Eigenschaften von Instrumenten zur Messung elektrischer Größen. Arten und Methoden elektrischer Messungen Messung grundlegender elektrischer Eigenschaften

Objekte elektrische Messungen sind alle elektrischen und magnetischen Größen: Strom, Spannung, Leistung, Energie, magnetischer Fluss usw. Die Bestimmung der Werte dieser Größen ist notwendig, um den Betrieb aller elektrischen Geräte zu beurteilen, was die außerordentliche Bedeutung von Messungen in der Elektrotechnik bestimmt.

Elektrische Messgeräte werden auch häufig zur Messung nichtelektrischer Größen (Temperatur, Druck usw.) eingesetzt, die zu diesem Zweck in Proportionen zu diesen umgerechnet werden. elektrische Größen. Solche Messmethoden werden zusammenfassend als bezeichnet elektrische Messungen nichtelektrischer Größen. Der Einsatz elektrischer Messverfahren ermöglicht es, Instrumentenwerte relativ einfach über große Entfernungen zu übertragen (Telemetrie), Maschinen und Geräte zu steuern (automatische Steuerung), automatisch mathematische Operationen an gemessenen Größen durchzuführen und einfach den Fortschritt aufzuzeichnen (z. B. auf Band). von gesteuerten Prozessen usw. Daher sind elektrische Messungen bei der Automatisierung unterschiedlichster Produktionsprozesse erforderlich.

In der Sowjetunion schreitet die Entwicklung des Elektroinstrumentenbaus parallel zur Entwicklung der Elektrifizierung des Landes und besonders rasch nach dem Großen Vaterländischen Krieg voran. Die hohe Qualität der Geräte und die erforderliche Genauigkeit der eingesetzten Messgeräte werden durch die staatliche Überwachung aller Maßnahmen und Messgeräte gewährleistet.

12.2 Maßnahmen, Messgeräte und Messmethoden

Jede Messung physikalische Größe besteht darin, sie durch ein physikalisches Experiment mit dem Wert der entsprechenden physikalischen Größe als Einheit zu vergleichen. Im Allgemeinen benötigt man für einen solchen Vergleich der Messgröße mit einem Maß eine reale Reproduktion einer Maßeinheit Vergleichsgerät. Als Widerstandsmaß dient beispielsweise eine handelsübliche Widerstandsspule zusammen mit einem Vergleichsgerät – einer Messbrücke.

Wenn vorhanden, wird die Messung erheblich vereinfacht Direktlesegerät(auch Anzeigeinstrument genannt), das den numerischen Wert einer gemessenen Größe direkt auf einer Skala oder einem Zifferblatt anzeigt. Beispiele hierfür sind Amperemeter, Voltmeter, Wattmeter und Stromzähler. Beim Messen mit einem solchen Gerät ist kein Maß (z. B. eine Standard-Widerstandsspule) erforderlich, beim Kalibrieren der Skala dieses Geräts war jedoch ein Maß erforderlich. Vergleichsgeräte haben in der Regel eine höhere Genauigkeit und Empfindlichkeit, die Messung mit direkt ablesenden Geräten ist jedoch einfacher, schneller und kostengünstiger.

Abhängig davon, wie die Messergebnisse gewonnen werden, unterscheidet man zwischen direkten, indirekten und kumulierten Messungen.

Gibt das Messergebnis direkt den gewünschten Wert der untersuchten Größe an, dann zählt eine solche Messung zu den direkten, beispielsweise die Strommessung mit einem Amperemeter.

Muss die Messgröße auf der Grundlage direkter Messungen anderer physikalischer Größen ermittelt werden, mit denen die Messgröße in einem bestimmten Zusammenhang steht, wird die Messung als indirekt eingestuft. Eine indirekte Messung ist beispielsweise der Widerstand eines Elements eines Stromkreises, wenn die Spannung mit einem Voltmeter und der Strom mit einem Amperemeter gemessen werden.

Es ist zu beachten, dass bei der indirekten Messung die Genauigkeit im Vergleich zur Genauigkeit bei der direkten Messung aufgrund der Hinzufügung von Fehlern bei der direkten Messung der in den Berechnungsgleichungen enthaltenen Größen erheblich sinken kann.

In einigen Fällen wurde das endgültige Messergebnis aus den Ergebnissen mehrerer Gruppen direkter oder indirekter Messungen einzelner Größen abgeleitet und der untersuchte Wert hängt von den gemessenen Größen ab. Diese Messung wird aufgerufen kumulativ. Zu den kumulativen Messungen gehört beispielsweise die Bestimmung des Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands eines Materials auf der Grundlage von Messungen des Materialwiderstands bei verschiedenen Temperaturen. Kumulative Messungen sind typisch für Laborstudien.

Abhängig von der Art der Verwendung von Instrumenten und Messungen ist es üblich, die folgenden Hauptmessmethoden zu unterscheiden: Direktmessung, Nullpunktmessung und Differenzmessung.

Beim Benutzen Direkte Messmethode(oder direkte Ablesung) Die gemessene Größe wird durch bestimmt

direktes Ablesen des Messwertes eines Messgerätes oder direkter Vergleich mit einem Maß einer gegebenen physikalischen Größe (Strommessung mit einem Amperemeter, Längenmessung mit einem Messgerät). Die Obergrenze der Messgenauigkeit ist in diesem Fall die Genauigkeit des Messgerätes, die nicht sehr hoch sein kann.

Beim Messen Nullmethode Eine beispielhafte (bekannte) Größe (oder die Wirkung ihrer Wirkung) wird angepasst und ihr Wert wird mit dem Wert der gemessenen Größe (oder der Wirkung ihrer Wirkung) gleichgesetzt. Durch den Einsatz eines Messgerätes wird in diesem Fall lediglich Gleichheit erreicht. Das Gerät muss über eine hohe Empfindlichkeit verfügen, und das heißt Nullgerät oder Nullindikator. Magnetoelektrische Galvanometer werden üblicherweise als Nullgeräte für Gleichstrom (siehe § 12.7) und für Wechselstrom als elektronische Nullanzeiger verwendet. Die Messgenauigkeit der Nullpunktmethode ist sehr hoch und wird hauptsächlich durch die Genauigkeit der Referenzmessungen und die Empfindlichkeit der Nullpunktgeräte bestimmt. Zu den Nullmethoden elektrische Messungen Am wichtigsten sind Brücken und Entschädigungen.

Eine noch höhere Genauigkeit lässt sich mit erreichen Differentialmethoden Messungen. In diesen Fällen wird die gemessene Größe durch eine bekannte Größe ausgeglichen, der Messkreis wird jedoch nicht vollständig ins Gleichgewicht gebracht und die Differenz zwischen der gemessenen und der bekannten Größe wird durch direktes Ablesen gemessen. Mit Differentialmethoden werden zwei Größen verglichen, deren Werte sich kaum voneinander unterscheiden.

Messung ist der Prozess, bei dem der Wert einer physikalischen Größe mithilfe spezieller Methoden experimentell ermittelt wird technische Mittel. Elektrische Messgeräte werden häufig zur Überwachung des Betriebs elektrischer Anlagen, zur Überwachung ihres Zustands und ihrer Betriebsarten, zur Berücksichtigung des Verbrauchs und der Qualität elektrischer Energie sowie zur Reparatur und Einstellung elektrischer Geräte eingesetzt.

Elektro Messgeräte sind elektrische Messgeräte, die dazu bestimmt sind, Signale zu erzeugen, die in einem funktionalen Zusammenhang mit den gemessenen physikalischen Größen in einer für einen Beobachter oder ein automatisches Gerät verständlichen Form stehen.

Elektrische Messgeräte werden unterteilt in:

• nach der Art der Informationen, die über Instrumente zur Messung elektrischer (Strom, Spannung, Leistung usw.) und nichtelektrischer (Temperatur, Druck usw.) Größen erhalten werden;
• je nach Messmethode - für Direktauswertegeräte (Amperemeter, Voltmeter usw.) und Vergleichsgeräte (Messbrücken und Kompensatoren);
• nach der Art der Darstellung der gemessenen Informationen – analog und diskret (digital).

Die am weitesten verbreiteten analogen Geräte zur direkten Beurteilung werden nach folgenden Kriterien klassifiziert: Stromart (Gleich- oder Wechselstrom), Art der Messgröße (Strom, Spannung, Leistung, Phasenverschiebung), Funktionsprinzip (magnetoelektrisch, elektromagnetisch, elektro). - und Ferrodynamik), Genauigkeitsklasse und Betriebsbedingungen.

Um die Messgrenzen elektrischer Geräte, die mit Gleichstrom betrieben werden, zu erweitern, werden Shunts (für Strom) und zusätzliche Widerstände Rd (für Spannung) verwendet; auf Wechselstrom, Stromwandler (tt) und Spannungswandler (tn).

Instrumente zur Messung elektrischer Größen.

Die Spannungsmessung erfolgt mit einem Voltmeter (V), das direkt an die Klemmen des untersuchten Abschnitts des Stromkreises angeschlossen wird.

Die Strommessung erfolgt mit einem Amperemeter (A), das in Reihe mit den Elementen des untersuchten Stromkreises geschaltet ist.

Messung der Leistung (W) und Phasenverschiebung () in Schaltkreisen Wechselstrom erfolgt mit einem Wattmeter und einem Phasenmesser. Diese Geräte verfügen über zwei Wicklungen: eine Feststromwicklung, die in Reihe geschaltet ist, und eine Wechselspannungswicklung, die parallel geschaltet ist.

Frequenzmesser dienen zur Messung der Wechselstromfrequenz (f).

Zur Messung und Abrechnung elektrischer Energie – elektrische Energiezähler, die ähnlich wie Wattmeter an den Messkreis angeschlossen sind.

Die Hauptmerkmale elektrischer Messgeräte sind: Genauigkeit, Messwertschwankungen, Empfindlichkeit, Stromverbrauch, Messwerteinschwingzeit und Zuverlässigkeit.

Die Hauptbestandteile elektromechanischer Geräte sind der elektrische Messkreis und das Messwerk.

Der Messkreis des Gerätes ist ein Wandler und besteht aus verschiedene Verbindungen aktiver und reaktiver Widerstand und andere Elemente abhängig von der Art der Transformation. Der Messmechanismus wandelt elektromagnetische Energie in mechanische Energie um, die für die Winkelbewegung seines beweglichen Teils relativ zum stationären Teil erforderlich ist. Die Winkelbewegungen des Zeigers a stehen im funktionalen Zusammenhang mit dem Drehmoment und dem Gegenmoment des Geräts durch eine Transformationsgleichung der Form:

k ist die Designkonstante des Geräts;

Elektrische Größe, unter deren Einfluss der Pfeil des Geräts um einen Winkel abweicht

Basierend auf dieser Gleichung kann argumentiert werden, dass wenn:

1. Wenn Sie die Eingangsgröße
2. n=2, dann kann das Gerät sowohl mit Gleich- als auch mit Wechselstrom betrieben werden;
3. Wenn die Gleichung mehr als eine Größe enthält, können Sie eine beliebige Größe als Eingabe wählen und den Rest konstant lassen.
4. Werden zwei Größen eingegeben, dann kann das Gerät als Multiplikationswandler (Wattmeter, Zähler) oder Teilerwandler (Phasenmesser, Frequenzmesser) verwendet werden;
5. Bei zwei oder mehr Eingangswerten an einem nicht-sinusförmigen Strom hat das Gerät die Eigenschaft der Selektivität in dem Sinne, dass die Abweichung des beweglichen Teils durch den Wert nur einer Frequenz bestimmt wird.

Gemeinsame Elemente sind: ein Lesegerät, ein beweglicher Teil des Messwerks, Vorrichtungen zur Drehmomenterzeugung, Gegen- und Beruhigungsmomente.

Das Lesegerät verfügt über eine Skala und einen Zeiger. Der Abstand zwischen benachbarten Skalenstrichen wird als Teilung bezeichnet.

Der Instrumententeilungswert ist der Wert der Messgröße, der eine Auslenkung der Instrumentennadel um eine Teilung bewirkt und wird durch die Abhängigkeiten bestimmt:

Schuppen können gleichmäßig oder ungleichmäßig sein. Der Bereich zwischen dem Anfangs- und dem Endwert der Skala wird als Bereich der Instrumentenablesungen bezeichnet.

Die Messwerte elektrischer Messgeräte weichen etwas von den tatsächlichen Werten der Messgrößen ab. Dies wird durch Reibung im Messteil des Mechanismus, den Einfluss äußerer magnetischer und elektrischer Felder sowie Temperaturänderungen verursacht Umfeld usw. Die Differenz zwischen den gemessenen Ai- und tatsächlichen Ad-Werten der kontrollierten Größe wird als absoluter Messfehler bezeichnet:

Da der absolute Fehler keinen Aufschluss über den Grad der Messgenauigkeit gibt, wird der relative Fehler verwendet:

Da der tatsächliche Wert der Messgröße bei der Messung unbekannt ist, kann zur Bestimmung die Genauigkeitsklasse des Gerätes herangezogen werden.

Amperemeter, Voltmeter und Wattmeter werden in 8 Genauigkeitsklassen eingeteilt: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Die Zahl, die die Genauigkeitsklasse angibt, bestimmt den größten positiven oder negativen reduzierten Basisfehler, den ein bestimmtes Gerät aufweist. Bei einer Genauigkeitsklasse von 0,5 beträgt der angegebene Fehler beispielsweise ±0,5 %.

Technische Eigenschaften Amperemeter

Parametername	Amperemeter E47	Voltmeter E47
System	elektromagnetisch	elektromagnetisch
Informationsausgabemethode	analog	analog
Messbereich	0...3000 A	0...600 V
Installationsmethode	auf der Schirmplatte	auf der Schirmplatte
Umschaltmethode	<50 А- непосредственный, >100 A - über Stromwandler mit 5 A Sekundärstrom	Direkte
Genauigkeitsklasse	1,5	1,5
Grenze des zulässigen Grundfehlers von Instrumenten, %	±1,5	±1,5
Bemessungsbetriebsspannung, mehr nicht	400 V	600 V
Zulässige Langzeitüberlastung (nicht mehr als 2 Stunden)		120 % des Endwerts des Messbereichs
Durchschnittliche Zeit bis zum Ausfall, nicht weniger, h	65000	65000
Durchschnittliche Lebensdauer, nicht weniger, Jahre	8	8
Umgebungslufttemperatur, °C	20±5	20±5
Frequenz des Messwerts, Hz	45...65	45...65
Position der Montageebene	Vertikale	Vertikale
Abmessungen, mm	72x72x73,5 96x96x73,5	72x72x73,5 96x96x73,5

Elektrische Messgeräte (Amperemeter und Voltmeter) Serie E47

Wird in Niederspannungs-Komplettgeräten in der Verteilung verwendet elektrische Netzwerke Wohn-, Gewerbe- und Industrieanlagen.

E47-Amperemeter – analoge elektromagnetische elektrische Messgeräte – dienen zur Messung des Stroms in Wechselstromkreisen.

E47-Voltmeter – analoge elektromagnetische elektrische Messgeräte – dienen zur Messung der Spannung in Wechselstromkreisen.

Großer Messbereich: Amperemeter bis 3000 A, Voltmeter bis 600 V. Genauigkeitsklasse 1,5.

Amperemeter zur Messung von Strömen über 50 A werden über einen Stromwandler mit einem sekundären Nennbetriebsstrom von 5 A an den zu messenden Stromkreis angeschlossen.

Funktionsprinzip der Amperemeter und Voltmeter der E47-Serie

E47-Amperemeter und Voltmeter sind Geräte mit einem elektromagnetischen System. Sie bestehen aus einer runden Spule mit darin angeordneten beweglichen und stationären Kernen. Wenn Strom durch die Windungen der Spule fließt, entsteht ein Magnetfeld, das beide Kerne magnetisiert. Infolge.

Die gleichen Pole der Kerne stoßen sich gegenseitig ab und der bewegliche Kern dreht die Achse mit dem Pfeil. Zum Schutz davor negativer Einfluss Gegen äußere Magnetfelder sind Spule und Kerne durch eine Metallabschirmung geschützt.

Das Funktionsprinzip magnetoelektrischer Systemgeräte basiert auf der Wechselwirkung des Feldes Dauermagnet und Leiter mit Strom, und das elektromagnetische - beim Ziehen des Stahlkerns in eine stationäre Spule, wenn darin Strom fließt. Das elektrodynamische System besteht aus zwei Spulen. Eine der beweglichen Spulen ist auf einer Achse montiert und befindet sich im Inneren der stationären Spule.

Das Funktionsprinzip des Geräts, die Möglichkeit seines Betriebs unter bestimmten Bedingungen, die möglichen maximalen Fehler des Geräts können entsprechend ermittelt werden Symbole, auf dem Zifferblatt des Geräts aufgedruckt.

Zum Beispiel: (A) – Amperemeter; (~) – Wechselstrom im Bereich von 0 bis 50 A; () - vertikale Position, Genauigkeitsklasse 1,0 usw.

Strom- und Spannungsmesswandler verfügen über ferromagnetische Magnetkerne, auf denen sich die Primär- und Sekundärwicklungen befinden. Die Windungszahl der Sekundärwicklung ist immer größer als die der Primärwicklung.

Die Anschlüsse der Primärwicklung des Stromwandlers werden mit den Buchstaben L1 und L2 (Leitung) und die der Sekundärwicklungen mit I1 und I2 (Messung) bezeichnet. Gemäß den Sicherheitsvorschriften ist einer der Anschlüsse der Sekundärwicklung des Stromwandlers sowie des Spannungswandlers geerdet, was bei Isolationsschäden der Fall ist. Die Primärwicklung des Stromwandlers ist in Reihe mit dem Messobjekt geschaltet. Der Widerstand der Primärwicklung des Stromwandlers ist klein im Vergleich zum Verbraucherwiderstand. Die Sekundärwicklung ist mit dem Amperemeter und den Stromkreisen von Geräten (Wattmeter, Messgerät usw.) verbunden. Die Stromwicklungen von Wattmetern, Messgeräten und Relais sind für 5 A ausgelegt, Voltmeter, Spannungskreise von Wattmetern, Messgeräten und Relaiswicklungen sind für 100 V ausgelegt.

Der Widerstand des Amperemeters und die Stromkreise des Wattmeters sind klein, sodass der Stromwandler tatsächlich im Kurzschlussmodus arbeitet. Der Nennstrom der Sekundärwicklung beträgt 5A. Das Übersetzungsverhältnis eines Stromwandlers entspricht dem Verhältnis des Primärstroms zum Nennstrom der Sekundärwicklung und bei einem Spannungswandler dem Verhältnis der Primärspannung zum sekundären Nennstrom.

Der Widerstand der Voltmeter- und Spannungskreise von Messgeräten ist stets hoch und beträgt mindestens tausend Ohm. Der Spannungswandler arbeitet dabei im Ruhezustand.

Die Messwerte von Geräten, die über Strom- und Spannungswandler angeschlossen sind, müssen mit dem Übersetzungsverhältnis multipliziert werden.

TTI-Stromwandler

TTI-Stromwandler sind bestimmt: für den Einsatz in Strommesssystemen für Abrechnungen mit Verbrauchern; zur Verwendung in kommerziellen Strommesssystemen; zur Übertragung eines Messinformationssignals an Messgeräte oder Schutz- und Steuergeräte. Das Transformatorgehäuse ist nicht trennbar und mit einem Aufkleber versiegelt, was den Zugang zur Sekundärwicklung unmöglich macht. Die Anschlüsse der Sekundärwicklung sind mit einer transparenten Abdeckung abgedeckt, die die Sicherheit im Betrieb gewährleistet. Zudem ist der Deckel verschließbar. Dies ist besonders wichtig in Strommesskreisen, da es dazu beiträgt, unbefugten Zugriff auf die Anschlüsse der Sekundärwicklung zu verhindern.

Die eingebaute Sammelschiene aus verzinntem Kupfer der TTI-A-Modifikation ermöglicht den Anschluss von Kupfer- und Aluminiumleitern.

Nennspannung - 660 V; Nennnetzfrequenz - 50 Hz; Transformatorgenauigkeitsklasse 0,5 und 0,5S; Bemessungssekundärbetriebsstrom - 5A.

Technische Eigenschaften von TTI-Transformatoren

Transformatormodifikationen	Bemessungsprimärstrom des Transformators, A
TTI-A	5; 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 75; 80; 100; 120; 125; 150; 200; 250; 300; 400; 500; 600; 800; 1000
TTI-30	150; 200; 250; 300
TTI-40	300; 400; 500; 600
TTI-60	600; 750; 800; 1000
TTI-85	750; 800; 1000; 1200; 1500
TTI-100	1500; 1600; 2000; 2500; 3000
TTI-125	1500; 2000; 2500; 3000; 4000; 5000

Elektronische Analoggeräte sind eine Kombination aus verschiedenen elektronischen Wandlern und einem magnetoelektrischen Gerät und dienen der Messung elektrischer Größen. Sie verfügen über eine hohe Eingangsimpedanz (geringer Energieverbrauch vom Messobjekt) und eine hohe Empfindlichkeit. Wird für Messungen in Hoch- und Hochfrequenzschaltungen verwendet.

Das Funktionsprinzip digitaler Messgeräte basiert auf der Umwandlung des gemessenen Dauersignals in einen in digitaler Form angezeigten elektrischen Code. Die Vorteile liegen in geringen Messfehlern (0,1–0,01 %) in einem breiten Messsignalbereich und einer hohen Leistung von 2 bis 500 Messungen pro Sekunde. Zur Unterdrückung industrieller Störungen sind sie mit speziellen Filtern ausgestattet. Die Polarität wird automatisch ausgewählt und auf dem Lesegerät angezeigt. Enthält die Ausgabe an ein digitales Druckgerät. Sie dienen zur Messung von Spannung und Strom sowie passiven Parametern – Widerstand, Induktivität, Kapazität. Ermöglicht die Messung der Frequenz und ihrer Abweichung, des Zeitintervalls und der Anzahl der Impulse.

Widerstand, Kapazität und Induktivität sind die Hauptparameter elektrischer Schaltkreise, deren Messung in der Praxis häufig anzutreffen ist. Es gibt viele Methoden, sie zu messen, und der Instrumentenbau stellt zu diesem Zweck eine breite Palette von Messgeräten her. Die Wahl einer bestimmten Messmethode und eines Messgeräts hängt von der Art des zu messenden Parameters, seinem Wert, der erforderlichen Messgenauigkeit, den Eigenschaften des Messobjekts usw. ab. Beispielsweise erfolgt die Widerstandsmessung von Massivleitern üblicherweise direkt Strom, da das Gerät zur Messung in In diesem Fall ist es einfacher aufgebaut und billiger als ein ähnliches Gerät zur Messung von Wechselstrom. Messungen in Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit oder hohem Erdwiderstand werden jedoch nur bei Wechselstrom durchgeführt, da das Messergebnis bei Gleichstrom aufgrund des Einflusses elektrochemischer Prozesse große Fehler enthalten wird.

Grundlegende Methoden und Mittel zur Messung des Widerstands eines Stromkreises gegenüber Gleichstrom

Der in der Praxis gemessene Widerstandsbereich ist breit (von 10 8 bis 10 Ohm) und wird herkömmlicherweise nach Widerstandswerten in kleine (weniger als 10 Ohm), mittlere (von 10 bis 10 6 Ohm) und große ( über 10 6 Ohm), die jeweils ihre eigenen Eigenschaften zur Widerstandsmessung haben.

Der Widerstand ist ein Parameter, der nur beim Durchlaufen eines Stromkreises auftritt elektrischer Strom Daher werden Messungen bei laufendem Gerät durchgeführt oder es wird ein Messgerät mit eigener Stromquelle verwendet. Es muss darauf geachtet werden, dass der resultierende elektrische Wert nur den gemessenen Widerstand korrekt widerspiegelt und keine unnötigen Informationen enthält, die als Messfehler wahrgenommen werden. Betrachten wir unter diesem Gesichtspunkt die Besonderheiten der Messung kleiner und großer Widerstände.

Bei der Messung kleiner Widerstände, beispielsweise von Transformatorwicklungen oder kurzen Drähten, wird Strom durch den Widerstand geleitet und der Spannungsabfall am Widerstand gemessen. In Abb. 10.1 zeigt den Anschlussplan zur Widerstandsmessung K x kurzer Leiter. Letzterer wird an die Stromquelle angeschlossen ICH durch zwei Verbindungsleiter mit eigenem Widerstand Ich p. An der Verbindung dieser Leiter mit dem gemessenen Widerstand treten Übergangskontaktwiderstände /? j. Bedeutung Ich und hängt vom Material des Verbindungsleiters, seiner Länge und seinem Querschnitt ab, der Wert von /? k - auf der Fläche der berührenden Teile, deren Sauberkeit und Druckkraft. Also die Zahlenwerte Ich und und hängen von vielen Gründen ab und es ist schwierig, sie im Voraus zu bestimmen, aber sie können als ungefähre Schätzung angegeben werden. Wenn die Anschlussleiter kurzgeschlossen werden Kupferkabel mit einem Querschnitt von mehreren Quadratmillimetern

Reis. 10.1.

Dirigent

Meter, und die Kontaktwiderstände haben eine saubere und gut verdichtete Oberfläche, dann können wir für ungefähre Schätzungen greifen 2(Ich und + Ich k)* 0,01 Ohm.

Da die gemessene Spannung im Stromkreis von Abb. 10.1 kann verwendet werden 23 Uhr, ich 22 oder?/ 33 . Falls ausgewählt II p, dann spiegelt das Messergebnis den Gesamtwiderstand des Stromkreises zwischen den Klemmen 1-G wider:

Yats = ?/,//= Gift+ 2(L I + L K).

Hier stellt der zweite Term den Fehler dar, dessen relativer Wert 5 in Prozent gleich ist:

5 = ICH ~ Yah 100 = 2 KP + Yak 100.

k x*x

Bei der Messung kleiner Widerstände kann dieser Fehler groß sein. Wenn wir zum Beispiel nehmen 2(Ich und + Ich k)* 0,01 Ohm, a Ich x = 0,1 Ohm, dann 5 * 10 %. Fehler 5 verringert sich, wenn Sie auswählen Und 22:

ich bin 22 = und 22 /1 = I x + 2Ya K.

Dabei wird der Widerstand der Versorgungsleitungen aus dem Messergebnis ausgeschlossen, der Einfluss von Lc bleibt jedoch bestehen.

Das Messergebnis bleibt vollkommen frei von Einflüssen Ich p Und Ich soll wenn Sie ?/ 33 als gemessene Spannung wählen.

Schaltplan ICH In diesem Fall spricht man von Vierklemmen: Das erste Paar von 2-2-Zoll-Klemmen ist für die Stromzufuhr vorgesehen und wird als Stromklemmen bezeichnet, das zweite Paar von 3-3-Zoll-Klemmen dient zum Entfernen der Spannung vom gemessenen Widerstand und wird als Stromklemmen bezeichnet mögliche Klemmen.

Der Einsatz von Strom- und Potenzialklemmen bei der Messung kleiner Widerstände ist die wichtigste Technik, um den Einfluss von Anschlussdrähten und Übergangswiderständen auf das Messergebnis zu eliminieren.

Bei der Messung großer Widerstände, beispielsweise des Widerstands von Isolatoren, gehen sie folgendermaßen vor: An das Objekt wird eine Spannung angelegt, der resultierende Strom gemessen und daraus der Wert des gemessenen Widerstands beurteilt.

Bei der Prüfung von Dielektrika ist zu berücksichtigen, dass ihr elektrischer Widerstand von vielen Bedingungen abhängt – Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit, Leckage auf einer verschmutzten Oberfläche, Wert der Prüfspannung, Dauer ihrer Wirkung usw.

In der Praxis wird die Messung des Widerstands eines Stromkreises gegenüber Gleichstrom am häufigsten mit der Amperemeter- und Voltmeter-Methode, der Ratiometrie- oder Brückenmethode durchgeführt.

Amperemeter- und Voltmeter-Methode. Diese Methode basiert auf separaten Strommessungen ICH im Stromkreis der gemessene Widerstand K x und Spannung Und an seinen Klemmen und anschließende Berechnung des Wertes anhand der Messwerte von Messgeräten:

Ich x = u/i.

Normalerweise wird Strom / und Spannung mit einem Amperemeter gemessen Und - Voltmeter, das erklärt den Namen der Methode. Bei der Messung hochohmiger Widerstände, wie zum Beispiel des Isolationswiderstands, ist der Strom klein und wird mit einem Milliamperemeter, Mikroamperemeter oder Galvanometer gemessen. Bei der Messung niederohmiger Widerstände, beispielsweise eines Stücks Draht, fällt der Wert klein aus Und Zur Messung werden Millivoltmeter, Mikrovoltmeter oder Galvanometer verwendet. In all diesen Fällen behält die Messmethode jedoch ihren Namen – Amperemeter und Voltmeter. Mögliche Schaltungen zum Anschluss von Geräten sind in Abb. dargestellt. 10.2, a, b.

Reis. 10.2. Schaltungen zur Messung kleiner (A) und groß (B) Widerstand

Amperemeter- und Voltmeter-Methode

Der Vorteil der Methode liegt in der Einfachheit ihrer Durchführung, der Nachteil ist die relativ geringe Genauigkeit des Messergebnisses, die durch die Genauigkeitsklasse der verwendeten Messgeräte und den methodischen Fehler begrenzt wird. Letzteres ist auf den Einfluss der von den Messgeräten während des Messvorgangs aufgenommenen Leistung zurückzuführen, also auf den Endwert des Eigenwiderstands des Amperemeters Ich bin A und Voltmeter Ich bin du.

Lassen Sie uns den methodischen Fehler durch die Parameter der Schaltung ausdrücken.

Im Diagramm von Abb. 10.2, A Das Voltmeter zeigt den Spannungswert an den Klemmen an ICH, und das Amperemeter ist die Summe der Ströme 1 U +/. Daher das Messergebnis ICH, Die anhand der Instrumentenwerte berechneten Werte weichen davon ab ICH:

l_ und und ICH*

I + 1 Y und/I x + und ich 1 + Ich x/Ich y "

Relativer Messfehler in Prozent

• 1 + Ich x/Ich y

Hier gilt die ungefähre Gleichheit, seit wann richtige Organisation Das Experiment geht von der Erfüllung der Bedingung aus I y » I x.

Im Diagramm von Abb. 10.2, 6 Das Amperemeter zeigt den Stromwert im Stromkreis an ICH, und das Voltmeter ist die Summe der Spannungsabfälle Ich x und und Amperemeter und ein. Unter Berücksichtigung dessen können wir aus den Instrumentenwerten das Messergebnis berechnen:

+ Ich bin ein.

C + C l

Der relative Messfehler in Prozent beträgt in diesem Fall:

Aus den erhaltenen Ausdrücken für relative Fehler geht hervor, dass im Diagramm in Abb. 10.2, A Der methodische Fehler des Messergebnisses wird nur durch den Widerstand beeinflusst Ich habe; Um diesen Fehler zu reduzieren, ist es notwendig, den Zustand sicherzustellen Ich x « Ich y. Im Diagramm von Abb. 10.2, B Der methodische Fehler des Messergebnisses wird nur beeinflusst durch Ich bin ein; Die Reduzierung dieses Fehlers wird durch die Erfüllung der Bedingung erreicht I x » I A. Also wann praktischer Nutzen Als Regel kann diese Methode empfohlen werden: Kleine Widerstände sollten nach dem Diagramm in Abb. gemessen werden. 10.2, A Bei der Messung hoher Widerstände sollte der Schaltung in Abb. der Vorzug gegeben werden. 10.2, B.

Der methodische Fehler des Messergebnisses kann durch entsprechende Korrekturen beseitigt werden, hierfür ist jedoch die Kenntnis der Werte erforderlich Ich bin A Und Ich bin du. Wenn sie bekannt sind, ergibt sich aus dem Messergebnis gemäß dem Diagramm in Abb. 10.2, B Der Wert sollte abgezogen werden Ich bin ein; im Diagramm von Abb. 10.2, A Das Messergebnis spiegelt die Parallelschaltung von Widerständen wider ICH Und Ich bin daher die Bedeutung ICH nach der Formel berechnet

Wenn um diese Methode Wenn Sie eine Stromquelle mit einer zuvor bekannten Spannung verwenden, ist es nicht erforderlich, die Spannung mit einem Voltmeter zu messen, und die Skala des Amperemeters kann sofort auf die Werte des gemessenen Widerstands kalibriert werden. Der Betrieb vieler von der Industrie hergestellter Modelle direkt messender Ohmmeter basiert auf diesem Prinzip. Ein vereinfachtes Schaltbild eines solchen Ohmmeters ist in Abb. dargestellt. 10.3. Die Schaltung enthält eine EMF-Quelle, einen zusätzlichen Widerstand ICH und ein Amperemeter (normalerweise ein Mikroamperemeter) A. Beim Anschließen des gemessenen Widerstands an die Klemmen des Stromkreises ICH Strom entsteht im Stromkreis ICH, unter dessen Einfluss sich der bewegliche Teil des Amperemeters um einen Winkel a dreht und sein Zeiger um abweicht A Skaleneinteilung:

MIT/ Ich bin ein + Ich bin A + ICH

Wo MIT, - Teilungspreis (Konstante) des Amperemeters; Ich A - Amperemeter-Widerstand.

Reis. 10.3. Schematische Darstellung eines Ohmmeters mit Reihenschaltung

gemessener Widerstand

Wie aus dieser Formel ersichtlich ist, ist die Skala des Ohmmeters nichtlinear und die Stabilität der Kalibrierungskennlinie erfordert die Sicherstellung der Stabilität aller in der Gleichung enthaltenen Größen. Mittlerweile ist die Stromquelle in Geräten dieser Art meist in Form einer trockenen galvanischen Zelle implementiert, deren EMK beim Entladen abnimmt. Eine Korrektur der Änderung ist, wie aus der Gleichung ersichtlich, durch entsprechende Anpassung möglich MIT" oder Ich bin. In einigen Ohmmetern MIT, geregelt durch Änderung der Induktion im Spalt des Magnetsystems des Amperemeters mithilfe eines magnetischen Shunts.

In diesem Fall bleibt die Konstanz der Beziehung erhalten ё/С, und die Kalibrierungseigenschaft des Geräts behält unabhängig vom Wert seinen Wert e. Einstellung MIT, erfolgt wie folgt: die Klemmen des Geräts, an das es angeschlossen ist K x, kurzgeschlossen (I x = 0) und stellen Sie durch Anpassen der Position des magnetischen Shunts sicher, dass der Zeiger des Amperemeters auf die Nullmarkierung der Skala eingestellt ist; Letzterer befindet sich am äußersten rechten Punkt der Skala. Damit ist die Einstellung abgeschlossen und das Gerät ist bereit zur Widerstandsmessung.

Bei kombinierten Geräten erfolgt die Ampere-Voltmeter-Einstellung MIT, ist nicht akzeptabel, da dies zu einer Verletzung der Kalibrierung des Geräts im Strom- und Spannungsmessmodus führt. Daher ist bei solchen Geräten die Korrektur für Änderungen der EMF erforderlich e wird durch Einstellen des Widerstands eines variablen Zusatzwiderstands eingeführt. Der Einstellvorgang ist der gleiche wie bei Geräten mit magnetischer Induktion im Arbeitsspalt, gesteuert durch einen magnetischen Shunt. In diesem Fall verändert sich die Kalibriercharakteristik des Gerätes, was zu weiteren methodischen Fehlern führt. Allerdings werden die Schaltungsparameter so gewählt, dass der angezeigte Fehler gering ist.

Eine andere Möglichkeit, den gemessenen Widerstand anzuschließen, ist möglich – nicht in Reihe mit dem Amperemeter, sondern parallel dazu (Abb. 10.4). Abhängigkeit zwischen ICH und der Auslenkungswinkel des beweglichen Teils ist in diesem Fall ebenfalls nichtlinear, allerdings befindet sich die Nullmarke auf der Skala links und nicht rechts, wie es bei der Vorgängerversion der Fall war. Diese Art der Verbindung des gemessenen Widerstands wird bei der Messung kleiner Widerstände verwendet, da Sie so den Stromverbrauch begrenzen können.

Elektronisches Ohmmeter kann auf Basis eines Verstärkers umgesetzt werden Gleichstrom mit hoher Verstärkung, auf-

Reis. 10.4.

gemessener Widerstand

B. an einem Operationsverstärker (Op-Amp). Das Diagramm eines solchen Geräts ist in Abb. dargestellt. 10.5. Sein Hauptvorteil ist die Linearität der Skala zum Ablesen der Messergebnisse. Der Operationsverstärker unterliegt einer negativen Rückkopplung durch den gemessenen Widerstand ICH, Eine stabilisierte Versorgungsspannung?/0 wird über einen Hilfswiderstand/? an den Verstärkereingang angelegt und an den Ausgang ist ein Voltmeter angeschlossen RU Bei einer großen Eigenverstärkung des Operationsverstärkers, niedrigem Ausgang und hohen Eingangswiderständen beträgt die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers:

und für gegebene Werte und 0 und /? kann die Skala des Messgeräts in Widerstandseinheiten kalibriert werden, um den Wert abzulesen K x, Darüber hinaus ist sie innerhalb des Spannungsänderungsbereichs von 0 bis ?/out max – der maximalen Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers – linear.

Reis. 10.5. Elektronisches Ohmmeter

Aus Formel (10.1) geht hervor, dass der Maximalwert des gemessenen Widerstands beträgt:

", t „ =- ",%="? 00.2)

Um die Messgrenzen zu ändern, schalten Sie die Werte des Widerstandswiderstands /? oder der Spannung?/ 0 um.

Bei der Messung niederohmiger Widerstände können Sie die Mess- und Hilfswiderstände im Stromkreis vertauschen. Dann ist die Ausgangsspannung umgekehrt proportional zum Wert ICH:

und wx = - und 0 ^. (10.3)

Es ist zu beachten, dass diese Verbindungsmethode keine Messung niederohmiger Widerstände von weniger als einigen zehn Ohm zulässt, da sich herausstellt, dass der Innenwiderstand der Referenzspannungsquelle, der sich auf Bruchteile oder Einheiten von Ohm beläuft, in Reihe geschaltet ist den gemessenen Widerstand und führt zu einem erheblichen Fehler in den Messungen. Darüber hinaus geht in diesem Fall der Hauptvorteil des Geräts verloren – die Linearität des gemessenen Widerstandswerts und die Nullpunktverschiebung und der Eingangsstrom des Verstärkers können zu erheblichen Fehlern führen

Betrachten wir eine spezielle Schaltung zur Messung niedriger Widerstände, die diese Nachteile nicht aufweist (Abb. 10.6). Messwiderstand ICH zusammen mit Widerstand Ich 3 Bildet einen Spannungsteiler am Eingang des Operationsverstärkers. Die Spannung am Ausgang der Schaltung ist in diesem Fall gleich:

Reis. 10.6.

Wenn Sie auswählen " ICH, dann wird der Ausdruck vereinfacht und die Instrumentenskala wird in Bezug auf linear sein ICH:

Mit einem elektronischen Ohmmeter können Sie keine Reaktanz messen, da die Einbeziehung der gemessenen Induktivität bzw

Durch die Einspeisung von Kapazität in den Schaltkreis werden die Phasenbeziehungen im Rückkopplungsschaltkreis des Operationsverstärkers verändert und die Formeln (10.1)–(10.4) werden falsch. Darüber hinaus kann der Operationsverstärker an Stabilität verlieren und es kommt zu Stromerzeugung im Schaltkreis.

Ratiometrische Methode. Diese Methode basiert auf der Messung des Verhältnisses zweier Ströme /, und /2, von denen einer durch einen Stromkreis mit gemessenem Widerstand und der andere durch einen Stromkreis fließt, dessen Widerstand bekannt ist. Beide Ströme werden von einer Spannungsquelle erzeugt, sodass deren Instabilität praktisch keinen Einfluss auf die Genauigkeit des Messergebnisses hat. Das schematische Diagramm eines Ohmmeters basierend auf einem Ratiometer ist in Abb. dargestellt. 10.7. Die Schaltung enthält einen Messmechanismus auf Basis eines Ratiometers, einem magnetoelektrischen System mit zwei Rahmen, von denen einer bei Stromfluss ein Ablenkdrehmoment und der andere ein Rückstelldrehmoment erzeugt. Der gemessene Widerstand kann in Reihe geschaltet werden (Abb. 10.7, A) oder parallel (Abb. 10.7, B) relativ zum Rahmen des Messwerks.

Reis. 10.7. Ohmmeter-Schaltungen basierend auf einem Ratiometer zur Messung großer (A)

und Klein (B) Widerstand

Bei der Messung mittlerer und hoher Widerstände wird eine serielle Verbindung verwendet, bei der Messung kleiner Widerstände wird eine parallele Verbindung verwendet. Betrachten wir die Funktionsweise eines Ohmmeters am Beispiel der Schaltung in Abb. 10.7, A. Wenn wir den Widerstand der Wicklungen der Ratiometerrahmen vernachlässigen, hängt der Drehwinkel des beweglichen Teils a nur vom Widerstandsverhältnis ab: wobei / und /2 die Ströme durch die Ratiometerrahmen sind; Ich 0 - Widerstand der Ratiometerrahmen; /?, - bekannter Widerstand; ICH - gemessener Widerstand.

Der Widerstandswiderstand /? legt den Widerstandsbereich fest, der mit einem Ohmmeter gemessen wird. Die Versorgungsspannung des Ratiometers beeinflusst die Empfindlichkeit seines Messmechanismus gegenüber Änderungen des gemessenen Widerstands und sollte nicht niedriger sein als ein bestimmtes Niveau. Typischerweise wird die Versorgungsspannung von Ratiometern mit einem gewissen Spielraum eingestellt, damit mögliche Schwankungen die Genauigkeit des Messergebnisses nicht beeinträchtigen.

Die Wahl der Versorgungsspannung und die Art ihrer Gewinnung hängen vom Verwendungszweck des Ohmmeters und dem Bereich der gemessenen Widerstände ab: Bei der Messung kleiner und mittlerer Widerstände werden Trockenbatterien, Akkumulatoren oder Netzteile aus einem Industrienetz verwendet, bei der Messung hoher Widerstände - Spezialgeneratoren mit Spannungen von 100, 500, 1000 V und mehr.

Die ratiometrische Methode wird in den Megaohmmetern ES0202/1G und ES0202/2G mit einem internen elektromechanischen Spannungsgenerator verwendet. Sie werden zur Messung großer (10..10 9 Ohm) elektrischer Widerstände, zur Messung des Isolationswiderstands von elektrischen Leitungen, Kabeln, Anschlüssen, Transformatoren, Wicklungen elektrischer Maschinen und anderer Geräte sowie zur Messung von Oberflächen- und Volumenwiderständen verwendet Isoliermaterialien.

Bei der Messung des elektrischen Isolationswiderstands mit einem Megaohmmeter sollten die Temperatur und Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft berücksichtigt werden, deren Wert mögliche unkontrollierte Stromlecks bestimmt.

Digitale Ohmmeter werden in Forschungs-, Prüf- und Reparaturlaboren sowie in Industriebetrieben eingesetzt, die Widerstände herstellen, also dort, wo eine erhöhte Messgenauigkeit erforderlich ist. Diese Ohmmeter bieten manuelle, automatische und Fernbedienung Messbereiche. Informationen über den Messbereich und den numerischen Wert des Messwerts werden im parallelen binären Dezimalcode angezeigt.

Das Blockdiagramm des Ohmmeters Shch306-2 ist in Abb. dargestellt. 10.8. Das Ohmmeter enthält einen Konvertierungsblock/Anzeigeblock 10, Steuerblock 9, Netzteil, Mikrocomputer 4 und der Ergebnisausgabeblock 11.

Reis. 10.8. Blockschaltbild des Ohmmeters Typ Shch306-2

Der Konvertierungsblock enthält einen Eingangsskalierer 2, einen Integrator 8 und Steuergerät 3. Der Messwiderstand 7 ist mit dem Rückkopplungskreis des Operationsverstärkers verbunden. Abhängig vom Messzyklus wird ein dem Messbereich entsprechender Strom durch den zu messenden Widerstand geleitet, einschließlich eines zusätzlichen Stroms, der durch die Nullpunktverschiebung der Operationsverstärker verursacht wird. Vom Ausgang des Skalenwandlers wird die Spannung dem Eingang des Integrators zugeführt, der nach dem Prinzip der Mehrzyklusintegration mit Messung des Entladestroms erfolgt.

Der Steueralgorithmus gewährleistet den Betrieb eines Großkonverters und Integrators sowie die Kommunikation mit einem Mikrocomputer.

In der Steuereinheit werden Zeitintervalle mit Taktimpulsen gefüllt, die dann an den Eingängen von vier Zählern mit hohen und niedrigen Stellen ankommen. Die an den Ausgängen der Zähler empfangenen Informationen werden in den Arbeitsspeicher (RAM) des Mikrocomputers eingelesen.

Abrufen von Informationen vom Steuergerät über das Messergebnis und den Betriebsmodus des Ohmmeters, Verarbeiten und Bringen der Daten in die für die Anzeige erforderliche Form, mathematische Verarbeitung des Ergebnisses, Ausgeben von Daten an den Hilfs-RAM des Steuergeräts, Steuern des Betriebs von Dem Mikroprozessor sind das Ohmmeter und weitere Funktionen zugeordnet 5, befindet sich in der Mikrocomputereinheit. Stabilisatoren befinden sich im selben Block 6 zur Stromversorgung von Ohmmeter-Geräten.

Das Ohmmeter ist auf Mikroschaltungen mit hohem Integrationsgrad aufgebaut.

Technische Eigenschaften

Messbereich 10L..10 9 Ohm. Genauigkeitsklasse für Messgrenzen: 0,01/0,002 für 100 Ohm; 0,005/0,001 für 1,10, 100 kOhm; 0,005/0,002 für 1 MOhm; 0,01/0,005 für 10 MΩ; 0,2/0,04 für 100 MOhm; 0,5/0,1 für 1 GOM (der Zähler zeigt die Werte im Modus ohne Datenakkumulation, der Nenner zeigt die Werte mit Akkumulation).

Anzahl der Dezimalstellen: 4,5 in Bereichen mit einer Obergrenze von 100 MΩ, 1 GΩ; 5,5 in anderen Bereichen im Modus ohne Summierung, 6,5 im Modus mit Summierung.

Tragbare Digitalmultimeter, zum Beispiel die M83-Serie produziert Labyrinthe/ich können als Ohmmeter der Genauigkeitsklasse 1,0 oder 2,5 verwendet werden.

Im Studium der Elektrotechnik muss man sich mit elektrischen, magnetischen und mechanischen Größen auseinandersetzen und diese Größen messen.

Eine elektrische, magnetische oder eine andere Größe zu messen bedeutet, sie mit einer anderen homogenen Größe als Einheit zu vergleichen.

In diesem Artikel wird die Klassifizierung der Messungen besprochen, die für am wichtigsten sind. Diese Klassifizierung umfasst die Klassifizierung von Messungen aus methodischer Sicht, d.h. abhängig von den allgemeinen Techniken zur Gewinnung von Messergebnissen (Arten oder Klassen von Messungen), die Klassifizierung von Messungen abhängig von der Verwendung von Prinzipien und Messgeräten (Messmethoden) und die Klassifizierung von Messungen in Abhängigkeit von der Dynamik der Messgrößen.

Arten elektrischer Messungen

Abhängig von den allgemeinen Methoden zur Ergebnisgewinnung werden Messungen in die folgenden Typen unterteilt: direkte, indirekte und gemeinsame Messungen.

Auf dem Weg zu direkten Messungen Dazu gehören diejenigen, deren Ergebnisse direkt aus experimentellen Daten gewonnen werden. Die direkte Messung kann bedingt durch die Formel Y = X ausgedrückt werden, wobei Y der gewünschte Wert der gemessenen Größe ist; X ist ein Wert, der direkt aus experimentellen Daten erhalten wird. Diese Art der Messung umfasst Messungen verschiedener physikalischer Größen mit Instrumenten, die in festgelegten Einheiten kalibriert sind.

Beispielsweise die Messung von Strom mit einem Amperemeter, Temperatur mit einem Thermometer usw. Zu dieser Art der Messung zählen auch Messungen, bei denen der gewünschte Wert einer Größe durch direkten Vergleich mit dem Maß ermittelt wird. Die verwendeten Mittel und die Einfachheit (oder Komplexität) des Experiments werden bei der Einstufung einer Messung als direkt nicht berücksichtigt.

Unter indirekter Messung versteht man eine Messung, bei der der gewünschte Wert einer Größe auf der Grundlage einer bekannten Beziehung zwischen dieser Größe und den direkt gemessenen Größen ermittelt wird. Bei indirekten Messungen wird der Zahlenwert des Messwerts durch Berechnung nach der Formel Y = F(Xl, X2 ... Xn) ermittelt, wobei Y der gewünschte Wert des Messwerts ist; X1, X2, Xn – Werte der gemessenen Größen. Als Beispiel für indirekte Messungen können wir die Messung der Leistung in Gleichstromkreisen mit einem Amperemeter und einem Voltmeter nennen.

Gemeinsame Messungen werden solche genannt, bei denen die gewünschten Werte entgegengesetzter Größen durch Lösen eines Gleichungssystems ermittelt werden, das die Werte der gesuchten Größen mit direkt gemessenen Größen verbindet. Ein Beispiel für gemeinsame Messungen ist die Bestimmung der Koeffizienten in der Formel, die den Widerstand eines Widerstands mit seiner Temperatur in Beziehung setzt: Rt = R20

Elektrische Messmethoden

Abhängig von der Reihe von Techniken zur Verwendung der Messprinzipien und -mittel werden alle Methoden in die direkte Bewertungsmethode und die Vergleichsmethoden unterteilt.

Wesen direkte Bewertungsmethode liegt darin, dass der Wert der Messgröße anhand der Messwerte eines (direkte Messung) oder mehrerer (indirekte Messung) Messgeräte beurteilt wird, die in Einheiten der Messgröße oder in Einheiten anderer Größen, auf denen die Messgröße basiert, vorkalibriert sind kommt darauf an.

Das einfachste Beispiel einer direkten Bewertungsmethode ist die Messung einer Größe mit einem Gerät, dessen Skala in entsprechende Einheiten unterteilt ist.

Die zweite große Gruppe elektrischer Messverfahren ist unter der allgemeinen Bezeichnung zusammengefasst Vergleichsmethoden. Hierzu zählen alle Verfahren der elektrischen Messung, bei denen der Messwert mit dem durch die Messung wiedergegebenen Wert verglichen wird. Auf diese Weise, Besonderheit Vergleichsmethoden ist die direkte Beteiligung von Maßen am Messprozess.

Vergleichsmethoden werden wie folgt unterteilt: Null, Differential, Substitution und Zufall.

Die Nullmethode ist eine Methode zum Vergleich eines Messwerts mit einem Maß, bei der der resultierende Effekt des Einflusses von Werten auf den Indikator auf Null gebracht wird. Wenn also das Gleichgewicht erreicht ist, wird das Verschwinden eines bestimmten Phänomens beobachtet, beispielsweise des Stroms in einem Abschnitt des Stromkreises oder der Spannung darauf, was mit Geräten, die diesem Zweck dienen – Nullindikatoren – aufgezeichnet werden kann. Aufgrund der hohen Empfindlichkeit von Nullindikatoren und auch der Tatsache, dass Messungen mit großer Genauigkeit durchgeführt werden können, wird eine höhere Messgenauigkeit erreicht.

Ein Beispiel für die Anwendung der Nullpunktmethode wäre die Messung des elektrischen Widerstands einer Brücke mit vollständigem Abgleich.

Bei Differentialmethode sowie mit Null wird die gemessene Größe direkt oder indirekt mit dem Maß verglichen und der Wert der gemessenen Größe als Ergebnis des Vergleichs anhand der Differenz der gleichzeitig erzeugten Wirkungen dieser Größen und des reproduzierten bekannten Wertes beurteilt nach Maß. Somit kommt es bei der Differenzmethode zu einem unvollständigen Messwertabgleich, der den Unterschied zwischen der Differenzmethode und der Nullmethode ausmacht.

Die Differentialmethode kombiniert einige Merkmale der direkten Bewertungsmethode und einige Merkmale der Nullmethode. Es kann ein sehr genaues Messergebnis liefern, wenn nur die Messgröße und das Maß nur wenig voneinander abweichen.

Wenn beispielsweise die Differenz zwischen diesen beiden Größen 1 % beträgt und mit einem Fehler von bis zu 1 % gemessen wird, reduziert sich der Fehler bei der Messung der gewünschten Größe auf 0,01 %, wenn der Fehler der Messung nicht berücksichtigt wird . Ein Beispiel für die Anwendung der Differentialmethode ist die Messung der Differenz zweier Spannungen mit einem Voltmeter, von denen die eine mit großer Genauigkeit bekannt ist und die andere der gewünschte Wert ist.

Substitutionsmethode besteht darin, abwechselnd die gewünschte Größe mit einem Gerät zu messen und mit demselben Gerät ein Maß zu messen, das eine homogene Größe mit der gemessenen Größe wiedergibt. Basierend auf den Ergebnissen zweier Messungen kann der gewünschte Wert berechnet werden. Dies liegt daran, dass beide Messungen mit demselben Instrument im selben Gerät durchgeführt werden äußere Bedingungen, und der gewünschte Wert wird durch das Verhältnis der Instrumentenablesungen bestimmt, der Fehler des Messergebnisses wird deutlich reduziert. Da der Instrumentenfehler an verschiedenen Punkten der Skala in der Regel nicht gleich ist, wird die größte Messgenauigkeit bei gleichen Instrumentenablesungen erreicht.

Ein Beispiel für die Anwendung der Substitutionsmethode wäre die Messung eines relativ großen Widerstands durch abwechselndes Messen des Stroms, der durch einen gesteuerten Widerstand und einen Referenzwiderstand fließt. Der Stromkreis muss während der Messungen von derselben Stromquelle gespeist werden. Der Widerstand der Stromquelle und des Geräts, das den Strom misst, muss im Vergleich zu den variablen und Referenzwiderständen sehr klein sein.

Match-Methode ist eine Methode, bei der die Differenz zwischen dem Messwert und dem durch die Messung wiedergegebenen Wert anhand des Zusammentreffens von Skalenstrichen oder periodischen Signalen gemessen wird. Diese Methode wird häufig in der Praxis nichtelektrischer Messungen eingesetzt.

Ein Beispiel ist die Längenmessung. Ein Beispiel für elektrische Messungen ist die Messung der Rotationsgeschwindigkeit eines Körpers mit einem Blitzlicht.

Lassen Sie uns auch angeben Klassifizierung von Messungen anhand zeitlicher Änderungen des Messwerts. Je nachdem, ob sich die Messgröße im Laufe der Zeit ändert oder während des Messvorgangs unverändert bleibt, unterscheidet man statische und dynamische Messungen. Statische Messungen sind Messungen konstanter oder stetiger Werte. Dazu gehören Messungen von Effektiv- und Amplitudenwerten von Größen, jedoch im stationären Zustand.

Werden Momentanwerte zeitlich veränderlicher Größen gemessen, so nennt man die Messungen dynamisch. Wenn Sie bei dynamischen Messungen mit Messgeräten die Werte der Messgröße kontinuierlich überwachen können, werden solche Messungen als kontinuierlich bezeichnet.

Es ist möglich, eine Größe zu messen, indem man ihre Werte zu bestimmten Zeitpunkten t1, t2 usw. misst. Dadurch sind nicht alle Werte der gemessenen Größe bekannt, sondern nur die Werte zu ausgewählten Zeitpunkten. Solche Messungen werden als diskret bezeichnet.

Zu den elektrischen Messungen gehören Messungen physikalischer Größen wie Spannung, Widerstand, Strom und Leistung. Messungen werden mit durchgeführt verschiedene Bedeutungen– Messgeräte, Schaltkreise und Spezialgeräte. Die Art des Messgerätes hängt von der Art und Größe (Wertebereich) des Messwertes sowie von der geforderten Messgenauigkeit ab. Die grundlegenden SI-Einheiten für elektrische Messungen sind Volt (V), Ohm (Ω), Farad (F), Henry (H), Ampere (A) und Sekunde (s).

Elektrische Messung ist die Bestimmung (mit experimentellen Methoden) des Wertes einer physikalischen Größe, ausgedrückt in geeigneten Einheiten.

Die Werte der Einheiten elektrischer Größen werden durch internationale Vereinbarungen gemäß den Gesetzen der Physik bestimmt. Da die „Aufrechterhaltung“ der durch internationale Abkommen festgelegten Einheiten elektrischer Größen mit Schwierigkeiten verbunden ist, werden sie als „praktische“ Standards für Einheiten elektrischer Größen dargestellt.

Standards werden von staatlichen metrologischen Laboratorien unterstützt verschiedene Länder. Von Zeit zu Zeit werden Experimente durchgeführt, um die Übereinstimmung zwischen den Werten der Standards der Einheiten elektrischer Größen und den Definitionen dieser Einheiten zu klären. Im Jahr 1990 unterzeichneten die staatlichen Metrologielabore der Industrieländer eine Vereinbarung zur Harmonisierung aller praktischen Standards für Einheiten elektrischer Größen untereinander und mit internationalen Definitionen von Einheiten dieser Größen.

Elektrische Messungen werden gemäß den staatlichen Normen für Spannungs- und Gleichstromeinheiten, Gleichstromwiderstand, Induktivität und Kapazität durchgeführt. Bei solchen Standards handelt es sich um Geräte mit stabilen elektrischen Eigenschaften oder um Anlagen, bei denen auf der Grundlage eines bestimmten physikalischen Phänomens eine elektrische Größe berechnet wird bekannte Werte grundlegende physikalische Konstanten. Watt- und Wattstundenstandards werden nicht unterstützt, da es sinnvoller ist, die Werte dieser Einheiten mithilfe von Definitionsgleichungen zu berechnen, die sie mit Einheiten anderer Größen in Beziehung setzen.

Elektrische Messgeräte messen am häufigsten Momentanwerte entweder elektrischer Größen oder nichtelektrischer Größen, die in elektrische umgewandelt werden. Alle Geräte sind in analog und digital unterteilt. Erstere zeigen den Wert der gemessenen Größe normalerweise durch einen Pfeil an, der sich entlang einer Skala mit Unterteilungen bewegt. Letztere sind mit einer digitalen Anzeige ausgestattet, die den Messwert in Form einer Zahl anzeigt.

Für die meisten Messungen sind digitale Instrumente vorzuziehen, da sie bequemer abzulesen sind und im Allgemeinen vielseitiger sind. Digitale Multimeter („Multimeter“) und digitale Voltmeter dienen zur Messung von Gleichstromwiderständen sowie Wechselspannung und -strom mit mittlerer bis hoher Genauigkeit.

Analoge Geräte werden nach und nach durch digitale ersetzt, finden aber immer noch dort Anwendung, wo es wichtig ist niedrige Kosten und hohe Präzision ist nicht erforderlich. Für genaueste Widerstandsmessungen und Impedanz(Impedanz) gibt es Messbrücken und andere Spezialmessgeräte. Um den zeitlichen Verlauf von Messwertänderungen aufzuzeichnen, werden Aufzeichnungsgeräte eingesetzt – Streifenschreiber und elektronische Oszilloskope, analog und digital.

Messungen elektrischer Größen gehören zu den häufigsten Messarten. Dank der Entwicklung elektrischer Geräte, die verschiedene nichtelektrische Größen in elektrische umwandeln, Methoden und Mittel elektronische Geräte werden zur Messung fast aller physikalischen Größen verwendet.

Anwendungsbereich elektrischer Messgeräte:

· Wissenschaftliche Forschung in Physik, Chemie, Biologie usw.;

· technologische Prozesse in der Energie-, Metallurgie-, chemischen Industrie usw.;

· Transport;

· Exploration und Produktion von Bodenschätzen;

· meteorologische und ozeanologische Arbeiten;

· medizinische Diagnostik;

· Produktion und Betrieb von Radio- und Fernsehgeräte, Flugzeuge und Raumfahrzeuge usw.

Eine Vielzahl elektrischer Größen, große Bandbreiten deren Werte, die Anforderungen an eine hohe Messgenauigkeit, die Vielfalt der Bedingungen und Einsatzgebiete elektrischer Messgeräte haben zu einer Vielfalt an Methoden und Mitteln elektrischer Messungen geführt.

Messung „aktiver“ elektrischer Größen (Strom, elektrische Spannung usw.), die den Energiezustand des Messobjekts charakterisieren, basiert auf der direkten Einwirkung dieser Größen auf das empfindliche Element und geht in der Regel mit dem Verbrauch einer bestimmten Menge elektrischer Energie aus dem Messobjekt einher.

Messung „passiver“ elektrischer Größen (elektrischer Widerstand, seine komplexen Komponenten, Induktivität, dielektrischer Verlustfaktor usw.) zur Charakterisierung elektrische Eigenschaften Messobjekt erfordert das Aufladen des Messobjekts von einer externen elektrischen Energiequelle und das Messen der Parameter des Antwortsignals.
Methoden und Mittel zur elektrischen Messung in Gleich- und Wechselstromkreisen unterscheiden sich erheblich. In Wechselstromkreisen hängen sie von der Häufigkeit und Art der Mengenänderung sowie davon ab, welche Eigenschaften variabler elektrischer Größen (Momentan, Effektiv, Maximum, Durchschnitt) gemessen werden.

Für elektrische Messungen in Gleichstromkreisen werden am häufigsten magnetoelektrische und digitale Messgeräte verwendet. Messgeräte. Für elektrische Messungen in Wechselstromkreisen - elektromagnetische Instrumente, elektrodynamische Instrumente, Induktionsinstrumente, elektrostatische Instrumente, elektrische Gleichrichtermessgeräte, Oszilloskope, digitale Messgeräte. Einige der aufgeführten Instrumente werden für elektrische Messungen sowohl in Wechselstrom- als auch Gleichstromkreisen verwendet.

Die Werte der gemessenen elektrischen Größen liegen ungefähr innerhalb der folgenden Grenzen: Stromstärke – von bis A, Spannung – von bis V, Widerstand – von bis Ohm, Leistung – von W bis Dutzende GW, Wechselstromfrequenz – von bis Hz. Die Messwertbereiche elektrischer Größen weisen eine kontinuierliche Tendenz zur Erweiterung auf. Messungen bei hohen und ultrahohen Frequenzen, die Messung kleiner Ströme und hoher Widerstände, hoher Spannungen und Eigenschaften elektrischer Größen in leistungsstarken Kraftwerken sind zu Abschnitten geworden, die spezifische Methoden und Mittel zur elektrischen Messung entwickeln.

Die Erweiterung der Messbereiche elektrischer Größen ist mit der Entwicklung der Technologie elektrischer Messwandler, insbesondere mit der Entwicklung der Verstärkungs- und Dämpfungstechnik, verbunden elektrische Ströme und Stress. Zu den spezifischen Problemen elektrischer Messungen von ultrakleinen und ultragroßen Werten elektrischer Größen gehören die Bekämpfung von Verzerrungen, die mit den Prozessen der Verstärkung und Abschwächung elektrischer Signale einhergehen, sowie die Entwicklung von Methoden zur Isolierung eines Nutzsignals vom Hintergrundrauschen .

Die Grenzen der zulässigen Fehler bei elektrischen Messungen liegen zwischen ungefähren Einheiten und %. Für relativ grobe Messungen kommen Direktmessgeräte zum Einsatz. Für genauere Messungen werden Methoden verwendet, die mithilfe von Brücken- und Kompensationsstromkreisen implementiert werden.

Der Einsatz elektrischer Messverfahren zur Messung nichtelektrischer Größen basiert entweder auf dem bekannten Zusammenhang zwischen nichtelektrischen und elektrischen Größen oder auf dem Einsatz von Messwandlern (Sensoren).

Bereitstellen Zusammenarbeit Sensoren mit sekundären Messgeräten, die elektrische Ausgangssignale von Sensoren über eine Distanz übertragen, die Störfestigkeit der übertragenen Signale erhöhen, werden verschiedene elektrische Zwischenmesswandler verwendet, die in der Regel gleichzeitig die Funktionen der Verstärkung übernehmen (seltener, Dämpfung) elektrischer Signale sowie nichtlineare Transformationen, um die Nichtlinearität von Sensoren zu kompensieren.

Dem Eingang zwischengeschalteter Messumformer können beliebige elektrische Signale (Werte) zugeführt werden; einheitliche elektrische Signale konstanter, sinusförmiger oder Impulsstrom(Spannung). AC-Ausgangssignale verwenden Amplituden-, Frequenz- oder Phasenmodulation. Als Zwischenmessumformer erfreuen sich Digitalwandler immer größerer Verbreitung.

Komplexe Automatisierung wissenschaftlicher Experimente und technologische Prozesse führte zur Schaffung komplexer Messanlagen, Mess- und Informationssysteme sowie zur Entwicklung der Telemetrietechnik und Funktelemechanik.

Die moderne Entwicklung elektrischer Messungen ist durch die Nutzung neuer physikalischer Effekte gekennzeichnet. Beispielsweise werden derzeit Quanteneffekte von Josephson, Hall usw. genutzt, um hochempfindliche und hochpräzise elektrische Messgeräte zu schaffen. Errungenschaften der Elektronik finden breiten Eingang in die Messtechnik, es kommt zur Mikrominiaturisierung von Messgeräten, deren Schnittstelle zur Computertechnik , Automatisierung elektrischer Messprozesse sowie die Vereinheitlichung messtechnischer und sonstiger Anforderungen an diese.