Arten und Methoden elektrischer Messungen
Im Studium der Elektrotechnik muss man sich mit elektrischen, magnetischen und mechanischen Größen auseinandersetzen und diese messen.
Um eine elektrische, magnetische oder andere Größe zu messen, muss man sie mit einer anderen homogenen Größe vergleichen, die als Einheit betrachtet wird.
In diesem Artikel wird die wichtigste Messklassifizierung für erläutert Theorie und Praxis elektrischer Messungen… Diese Klassifizierung kann die Klassifizierung von Messungen aus methodischer Sicht umfassen, d. h. abhängig von den allgemeinen Methoden zur Gewinnung der Messergebnisse (Arten oder Klassen von Messungen), die Klassifizierung von Messungen in Abhängigkeit von der Verwendung von Prinzipien und Messgeräten (Messmethoden) und die Klassifizierung von Messungen in Abhängigkeit von der Dynamik der Messwerte.
Arten elektrischer Messungen
Abhängig von den allgemeinen Methoden zur Ergebnisgewinnung werden Messungen in die folgenden Typen unterteilt: direkte, indirekte und gemeinsame Messungen.
Zu den direkten Messungen zählen solche, deren Ergebnis direkt aus experimentellen Daten gewonnen wird.Die direkte Messung kann herkömmlicherweise durch die Formel Y = X ausgedrückt werden, wobei Y der gewünschte Wert des Messwerts ist; X – direkt aus experimentellen Daten ermittelter Wert. Bei dieser Art der Messung werden verschiedene physikalische Größen mithilfe von Instrumenten gemessen, die in festgelegten Einheiten kalibriert sind.
Beispielsweise Messungen des Stroms mit einem Amperemeter, der Temperatur mit einem Thermometer usw. Zu dieser Art der Messung zählen auch Messungen, bei denen der gewünschte Wert einer Größe durch direkten Vergleich mit einem Maß ermittelt wird. Die verwendeten Mittel und die Einfachheit (oder Komplexität) des Experiments werden bei der Zuordnung einer geradlinigen Messung nicht berücksichtigt.
Als indirekt wird eine solche Messung bezeichnet, bei der der gewünschte Wert einer Größe auf der Grundlage der bekannten Beziehung zwischen dieser Größe und den direkt gemessenen Größen ermittelt wird. Bei indirekten Messungen wird der numerische Wert des Messwerts durch Berechnung der Formel Y = F (Xl, X2 ... Xn) bestimmt, wobei Y der erforderliche Wert des Messwerts ist; NS1, X2, Xn – die Werte der gemessenen Größen. Ein Beispiel für indirekte Messungen ist die Messung der Leistung in Gleichstromkreisen mit einem Amperemeter und einem Voltmeter.
Als gemeinsame Messungen werden solche bezeichnet, bei denen die erforderlichen Werte verschiedener Größen durch Lösen des Gleichungssystems ermittelt werden, das die Werte der erforderlichen Größen mit den direkt gemessenen Größen verbindet. Als Beispiel für gemeinsame Messungen kann die Definition der Koeffizienten in der Formel bezüglich des Widerstandswiderstands mit seiner Temperatur angegeben werden: Rt = R20 [1 + α (T1-20) + β (T1-20)]
Elektrische Messmethoden
Der Kern der direkten Bewertungsmethode besteht darin, dass der Wert der gemessenen Größe aus den Messwerten eines (direkte Messungen) oder mehrerer (indirekte Messungen) Geräte geschätzt wird, die in Einheiten der gemessenen Größe oder in Einheiten von vorkalibriert sind andere Größen, von denen die gemessene Größenordnung abhängt.
Das einfachste Beispiel einer direkten Schätzmethode ist die Messung jeder Größe mit einem Gerät, dessen Skala in den entsprechenden Einheiten unterteilt ist.
Die zweite große Gruppe elektrischer Messverfahren wird unter dem Oberbegriff Vergleichsverfahren zusammengefasst. Hierzu zählen alle elektrischen Messverfahren, bei denen der Messwert mit dem durch die Messung wiedergegebenen Wert verglichen wird. Ein besonderes Merkmal von Vergleichsverfahren ist daher die direkte Einbindung von Maßen in den Messprozess.
Vergleichsmethoden werden in die folgenden Kategorien unterteilt: Null, Differential, Substitution und Matching.
Null-Methode Hierbei handelt es sich um eine Methode zum Vergleich eines Messwerts mit einem Maß, bei der das Ergebnis des Einflusses der Werte auf das Maß auf Null reduziert wird. Wenn also das Gleichgewicht erreicht ist, verschwindet ein bestimmtes Phänomen, beispielsweise der Strom in einem Abschnitt eines Stromkreises oder die Spannung darüber, die mit Hilfe von Geräten, die diesem Zweck dienen, aufgezeichnet werden können. — Nullindikatoren. Aufgrund der hohen Empfindlichkeit der Nullindikatoren und auch der Tatsache, dass die Messungen mit großer Genauigkeit durchgeführt werden können, wird auch eine hohe Messgenauigkeit erreicht.
Ein Beispiel für eine Anwendung der Nullmethode wäre die Messung des elektrischen Widerstands durch eine vollständig symmetrische Brücke.
Bei der Differentialmethode wird wie bei der Nullmethode der gemessene Wert direkt oder indirekt mit dem Maß verglichen, und der Wert des gemessenen Werts als Ergebnis des Vergleichs wird anhand der Differenz zwischen den durch diese Werte gleichzeitig erzeugten Wirkungen beurteilt und der durch die Messung reproduzierte bekannte Wert. Somit ergibt sich bei der Differenzmethode ein unvollständiger Abgleich des Messwertes, und dieser ist die Differenz zwischen der Differenzmethode und Null.
Die Differentialmethode kombiniert einige Merkmale der direkten Schätzmethode und einige Merkmale der Nullmethode. Ein sehr genaues Messergebnis kann nur dann erzielt werden, wenn Messwert und Maß geringfügig voneinander abweichen.
Beträgt die Differenz zwischen diesen beiden Größen beispielsweise 1 % und wird mit einem Fehler von bis zu 1 % gemessen, so reduziert sich der Messfehler der gewünschten Größe ohne Berücksichtigung von Messfehlern auf 0,01 %. Ein Beispiel für die Anwendung des Differenzverfahrens ist die Messung der Differenz zweier Spannungen mit einem Voltmeter, von denen eine mit hoher Genauigkeit bekannt ist und die andere den gewünschten Wert darstellt.
Ein Beispiel für die Anwendung der Substitutionsmethode wäre die Messung eines relativ großen Elektrischer Gleichstromwiderstand durch sukzessives Messen des durch den gesteuerten Widerstand und die Probe fließenden Stroms. 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 Probenwiderständen sehr klein sein.
Matching-Methode Hierbei handelt es sich um eine Methode, bei der die Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem aus der Messung reproduzierten Wert anhand der Übereinstimmung der Skalenmarkierung oder periodischer Signale gemessen wird. Diese Methode wird häufig in der Praxis nichtelektrischer Messungen eingesetzt.
Ein Beispiel hierfür ist die Längenmessung Messschieber… Ein Beispiel für elektrische Messungen ist die Messung der Körpergeschwindigkeit mit einem Stroboskop.
Wir weisen auch auf eine Einteilung der Messungen nach der zeitlichen Änderung des Messwertes hin. Je nachdem, ob sich der Messwert über die Zeit ändert oder während des Messvorgangs unverändert bleibt, unterscheidet man zwischen statischen und dynamischen Messungen. Statisch bezieht sich auf Messungen konstanter oder stationärer Werte.Dazu gehören Messungen der Effektiv- und Amplitudenwerte von Größen, jedoch im eingeschwungenen Zustand.
Wenn Momentanwerte zeitlich veränderlicher Größen gemessen werden, werden die Messungen als dynamisch bezeichnet. Wenn Sie bei dynamischen Messungen mit Messgeräten die Werte der gemessenen Größe kontinuierlich beobachten können, werden solche Messungen als kontinuierlich bezeichnet.
Es ist möglich, Messungen jeder Größe durchzuführen, indem man ihre Werte zu bestimmten Zeitpunkten t1, t2 usw. misst. Dadurch sind nicht alle Werte der Messgröße bekannt, sondern nur die Werte zu den ausgewählten Zeitpunkten. Solche Messungen werden als getrennt bezeichnet.