أنواع وطرق القياسات الكهربائية
عند دراسة الهندسة الكهربائية ، يجب على المرء أن يتعامل ويقيس الكميات الكهربائية والمغناطيسية والميكانيكية.
لقياس كمية كهربائية أو مغناطيسية أو كمية أخرى ، يجب مقارنتها بكمية متجانسة أخرى مأخوذة كوحدة.
تتناول هذه المقالة تصنيف القياس الأكثر أهمية لـ نظرية وممارسة القياسات الكهربائية... قد يشمل هذا التصنيف تصنيف القياسات من وجهة نظر منهجية ، أي اعتمادًا على الطرق العامة للحصول على نتائج القياس (أنواع أو فئات القياسات) ، وتصنيف القياسات اعتمادًا على استخدام المبادئ وأجهزة القياس (طرق القياس) وتصنيف القياسات اعتمادًا على ديناميكيات القيم المقاسة.
أنواع القياسات الكهربائية
اعتمادًا على الطرق العامة للحصول على النتيجة ، تنقسم القياسات إلى الأنواع التالية: مباشرة ، وغير مباشرة ، ومشتركة.
للقياسات المباشرة تشمل أولئك الذين تم الحصول على نتيجة مباشرة من البيانات التجريبية.يمكن التعبير عن القياس المباشر بشكل تقليدي بواسطة الصيغة Y = X ، حيث Y هي القيمة المرغوبة للقيمة المقاسة ؛ X - القيمة التي تم الحصول عليها مباشرة من البيانات التجريبية. يتضمن هذا النوع من القياس قياسات كميات فيزيائية مختلفة باستخدام أدوات تمت معايرتها في وحدات محددة.
على سبيل المثال ، قياسات التيار بمقياس التيار ، ودرجة الحرارة باستخدام مقياس حرارة ، وما إلى ذلك. ويتضمن هذا النوع من القياس أيضًا القياسات حيث يتم تحديد القيمة المرغوبة للكمية عن طريق المقارنة المباشرة مع مقياس. لا تؤخذ الوسائل المستخدمة وبساطة التجربة (أو تعقيدها) في الاعتبار عند عزو قياس خط مستقيم.
يسمى غير المباشر مثل هذا القياس ، حيث يتم العثور على القيمة المرغوبة للكمية على أساس العلاقة المعروفة بين هذه الكمية والكميات الخاضعة للقياسات المباشرة. بالنسبة للقياسات غير المباشرة ، يتم تحديد القيمة العددية للقيمة المقاسة عن طريق حساب الصيغة Y = F (Xl، X2 ... Xn) ، حيث Y - القيمة المطلوبة للقيمة المقاسة ؛ NS1 ، X2 ، Xn - قيم الكميات المقاسة. مثال على القياسات غير المباشرة هو قياس القدرة في دوائر التيار المستمر باستخدام مقياس التيار الكهربائي وجهاز الفولتميتر.
تسمى القياسات المشتركة تلك التي يتم من أجلها تحديد القيم المطلوبة لكميات مختلفة عن طريق حل نظام المعادلات التي تربط قيم الكميات المطلوبة بالكميات المقاسة مباشرة. كمثال على قياسات المفاصل ، يمكن إعطاء تعريف المعاملات في الصيغة المتعلقة بمقاوم المقاومة بدرجة حرارته: Rt = R20 [1 + α (T1-20) + β (T1-20)]
طرق القياس الكهربائية
يتمثل جوهر طريقة التقييم المباشر في حقيقة أن قيمة الكمية المقاسة يتم تقديرها من قراءات جهاز واحد (قياسات مباشرة) أو عدة أجهزة (قياسات غير مباشرة) ، تمت معايرتها مسبقًا بوحدات من الكمية المقاسة أو بوحدات من الكميات الأخرى التي تعتمد عليها كمية الحجم المقاسة.
أبسط مثال على طريقة التقدير المباشر هو قياس كل كمية بجهاز يتم تدريج مقياسه بالوحدات المناسبة.
يتم الجمع بين المجموعة الكبيرة الثانية من طرق القياس الكهربائية تحت طرق مقارنة الاسم العام ... وهي تشمل جميع طرق القياس الكهربائية التي تتم فيها مقارنة القيمة المقاسة بالقيمة المعاد إنتاجها بواسطة المقياس. وبالتالي ، فإن السمة المميزة لطرق المقارنة هي المشاركة المباشرة للقياسات في عملية القياس.
تنقسم طرق المقارنة إلى ما يلي: لاغية ، وتفاضلية ، واستبدال ، ومطابقة.
طريقة Null هي طريقة لمقارنة القيمة المقاسة بمقياس يتم فيه تقليل نتيجة تأثير القيم على المقياس إلى الصفر. وبالتالي ، عند الوصول إلى التوازن ، تختفي ظاهرة معينة ، على سبيل المثال ، التيار في قسم من الدائرة أو الجهد عبرها ، والذي يمكن تسجيله بمساعدة الأجهزة التي تخدم هذا الغرض. - مؤشرات صفر. نظرًا للحساسية العالية لمؤشرات الصفر ، وأيضًا نظرًا لإمكانية إجراء القياسات بدقة كبيرة ، يتم أيضًا الحصول على دقة قياس عالية.
مثال على تطبيق الطريقة الفارغة هو قياس المقاومة الكهربائية من خلال جسر متوازن تمامًا.
في الطريقة التفاضلية ، كما في الطريقة الفارغة ، تتم مقارنة القيمة المقاسة بشكل مباشر أو غير مباشر مع المقياس ، ويتم الحكم على قيمة القيمة المقاسة كنتيجة للمقارنة من خلال الاختلاف بين التأثيرات التي تنتجها هذه القيم في وقت واحد والقيمة المعروفة يعاد إنتاجها بواسطة المقياس. وهكذا ، باستخدام الطريقة التفاضلية ، يتم الحصول على توازن غير كامل للقيمة المقاسة ، وهذا هو الفرق بين الطريقة التفاضلية والصفر.
تجمع الطريقة التفاضلية بين بعض خصائص طريقة التقدير المباشر وبعض خصائص الطريقة الفارغة. يمكن أن يعطي نتيجة قياس دقيقة للغاية فقط إذا كانت القيمة المقاسة والقياس مختلفين قليلاً عن بعضهما البعض.
على سبيل المثال ، إذا كان الفرق بين هاتين الكميتين 1٪ وتم قياسه بخطأ يصل إلى 1٪ ، فإن خطأ القياس للكمية المرغوبة ينخفض بالتالي إلى 0.01٪ إذا لم تؤخذ أخطاء القياس في الاعتبار. مثال على تطبيق الطريقة التفاضلية هو قياس الفرق بين جهدين باستخدام مقياس الفولتميتر ، أحدهما معروف بدقة عالية والآخر هو القيمة المرغوبة.
مثال على تطبيق طريقة الاستبدال سيكون قياس كبير نسبيًا المقاومة الكهربائية DC عن طريق قياس التيار المتدفق على التوالي من خلال المقاوم المتحكم فيه والعينة. يجب أن يتم تشغيل الدائرة بواسطة نفس المصدر الحالي أثناء القياسات. يجب أن تكون مقاومة المصدر الحالي والجهاز الذي يقيس التيار صغيرًا جدًا مقارنةً بالمقاومات المتغيرة والعينة.
طريقة المطابقة هي طريقة يتم فيها قياس الفرق بين القيمة المقاسة والقيمة المستنسخة من القياس باستخدام مطابقة علامة المقياس أو الإشارات الدورية. تستخدم هذه الطريقة على نطاق واسع في ممارسة القياسات غير الكهربائية.
مثال على ذلك هو قياس الطول الورنية الفرجار… في القياسات الكهربائية ، من الأمثلة على ذلك قياس سرعة الجسم باستخدام ستروبوسكوب.
سنشير أيضًا إلى تصنيف للقياسات بناءً على التغيير بمرور الوقت للقيمة المقاسة ... اعتمادًا على ما إذا كانت القيمة المقاسة تتغير بمرور الوقت أو تظل دون تغيير أثناء عملية القياس ، يتم التمييز بين القياسات الثابتة والديناميكية. يشير بشكل ثابت إلى قياسات القيم الثابتة أو الثابتة.وتشمل هذه قياسات جذر متوسط التربيع وقيم اتساع الكميات ، ولكن في حالة ثابتة.
إذا تم قياس القيم الآنية للكميات المتغيرة بمرور الوقت ، فإن القياسات تسمى ديناميكية ... إذا كانت أدوات القياس أثناء القياسات الديناميكية تسمح لك بالمراقبة المستمرة لقيم الكمية المقاسة ، فإن هذه القياسات تسمى مستمرة.
من الممكن إجراء قياسات لأي كمية عن طريق قياس قيمها في بعض النقاط الزمنية t1 ، t2 ، إلخ. نتيجة لذلك ، لن تُعرف جميع قيم الكمية المقاسة ، ولكن لن تُعرف سوى القيم في الأوقات المحددة. تسمى هذه القياسات منفصلة.