všechna zařízení jsou rozdělena na analogová a digitální. Ty první obvykle ukazují hodnotu měřené veličiny pomocí šipky pohybující se po stupnici s dílky. Ty jsou vybaveny digitálním displejem, který zobrazuje naměřenou hodnotu ve formě čísla. Digitální měřiče jsou vhodnější pro většinu měření, protože jsou přesnější, snáze se odečítají a obecně jsou univerzálnější. Digitální multimetry ("multimetry") a digitální voltmetry se používají k měření stejnosměrného odporu, ale i střídavého napětí a proudu se střední až vysokou přesností. Analogové přístroje jsou postupně nahrazovány digitálními, i když se stále používají tam, kde je důležitá nízká cena a není potřeba vysoká přesnost. Pro co nejpřesnější měření odporu a impedance existují měřicí můstky a další specializované měřiče. Pro záznam průběhu změn měřené hodnoty v čase se používají záznamové přístroje - páskové zapisovače a elektronické osciloskopy, analogové i digitální.
DIGITÁLNÍ NÁSTROJE
Ve všech digitálních měřicí přístroje(kromě těch nejjednodušších) zesilovače a další elektronické součástky slouží k převodu vstupního signálu na napěťový signál, který je následně převeden do digitální podoby analogově-digitálním převodníkem (ADC). Číslo vyjadřující naměřenou hodnotu se zobrazuje na indikátoru (displeji) svítivé diodě (LED), vakuové zářivce nebo tekutých krystalech (LCD). Zařízení obvykle pracuje pod kontrolou vestavěného mikroprocesoru a jednoduchá zařízení Mikroprocesor je kombinován s ADC na jediném integrovaném obvodu. Digitální zařízení jsou vhodná pro práci při připojení k externímu počítači. U některých typů měření takový počítač přepíná měřicí funkce přístroje a dává povely přenosu dat pro jejich zpracování.
Analogově-digitální převodníky. Existují tři hlavní typy ADC: integrační, postupná aproximace a paralelní. Integrační ADC průměruje vstupní signál v průběhu času. Ze tří uvedených typů je tento nejpřesnější, i když nejpomalejší. Doba převodu integračního ADC se pohybuje od 0,001 do 50 s nebo více, chyba je 0,1-0,0003 %. Chyba postupné aproximace ADC je o něco větší (0,4-0,002 %), ale doba převodu je z ELEKTRICKÝCH MĚŘENÍ 10 μs na ELEKTRICKÁ MĚŘENÍ 1 ms. Paralelní ADC jsou nejrychlejší, ale také nejméně přesné: jejich doba převodu je asi 0,25 ns, chyba je od 0,4 do 2 %.
Metody diskretizace. Signál je vzorkován v čase rychlým měřením v jednotlivých bodech času a přidržením (uložením) naměřených hodnot, zatímco jsou převedeny do digitální podoby. Sekvenci získaných diskrétních hodnot lze zobrazit na displeji ve formě průběhu; umocněním těchto hodnot a sečtením můžete vypočítat střední kvadraturu signálu; lze je také použít k výpočtu doby náběhu, maximální hodnoty, časového průměru, frekvenčního spektra atd. Časové vzorkování lze provádět buď v průběhu jedné periody signálu ("reálný čas"), nebo (se sekvenčním nebo náhodným vzorkováním) v průběhu několika opakujících se period.
Digitální voltmetry a multimetry. Digitální voltmetry a multimetry měří kvazistatické hodnoty veličiny a indikují ji v digitální podobě. Voltmetry přímo měří pouze napětí, obvykle stejnosměrné, zatímco multimetry mohou měřit stejnosměrné a střídavé napětí, proud, stejnosměrný odpor a někdy i teplotu. Tyto nejběžnější testovací přístroje pro všeobecné použití s přesností měření v rozmezí od 0,2 do 0,001 % mohou mít 3,5 nebo 4,5 místný digitální displej. Znak "půl celého čísla" (číslice) je konvence indikující, že displej může zobrazovat čísla přesahující nominální počet znaků. Například 3,5místný (3,5místný) displej v rozsahu 1-2V může zobrazovat napětí až do 1,999V.
Měřiče impedance. Jedná se o specializované přístroje, které měří a zobrazují kapacitu kondenzátoru, odpor rezistoru, indukčnost induktoru nebo celkový odpor (impedanci) spojení kondenzátoru nebo induktoru s rezistorem. Přístroje tohoto typu jsou k dispozici pro měření kapacity od 0,00001 pF do 99,999 µF, odporu od 0,00001 ohmu do 99,999 kohm a indukčnosti od 0,0001 mH do 99,999 H. Měření lze provádět při frekvencích od 5 Hz do 0 0 MHz. nepokrývají celý frekvenční rozsah. Při frekvencích blízkých 1 kHz může být chyba až 0,02 %, ale přesnost klesá poblíž hranic frekvenčních rozsahů a naměřených hodnot. Většina přístrojů také dokáže zobrazit odvozené hodnoty, jako je činitel jakosti cívky nebo činitel ztráty kondenzátoru, vypočítané z hlavních naměřených hodnot.
ANALOGOVÁ ZAŘÍZENÍ
K měření napětí, proudu a odporu při stejnosměrném proudu, analogových magnetoelektrických zařízení s permanentní magnet a víceotáčkovou pohyblivou částí. Taková zařízení typu ukazovátka se vyznačují chybou 0,5 až 5 %. Jsou jednoduché a levné (například automobilové přístroje ukazující proud a teplotu), ale nepoužívají se tam, kde je vyžadována výrazná přesnost.
Magnetoelektrická zařízení. Taková zařízení využívají sílu interakce mezi magnetickým polem a proudem v závitech vinutí pohyblivé části, která má tendenci ji otáčet. Moment této síly je vyvážen momentem vytvořeným protilehlou pružinou, takže každá hodnota proudu odpovídá určité poloze šipky na stupnici. Pohyblivá část má tvar víceotáčkového drátěného rámu o rozměrech od 3-5 do 25-35 mm a je vyrobena co nejlehčí. Pohyblivá část, uložená na kamenných ložiskách nebo zavěšená na kovovém pásku, je umístěna mezi póly silného permanentního magnetu. Dvě spirálové pružiny, které vyrovnávají kroutící moment, slouží zároveň jako vodiče pro vinutí pohyblivé části. Magnetoelektrické zařízení reaguje na proud procházející vinutím jeho pohyblivé části, jedná se tedy o ampérmetr nebo přesněji miliampérmetr (protože horní hranice rozsahu měření nepřesahuje cca 50 mA). Může být přizpůsoben pro měření větších proudů připojením nízkoodporového bočníkového odporu paralelně k vinutí pohyblivé části, takže do vinutí pohyblivé části je rozvětven pouze malý zlomek celkového měřeného proudu. Takové zařízení je vhodné pro proudy měřené v mnoha tisících ampérů. Pokud připojíte další rezistor do série s vinutím, zařízení se změní na voltmetr. Úbytek napětí na takovém sériovém zapojení se rovná součinu odporu rezistoru a proudu, který zařízení ukazuje, takže jeho měřítko může být kalibrováno ve voltech. Chcete-li vyrobit ohmmetr z magnetoelektrického miliampérmetru, musíte k němu připojit sériově měřené odpory a na toto sériové zapojení přivést konstantní napětí, například z baterie. Proud v takovém obvodu nebude úměrný odporu, a proto je pro korekci nelinearity zapotřebí speciální stupnice. Pak bude možné přímo odečítat odpor na stupnici, i když ne s příliš vysokou přesností.
Galvanometry. Mezi magnetoelektrické přístroje patří také galvanometry - vysoce citlivé přístroje pro měření extrémně malých proudů. Galvanometry nemají ložiska, jejich pohyblivá část je zavěšena na tenké pásce nebo niti, je použito silnější magnetické pole a ručička je nahrazena zrcátkem nalepeným na závěsném závitu (obr. 1). Zrcadlo se otáčí spolu s pohyblivou částí a úhel jeho natočení se odhaduje podle posunutí světelné skvrny, kterou vrhá na stupnici instalované ve vzdálenosti asi 1 m. Nejcitlivější galvanometry jsou schopny udávat stejnou odchylku na 1 mm se změnou proudu pouze 0,00001 μA.
ZÁZNAMOVÉ ZAŘÍZENÍ
Záznamové přístroje zaznamenávají „historii“ změn hodnoty měřené veličiny. Mezi nejběžnější typy takových přístrojů patří páskové záznamníky, které zaznamenávají křivku změny hodnoty perem na papírovou pásku, analogové elektronické osciloskopy, které zobrazují křivku procesu na obrazovce katodové trubice, a digitální osciloskopy, které ukládají jednotlivé nebo zřídka opakované signály. Hlavním rozdílem mezi těmito zařízeními je rychlost záznamu. Páskové záznamníky se svými pohyblivými mechanickými částmi jsou nejvhodnější pro záznam signálů, které se mění v průběhu sekund, minut nebo i pomaleji. Elektronické osciloskopy jsou schopny zaznamenávat signály, které se v průběhu času mění z miliontin sekundy na několik sekund.
MĚŘICÍ MOSTKY
Měřicí můstek je obvykle čtyřramenný elektrický obvod složený z rezistorů, kondenzátorů a tlumivek, určený k určení poměru parametrů těchto součástek. K jednomu páru protilehlých pólů obvodu je připojen zdroj energie a ke druhému je připojen nulový detektor. Měřící můstky se používají pouze v případech, kdy je požadována nejvyšší přesnost měření. (Pro středně přesné měření je lepší používat digitální přístroje, protože se s nimi lépe manipuluje.) Nejlepší střídavé transformátorové měřicí můstky mají chybu (poměrové měření) řádově 0,0000001 %. Nejjednodušší můstek pro měření odporu je pojmenován po svém vynálezci Charlesi Wheatstoneovi.
Dvojitý DC měřicí můstek. Je obtížné připojit měděné dráty k rezistoru bez zavedení přechodového odporu v řádu 0,0001 ohmů nebo více. V případě odporu 1 Ohm takový proudový přívod zavádí chybu řádově pouze 0,01 %, ale pro odpor 0,001 Ohm bude chyba 10 %. Dvojitý měřicí můstek (Thomsonův můstek), jehož schéma je na Obr. 2, je určen k měření odporu malých referenčních rezistorů. Odpor takových čtyřpólových referenčních rezistorů je definován jako poměr napětí na jejich potenciálních svorkách (p1, p2 rezistoru Rs a p3, p4 rezistoru Rx na obr. 2) k proudu procházejícímu jejich proudovými svorkami (c1, c2 a c3, c4). Při této technice odpor spojovacích vodičů nevnáší chyby do výsledku měření požadovaného odporu. Dvě přídavná ramena ma n eliminují vliv propojovacího vodiče 1 mezi svorky c2 a c3. Odpory m a n těchto ramen jsou zvoleny tak, aby byla splněna rovnost M/m = N/n. Pak změnou odporu Rs se nevyváženost sníží na nulu a zjistí se Rx = Rs(N /M).
Střídavé měřicí můstky. Nejběžnější střídavé měřicí můstky jsou navrženy pro měření buď na frekvenci linky 50-60 Hz, nebo na zvukových frekvencích (obvykle kolem 1000 Hz); specializované měřicí můstky pracují na frekvencích do 100 MHz. U střídavých měřicích můstků se zpravidla místo dvou ramen, která přesně nastavují poměr napětí, používá transformátor. Výjimkou z tohoto pravidla je Maxwell-Wien měřicí můstek.
Maxwell - Wien měřicí můstek. Takový měřicí můstek umožňuje porovnávat etalony indukčnosti (L) s etalony kapacitní při pracovní frekvenci, která není přesně známa. Kapacitní etalony se používají při vysoce přesných měřeních, protože mají jednodušší konstrukci než etalony přesné indukčnosti, jsou kompaktnější, snáze se stíní a nevytvářejí prakticky žádná vnější elektromagnetická pole. Rovnovážné podmínky tohoto měřícího můstku jsou následující: Lx = R2R3C1 a Rx = (R2R3) / R1 (obr. 3). Můstek je vyvážený i v případě „nečistého“ napájení (tj. zdroj signálu obsahující harmonické základní frekvence), pokud je hodnota Lx nezávislá na frekvenci.
Měřicí můstek transformátoru. Jednou z výhod AC měřicích můstků je snadné nastavení přesného poměru napětí pomocí transformátoru. Na rozdíl od napěťových děličů vytvořených z rezistorů, kondenzátorů nebo induktorů udržují transformátory konstantní poměr napětí po dlouhou dobu a zřídka vyžadují rekalibraci. Na Obr. Obrázek 4 ukazuje schéma měřicího můstku transformátoru pro porovnání dvou impedancí stejného typu. Mezi nevýhody transformátorového měřicího můstku patří skutečnost, že transformátorem určený poměr závisí do určité míry na frekvenci signálu. To vede k nutnosti navrhovat transformátorové měřicí můstky pouze pro omezené frekvenční rozsahy, ve kterých je zaručena jmenovitá přesnost.
kde T je perioda signálu Y(t). Maximální hodnota Ymax je největší okamžitá hodnota signálu a průměrná absolutní hodnota YAA je absolutní hodnota zprůměrovaná v čase. Při sinusovém tvaru kmitání je Yeff = 0,707Ymax a YAA = 0,637Ymax.
Měření střídavého napětí a proudu. Téměř všechny přístroje pro měření střídavého napětí a proudu vykazují hodnotu, která se navrhuje považovat za efektivní hodnotu vstupního signálu. Levné přístroje však často skutečně měří průměrnou absolutní nebo maximální hodnotu signálu a kalibrují stupnici tak, aby naměřená hodnota odpovídala ekvivalentní efektivní hodnotě, za předpokladu, že vstupní signál je sinusový průběh. Nemělo by se přehlížet, že přesnost takových zařízení je extrémně nízká, pokud je signál nesinusový. Přístroje schopné měřit skutečnou efektivní hodnotu střídavých signálů mohou být založeny na jednom ze tří principů: elektronickém násobení, vzorkování signálu nebo tepelné konverzi. Zařízení založená na prvních dvou principech zpravidla reagují na napětí a tepelné elektrické měřicí přístroje - na proud. Při použití přídavných a bočníkových rezistorů mohou všechna zařízení měřit proud i napětí.
Elektronické násobení. Kvadrát a časové zprůměrování vstupního signálu do určité aproximace je prováděno elektronickými obvody se zesilovači a nelineárními prvky pro provádění matematických operací, jako je nalezení logaritmu a antilogaritmu analogových signálů. Zařízení tohoto typu mohou mít chybu řádově pouze 0,009 %.
Vzorkování signálu. Střídavý signál je převeden do digitální podoby pomocí vysokorychlostního ADC. Vzorkované hodnoty signálu jsou umocněny, sečteny a vyděleny počtem vzorkovaných hodnot v jedné periodě signálu. Chyba takových zařízení je 0,01-0,1%.
Tepelné elektrické měřicí přístroje. Nejvyšší přesnost měření efektivních hodnot napětí a proudu zajišťují tepelné elektrické měřicí přístroje. Používají tepelný proudový měnič v podobě malé vakuové skleněné nádobky s topným drátem (0,5-1 cm dlouhý), na jehož střední části je drobným korálkem připevněn termočlánkový horký spoj. Lišta zajišťuje tepelný kontakt a zároveň elektrickou izolaci. Se zvýšením teploty, přímo souvisejícím s efektivní hodnotou proudu v topném drátu, se na výstupu termočlánku objeví termo-EMF (stejnosměrné napětí). Takové převodníky jsou vhodné pro měření střídavého proudu s frekvencí od 20 Hz do 10 MHz. Na Obr. 5 znázorněno schéma zapojení tepelný elektrický měřicí přístroj se dvěma tepelnými měniči proudu vybranými podle parametrů. Při přivedení střídavého napětí Vac na vstup obvodu se na výstupu termočlánku převodníku TC1 objeví stejnosměrné napětí, zesilovač A vytvoří stejnosměrný proud v topném drátu převodníku TC2, při kterém termočlánek posledně jmenovaný produkuje stejné stejnosměrné napětí a konvenční zařízení na stejnosměrný proud měří výstupní proud.
Pomocí přídavného rezistoru lze popsaný proudový měřič převést na voltmetr. Protože tepelné elektroměry přímo měří proudy pouze od 2 do 500 mA, jsou pro měření vyšších proudů potřeba odporové bočníky.
Měření střídavého proudu a energie. Výkon spotřebovaný zátěží ve střídavém obvodu se rovná časově průměrnému součinu okamžitých hodnot napětí a zátěžového proudu. Pokud se napětí a proud mění sinusově (jak je tomu obvykle), pak výkon P může být reprezentován jako P = EI cosj, kde E a I jsou efektivní hodnoty napětí a proudu a j je fázový úhel ( úhel posunu) napěťových a proudových sinusoid . Pokud je napětí vyjádřeno ve voltech a proud v ampérech, výkon bude vyjádřen ve wattech. Násobič cosj, nazývaný účiník, charakterizuje stupeň synchronizace kolísání napětí a proudu. Z ekonomického hlediska je nejdůležitější elektrická veličina energie. Energie W je dána součinem výkonu a dobou jeho spotřeby. V matematické formě je to napsáno takto:
Pokud se čas (t1 - t2) měří v sekundách, napětí e - ve voltech a proud i - v ampérech, pak bude energie W vyjádřena ve wattsekundách, tzn. jouly (1 J = 1 Wh). Pokud se čas měří v hodinách, pak se energie měří ve watthodinách. V praxi je výhodnější vyjádřit elektřinu v kilowatthodinách (1 kW*h = 1000 Wh).
Časově sdílené elektroměry.Časově sdílené elektroměry využívají velmi unikátní, ale přesnou metodu měření elektrické energie. Toto zařízení má dva kanály. Jeden kanál je elektronický spínač, který propouští nebo nepropouští vstupní signál Y (nebo obrácený vstupní signál -Y) do dolní propusti. Stav klíče je řízen výstupním signálem druhého kanálu s poměrem časových intervalů "zavřeno"/"otevřeno" úměrné jeho vstupnímu signálu. Průměrný signál na výstupu filtru se rovná časovému průměru součinu dvou vstupních signálů. Pokud je jeden vstupní signál úměrný napětí zátěže a druhý je úměrný proudu zátěže, pak je výstupní napětí úměrné energii spotřebované zátěží. Chyba takových čítačů průmyslová výroba je 0,02 % při frekvencích do 3 kHz (laboratorně - asi jen 0,0001 % při 60 Hz). Jako vysoce přesné přístroje se používají jako standardní počítadla pro kontrolu pracovních měřicích přístrojů.
Vzorkovací wattmetry a elektroměry. Taková zařízení jsou založena na principu digitálního voltmetru, ale mají dva vstupní kanály, které paralelně vzorkují proudové a napěťové signály. Každá vzorková hodnota e(k), představující okamžité hodnoty napěťového signálu v době vzorkování, je vynásobena odpovídající vzorkovou hodnotou i(k) současně získaného aktuálního signálu. Časový průměr těchto produktů je výkon ve wattech:
Sčítačka, která akumuluje produkty diskrétních hodnot v průběhu času, dává celkovou elektřinu ve watthodinách. Chyba elektroměrů může být i 0,01 %.
Indukční elektroměry. Indukční měřič není nic jiného než střídavý elektromotor s nízkým výkonem se dvěma vinutími - proudovým vinutím a napěťovým vinutím. Vodivý kotouč umístěný mezi vinutími se otáčí vlivem točivého momentu úměrného spotřebované energii. Tento točivý moment je vyvážen proudy indukovanými v disku permanentním magnetem, takže rychlost otáčení disku je úměrná spotřebě energie. Počet otáček disku za danou dobu je úměrný celkové elektřině přijaté spotřebitelem za tuto dobu. Počet otáček disku počítá mechanické počítadlo, které ukazuje elektřinu v kilowatthodinách. Zařízení tohoto typu jsou široce používána jako domácí elektroměry. Jejich chyba je obvykle 0,5 %; Mají dlouhou životnost při všech přípustných úrovních proudu.
- měření elektrických veličin: elektrické napětí, elektrický odpor, proud, frekvence a fáze střídavého proudu, proudový výkon, elektrická energie, elektrický náboj, indukčnost, elektrická kapacita atd....... Velká sovětská encyklopedie
elektrická měření- - [V.A. Anglicko-ruský slovník ochrany relé] Témata ochrana relé EN elektrické měření měření elektřiny ... Technická příručka překladatele
E. měřící přístroje jsou přístroje a zařízení sloužící k měření E., jakož i magnetických veličin. Většina měření spočívá v určení proudu, napětí (potenciálního rozdílu) a množství elektřiny.… … Encyklopedický slovník F. Brockhaus a I.A. Ephron - soubor prvků a zařízení propojených určitým způsobem, které tvoří cestu pro průchod elektrický proud. Sekce teorie obvodů teoretická elektrotechnika, který pojednává o matematických metodách pro výpočet elektrických... ... Collierova encyklopedie
aerodynamická měření Encyklopedie "Letectví"
aerodynamická měření- Rýže. 1. aerodynamická měření proces empirického zjišťování hodnot fyzikálních veličin v aerodynamickém experimentu pomocí vhodných technických prostředků. Existují 2 typy I.A.: statické a dynamické. V…… Encyklopedie "Letectví"
Elektrický- 4. Elektrické normy pro navrhování sítí rozhlasového vysílání. M., Svyazizdat, 1961. 80 s.
