Методы измерения электрических параметров цепей
Виды и методы электрических измерений
При изучении электротехники приходится иметь дело с электрическим, магнитными и механическими величинами и измерять эти величины.
В этой статье рассмотрена классификация измерений, наиболее важная для теории и практики электрических измерений. К такой классификации можно отнести классификацию измерений с методологической точки зрения, т. е. в зависимости от общих приемов получения результатов измерений (виды или классы измерений), классификацию измерений в зависимости от использования принципов и средств измерений (методы измерений) и классификацию измерений в зависимости от динамики измеряемых величин.
Виды электрических измерений
В зависимости от общих приемов получения результата измерения делятся на следующие виды: прямые, косвенные и совместные.
К прямым измерениям относятся те, результат которых получается непосредственно из опытных данных. Прямое измерение условно можно выразить формулой Y = Х, где Y — искомое значение измеряемой величины; X — значение, непосредственно получаемое из опытных данных. К этому виду измерений относятся измерения различных физических величин при помощи приборов, градуированных в установленных единицах.
Например, измерения силы тока амперметром, температуры — термометром и т. д. К этому виду измерений относятся и измерения, при которых искомое значение величины определяется непосредственным сравнением ее с мерой. Применяемые средства и простота (или сложность) эксперимента при отнесении измерения к прямому не учитываются.
Методы электрических измерений
В зависимости от совокупности приемов использования принципов и средств измерений все методы делятся на метод непосредственной оценки и методы сравнения.
Сущность метода непосредственной оценки заключается в том, что о значении измеряемой величины судят по показанию одного (прямые измерения) или нескольких (косвенные измерения) приборов, заранее проградуированных в единицах измеряемой величины или в единицах других величин, от которых зависит измеряемая величина.
Простейшим примером метода непосредственной оценки может служить измерение какой-либо величины одним прибором, шкала которого проградуирована в соответствующих единицах.
Методы сравнения делятся на следующие: нулевой, дифференциальный, замещения и совпадения.
Нулевой метод — это метод сравнения измеряемой величины с мерой, при котором результирующий эффект воздействия величин на индикатор доводится до нуля. Таким образом, при достижении равновесия наблюдается исчезновение определенного явления, например тока в участке цепи или напряжения на нем, что может быть зафиксировано при помощи служащих для этой цели приборов — нуль-индикаторов. Вследствие высокой чувствительности нуль-индикаторов, а также потому, что меры могут быть выполнены с большой точностью, получается и большая точность измерений.
Примером применения нулевого метода может быть измерение электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием.
Дифференциальный метод сочетает в себе часть признаков метода непосредственной оценки и часть признаков нулевого метода. Он может дать весьма точный результат измерения, если только измеряемая величина и мера мало отличаются друг от друга.
Например, если разность этих двух величин равна 1 % и измеряется с погрешностью до 1 %, то тем самым погрешность измерения искомой величины уменьшается до 0,01%, если не учитывать погрешности меры. Примером применения дифференциального метода может служить измерение вольтметром разности двух напряжений, из которых одно известно с большой точностью, а другое является искомой величиной.
Метод замещения заключается в поочередном измерении искомой величины прибором и измерении этим же прибором меры, воспроизводящей однородную с измеряемой величину. По результатам двух измерений может быть вычислена искомая величина. Вследствие того что оба измерения делаются одним и тем же прибором в одинаковых внешних условиях, а искомая величина определяется по отношению показаний прибора, в значительной мере уменьшается погрешность результата измерения. Так как погрешность прибора обычно неодинакова в различных точках шкалы, наибольшая точность измерения получается при одинаковых показаниях прибора.
Примером применения метода замещения может быть измерение сравнительно большого электрического сопротивления на постоянном токе путем поочередного измерения силы тока, протекающего через контролируемый резистор и образцовый. Питание цепи при измерениях должно производиться от одного и того же источника тока. Сопротивление источника тока и прибора, измеряющего ток, должно быть очень мало по сравнению с изменяемым и образцовым сопротивлениями.
Метод совпадений — это такой метод, при котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов. Этот метод широко применяется в практике неэлектрических измерений.
Примером может служить измерение длины штангенциркулем с нониусом. В электрических измерениях в качестве примера можно привести измерение частоты вращения тела стробоскопом.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Измерение параметров элементов электрических цепей
Раздел 3
Измерение параметров элементов и компонентов электрических цепей
Измерение параметров элементов электрических цепей
Электрические цепи представляют собой совокупность соединённых друг с другом элементов – источников электрической энергии и нагрузок в виде резисторов, катушек индуктивности, конденсаторов. При определённых допущениях эти нагрузки можно рассматривать как линейные пассивные двухполюсники с сосредоточенными постоянными, характеризуемые некими идеальными параметрами – сопротивлением R, индуктивностью L, ёмкостью С.
При измерении, однако, не всегда удаётся определить значение того или иного параметра, соответствующее идеальному, совершенному виду элемента. Несовершенство конструкции и характеристик применяемых материалов является причиной появления так называемых остаточных (паразитных) параметров элементов. Так, наряду с главным параметром – индуктивностью катушка индуктивности обладает собственной ёмкостью и активным сопротивлением; резистор, обладая активным сопротивлением, имеет также определённую индуктивность и т.п.
С учётом остаточных параметров конденсатор, катушку индуктивности или резистор можно характеризовать некоторым эффективным значением ёмкости, индуктивности, сопротивления, которые зависят от частоты. Поэтому эффективные параметры компонентов необходимо измерять на рабочих частотах, если их влиянием на результат измерения нельзя пренебречь.
В зависимости от объекта измерений, требуемой точности результата, диапазона рабочих частот и других условий для измерения параметров двухполюсников применяют различные методы и средства измерений. Наиболее распространёнными являются следующие методы измерения: вольтметра-амперметра, непосредственной оценки, мостовой, резонансный и дискретного счёта.
2. Метод вольтметра-амперметра
Измерение методом вольтметра-амперметра сводится к измерению тока и напряжения в цепи с измеряемым двухполюсником и последующему расчёту его параметров по закону Ома. Метод может быть использован для измерения активного и полного сопротивления, индуктивности и ёмкости.
Измерение активных сопротивлений производится на постоянном токе, при этом включение резистора Rx в измерительную цепь возможно по схемам, представленным на рис. 2.1, а и б. Обе схемы включения приводят к методическим погрешностям R, зависящим от величины сопротивления приборов.
|
Рис. 2.1. Измерение активных сопротивлений методом вольтметра-амперметра
рис. 2.1, б – для измерения малых сопротивлений.
Следовательно, при измерении ёмкости этим методом необходимо знать частоту источника питания f. Для измерения больших ёмкостей рекомендуется схема, приведённая на рис. 2.3, а; а малых ёмкостей – на рис. 2.3, б.
Рис. 2.2. Измерение полного сопротивления двухполюсника
Для измерения очень малых ёмкостей применяют вариант метода вольтметра-амперметра (метод двух вольтметров), схема которого приведена на рис. 2.4.
Метод двух вольтметров позволяет измерять ёмкости от долей пикофарад.
Рис. 2.3. Измерение ёмкости методом вольтметра-амперметра
Рис. 2.4. Измерение ёмкости методом двух вольтметров
Измерение индуктивности катушки методом вольтметра амперметра возможно, если её сопротивление RL значительно меньше реактивного сопротивления XL (рис. 2.5, а, б).
Рис. 2.5. Измерение индуктивности катушек
Если требуется получить более точный результат, то необходимо учесть сопротивление катушки.
3. Метод непосредственной оценки.
Метод непосредственной оценки реализуется в приборах для измерения сопротивления постоянному току – электромеханических и электронных омметрах. Электромеханические омметры строятся на основе приборов магнитоэлектрической системы и в зависимости от величины измеряемого сопротивления могут быть выполнены по схеме с последовательным (рис. 2.6, а) либо параллельным (рис. 2.6, б) включением измеряемого сопротивления.
Рис. 2.6. Электромеханический омметр
Источником питания омметра обычно служит гальванический элемент.
При постоянных значениях RA, Rp и U отклонение стрелки прибора определяется измеряемым сопротивлением Rx, т.е. шкала прибора может быть проградуирована в единицах сопротивления. Как следует из вышеприведённой формулы, шкала омметра неравномерна (рис. 2.6).
Для измерения небольших сопротивлений применяются омметры, выполненные по схеме с параллельным включением измеряемого сопротивления,
Омметры, выполненные по схемам на рис. 2.5, а, б, выпускаются как отдельные приборы, а также входят в состав комбинированных приборов (тестеров, авометров). Класс точности омметров не ниже 2,5.
При построении электронных омметров используются два метода измерения: метод стабилизированного тока в цепи делителя и метод преобразования измеряемого сопротивления в пропорциональное ему напряжение.
Схема измерения сопротивления по методу стабилизированного тока приведена на рис. 2.7, а.
Делитель напряжения, составленный из известного образцового Rобр и измеряемого Rx сопротивлений, питается от источника опорного напряжения Uоп. Падение напряжения на образцовом резисторе усиливается усилителем У с большим входным сопротивлением. Выходное напряжение усилителя Uвых зависит от значения сопротивления Rx. В качестве индикатора обычно применяется микроамперметр магнитоэлектрической системы, шкала которого градуируется в единицах сопротивления.
Этот вариант схемы омметра применяется для измерения достаточно больших сопротивлений, когда Rx > Rобр.
Рис. 2.7. Измерение сопротивления по методу стабилизированного тока
