Илимдин жана техниканын керектөөлөрү көптөгөн өлчөөлөрдү камтыйт, алардын каражаттары жана методдору тынымсыз иштелип чыгып, өркүндөтүлүп турат. Бул чөйрөдө эң маанилүү роль өнөр жайдын түрдүү тармактарында кеңири колдонулган электрдик чоңдуктарды өлчөөлөргө таандык.
Өлчөө түшүнүгү
Кандайдыр бир физикалык чоңдукту өлчөө аны өлчөө бирдиги катары алынган бир түрдөгү кубулуштардын кандайдыр бир чоңдугу менен салыштыруу жолу менен жүргүзүлөт. Салыштыруудан алынган натыйжа сандык түрдө тиешелүү бирдиктерде берилет.
Бул операция атайын өлчөө приборлорунун – объект менен өз ара аракеттенүүчү техникалык түзүлүштөрдүн жардамы менен ишке ашырылат, алардын айрым параметрлери өлчөнөт. Бул учурда белгилүү бир ыкмалар колдонулат - өлчөнгөн маани өлчөө бирдиги менен салыштырылган ыкмалар.
Электрдик чоңдуктарды өлчөөлөрдү түрү боюнча классификациялоо үчүн негиз болуп кызмат кылган бир нече белгилер бар:
- Саныөлчөө актылары. Бул жерде алардын бир жолку же көптүгү маанилүү.
- Тактык даражасы. Техникалык, контролдоо жана текшерүү, эң так өлчөөлөр, ошондой эле бирдей жана бирдей эмес өлчөөлөр бар.
- Убакыттын өтүшү менен өлчөнгөн маанинин өзгөрүү мүнөзү. Бул критерийге ылайык, өлчөө статикалык жана динамикалык болуп саналат. Динамикалык өлчөөлөр аркылуу убакыттын өтүшү менен өзгөрүүчү чоңдуктардын көз ирмемдик маанилери, ал эми статикалык өлчөөлөр - кээ бир туруктуу маанилер алынат.
- Натыйжаларды көрсөтүү. Электрдик чоңдуктарды өлчөө салыштырмалуу же абсолюттук түрдө көрсөтүлүшү мүмкүн.
- Каалаган жыйынтыкка жетүү жолу. Бул өзгөчөлүгү боюнча өлчөөлөр түз (түздөн-түз натыйжа алынат) жана кыйыр болуп бөлүнөт, мында кандайдыр бир функционалдык көз карандылык менен керектүү чоңдукка байланышкан чоңдуктар түз өлчөнөт. Акыркы учурда алынган натыйжалардан керектүү физикалык чоңдук эсептелет. Ошентип, токту амперметр менен өлчөө түз өлчөөнүн мисалы, ал эми кубаттуулук кыйыр өлчөө болуп саналат.
Өлчөөлөр
Өлчөө үчүн арналган түзмөктөр нормалдаштырылган мүнөздөмөлөргө ээ болушу керек, ошондой эле белгилүү бир убакытка чейин сакталышы же алар арналган маанинин бирдигин кайра чыгарышы керек.
Электрдик чоңдуктарды өлчөө үчүн каражаттар максатына жараша бир нече категорияга бөлүнөт:
- Чаралар. Бул куралдар берилген кээ бир баалуулуктарды кайра чыгаруу үчүн кызмат кылатөлчөмү - мисалы, белгилүү ката менен белгилүү бир каршылыкты кайра чыгарган резистор сыяктуу.
- Сактоо, конвертациялоо, өткөрүү үчүн ыңгайлуу формада сигналды түзгөн өлчөөчү өзгөрткүчтөр. Мындай маалымат түз кабыл алынбайт.
- Электрдик өлчөө приборлору. Бул инструменттер маалыматты байкоочу үчүн жеткиликтүү формада берүү үчүн иштелип чыккан. Алар көчмө же стационардык, аналогдук же санариптик, жазуу же сигнализация болушу мүмкүн.
- Электр өлчөө установкалары бир жерге топтолгон жогоруда аталган аспаптардын жана кошумча түзүлүштөрдүн комплекстери. Бирдиктер татаалыраак өлчөөлөрдү жүргүзүүгө мүмкүндүк берет (мисалы, магниттик мүнөздөмөлөрдү же каршылыкты), текшерүү же маалымдама түзмөк катары кызмат кылат.
- Электрдик өлчөө системалары да ар кандай каражаттардын жыйындысы болуп саналат. Бирок, установкалардан айырмаланып, системадагы электрдик чоңдуктарды өлчөөчү приборлор жана башка каражаттар чачыранды. Тутумдардын жардамы менен сиз бир нече чоңдуктарды өлчөп, өлчөө маалымат сигналдарын сактап, иштетип жана өткөрүп бере аласыз.
Эгер конкреттүү комплекстүү өлчөө маселесин чечүү зарыл болсо, бир катар приборлорду жана электрондук-эсептөө техникасын бириктирген өлчөө-эсептөө комплекстери түзүлөт.
Өлчөө каражаттарынын мүнөздөмөсү
Өлчөө жабдыктары маанилүү болгон кээ бир өзгөчөлүктөргө ээалардын түздөн-түз милдеттерин аткарууга. Аларга төмөнкүлөр кирет:
- Метрологиялык мүнөздөмөлөр, мисалы, сезгичтик жана анын босогосу, электрдик чоңдуктун өлчөө диапазону, прибордун катасы, бөлүү мааниси, ылдамдык ж.б.
- Динамикалык мүнөздөмөлөр, мисалы, амплитуда (түзмөктүн чыгыш сигналынын амплитудасынын кириштеги амплитудага көз карандылыгы) же фаза (фазалык жылыштын сигналдын жыштыгына көз карандылыгы).
- Аппараттын белгилүү бир шарттарда иштөө талаптарына канчалык деңгээлде жооп берерин чагылдырган аткаруу мүнөздөмөлөрү. Аларга көрсөткүчтөрдүн ишенимдүүлүгү, ишенимдүүлүк (аппараттын иштөө жөндөмдүүлүгү, бышыктыгы жана үзгүлтүксүз иштеши), техникалык тейлөө, электр коопсуздугу, үнөмдөө сыяктуу касиеттер кирет.
Жабдуулардын мүнөздөмөлөрүнүн жыйындысы аппараттын ар бир түрү үчүн тиешелүү ченемдик-техникалык документтер менен белгиленет.
Колдонулган ыкмалар
Электрдик чоңдуктарды өлчөө ар кандай ыкмалар менен жүргүзүлөт, аларды төмөнкү критерийлер боюнча да классификациялоого болот:
- Өлчөө жүргүзүлүүчү физикалык кубулуштардын түрү (электрдик же магниттик кубулуштар).
- Өлчөө куралынын объект менен өз ара аракеттенүүсүнүн мүнөзү. Ага жараша электрдик чоңдуктарды өлчөөнүн контакттуу жана контактсыз ыкмалары болуп бөлүнөт.
- Өлчөө режими. Ага ылайык, өлчөөлөр динамикалык жана статикалык.
- Өлчөө ыкмасы. Изделген көлөмдү түз баалоо ыкмалары катары иштелип чыкканТүздөн-түз түзүлүш (мисалы, амперметр) менен аныкталат жана белгилүү бир чоңдукка салыштыруу жолу менен аныкталуучу так методдор (нөл, дифференциал, карама-каршылык, алмаштыруу). Туруктуу жана өзгөрмө токтун компенсаторлору жана электр өлчөө көпүрөлөрү салыштыруу түзүлүштөрү катары кызмат кылат.
Электрдик өлчөө аспаптары: түрлөрү жана өзгөчөлүктөрү
Негизги электрдик чоңдуктарды өлчөө көп түрдүү аспаптарды талап кылат. Алардын ишинин негизинде жаткан физикалык принципке жараша, алардын баары төмөнкү топторго бөлүнөт:
- Электромеханикалык түзүлүштөрдүн конструкциясында кыймылдуу бөлүгү болушу керек. Өлчөө приборлорунун бул чоң тобуна электродинамикалык, ферродинамикалык, магнитоэлектрдик, электромагниттик, электростатикалык, индукциялык приборлор кирет. Мисалы, вольтметр, амперметр, омметр, гальванометр сыяктуу приборлор үчүн негиз катары абдан кеңири колдонулган магнит электрдик принцип колдонулушу мүмкүн. Электр эсептегичтери, жыштык эсептегичтери ж.б. индукция принцибине негизделген.
- Электрондук приборлор кошумча блоктордун болушу менен айырмаланат: физикалык чоңдуктарды өзгөрткүчтөр, күчөткүчтөр, конвертерлер ж. алардын структуралык негизи. Электрондук өлчөө приборлору жыштык өлчөгүч, сыйымдуулук, каршылык, индуктивдүүлүк өлчөгүч, осциллограф катары колдонулат.
- Термоэлектрприборлор конструкциясында магнитоэлектрдик типтеги өлчөө приборун жана термопара жана жылыткыч аркылуу түзүлгөн жылуулук өзгөрткүчтү бириктирет, ал аркылуу өлчөнгөн ток өтүп турат. Бул типтеги приборлор негизинен жогорку жыштыктагы токторду өлчөө үчүн колдонулат.
- Электрохимиялык. Алардын иштөө принциби электроддордо же электроддор аралык мейкиндикте изилденип жаткан чөйрөдө болуп жаткан процесстерге негизделген. Бул типтеги приборлор электр өткөрүмдүүлүктү, электр энергиясынын көлөмүн жана кээ бир электр эмес чоңдуктарды өлчөө үчүн колдонулат.
Функционалдык өзгөчөлүктөрү боюнча электрдик чоңдуктарды өлчөөчү приборлордун төмөнкү түрлөрү бөлүнөт:
- Индикатор (сигнал берүү) - булар ваттметр же амперметр сыяктуу өлчөө маалыматын түз окууга гана мүмкүндүк берүүчү түзүлүштөр.
- Жазуу - окууларды жаздыруу мүмкүнчүлүгүн берген түзүлүштөр, мисалы, электрондук осциллографтар.
Сигналдын түрүнө жараша аппараттар аналогдук жана санариптик болуп бөлүнөт. Эгерде аспап өлчөнгөн чоңдуктун үзгүлтүксүз функциясы болгон сигналды жаратса, анда ал аналогдук болот, мисалы, вольтметр, анын көрсөткүчтөрү жебе менен шкала аркылуу берилет. Дисплейге сандык түрдө кирген дискреттик маанилердин агымы түрүндө түзүлүштө автоматтык түрдө сигнал пайда болгон учурда, санариптик өлчөөчү аспап жөнүндө сөз болот.
Санариптик аспаптардын аналогдорго салыштырмалуу бир катар кемчиликтери бар: азыраак ишенимдүүлүк,электр менен жабдууга муктаждык, жогору баа. Бирок алар жалпысынан санариптик түзүлүштөрдү колдонууну артыкчылыктуу кылган олуттуу артыкчылыктары менен да айырмаланат: колдонуунун жөнөкөйлүгү, жогорку тактык жана ызы-чууга каршы иммунитет, универсалдуу кылуу мүмкүнчүлүгү, компьютер менен айкалыштыруу жана тактыкты жоготпостон алыстан сигнал берүү.
Инструменттердин так эместиги жана тактыгы
Электрдик өлчөө приборунун эң маанилүү мүнөздөмөсү бул тактык классы. Электрдик чоңдуктарды өлчөө, башка сыяктуу эле, техникалык түзүлүштөгү каталарды, ошондой эле өлчөөнүн тактыгына таасир этүүчү кошумча факторлорду (коэффициенттерди) эсепке албастан жүргүзүлүшү мүмкүн эмес. Түзмөктүн бул түрү үчүн уруксат берилген каталардын чектик маанилери нормалдаштырылган деп аталат жана пайыз менен көрсөтүлөт. Алар белгилүү бир түзмөктүн тактык классын аныктайт.
Өлчөө приборлорунун шкалаларын белгилөө үчүн колдонулган стандарттык класстар төмөнкүдөй: 4, 0; 2, 5; он беш; он; 0,5; 0.2; 0.1; 0,05 Аларга ылайык арналышы боюнча бөлүнүш белгиленет: 0,05тен 0,2ге чейинки класстарга тиешелүү приборлор үлгүлүү, 0,5 жана 1,0 класстарга лабораториялык приборлор, акырында 1, 5-4, 0 класстардагы приборлор техникалык болуп саналат..
Өлчөө приборун тандоодо ал чечилип жаткан маселенин классына туура келүүсү зарыл, ал эми өлчөөнүн жогорку чеги каалаган чоңдуктун сандык маанисине мүмкүн болушунча жакын болушу керек. Башкача айтканда, аспаптын көрсөткүчүнүн четтөөсүнө канчалык көп жетүүгө болот, өлчөөнүн салыштырмалуу катасы ошончолук аз болот. Эгерде төмөнкү класстагы инструменттер гана бар болсо, анда иштөө диапазону эң кичинеси тандалышы керек. Бул ыкмаларды колдонуу менен электрдик чоңдуктарды өлчөө абдан так жүргүзүлүшү мүмкүн. Бул учурда, сиз ошондой эле аппараттын масштабынын түрүн эске алуу керек (бирдиктүү же тегиз эмес, мисалы, омметр таразалары).
Негизги электр чоңдуктары жана алардын бирдиктери
Көбүнчө электрдик өлчөөлөр төмөнкү чоңдуктар топтому менен байланышкан:
- Токтун күчү (же жөн эле ток) I. Бул маани 1 секундада өткөргүч бөлүгүнөн өткөн электр зарядынын көлөмүн көрсөтөт. Электр тогунун чоңдугун өлчөө ампер (А) менен амперметрлер, авометрлер (текшерүүчүлөр, "цешек" деп аталган), санариптик мультиметрлер, прибор трансформаторлору аркылуу жүргүзүлөт.
- Электр энергиясынын көлөмү (заряд) q. Бул маани белгилүү бир физикалык дене канчалык деңгээлде электромагниттик талаанын булагы боло аларын аныктайт. Электр заряды кулон менен өлчөнөт (С). 1 С (ампер-секунд)=1 A ∙ 1 с. Өлчөө үчүн приборлор электрометр же электрондук заряд өлчөгүч (кулон метр) болуп саналат.
- Voltage U. Электр талаасынын эки башка чекитинин ортосунда болгон потенциалдык айырманы (заряддын энергиясын) туюнтат. Берилген электрдик чоңдук үчүн өлчөө бирдиги вольт (V) болуп саналат. Эгерде 1 кулондук зарядды бир чекиттен экинчи чекитке жылдыруу үчүн талаа 1 джоуль жумуш аткарса (б.а. тиешелүү энергия сарпталат), андапотенциалдуу айырма - чыңалуу - бул чекиттердин ортосундагы 1 вольт: 1 V \u003d 1 Дж / 1 С. Электр чыңалуусун өлчөө вольтметрлердин, санариптик же аналогдук (тестер) мультиметрлердин жардамы менен ишке ашырылат.
- Каршылык R. Өткөргүчтүн ал аркылуу электр тогунун өтүшүнө жол бербөө жөндөмдүүлүгүн мүнөздөйт. Каршылыктын бирдиги Ом. 1 Ом - 1 ампер токтун учунда 1 вольт болгон өткөргүчтүн каршылыгы: 1 Ом=1 В / 1 А. Каршылык өткөргүчтүн кесилишине жана узундугуна түз пропорционалдуу. Аны өлчөө үчүн омметрлер, авометрлер, мультиметрлер колдонулат.
- Электр өткөргүчтүгү (өткөргүчтүк) G каршылыктын каршылыгы. Siemens менен өлчөнгөн (см): 1 см=1 Ом-1.
- C Capacity C - өткөргүчтүн зарядды сактоо жөндөмүнүн өлчөмү, ошондой эле негизги электрдик чоңдуктардын бири. Анын өлчөө бирдиги - фарад (F). Конденсатор үчүн бул чоңдук плиталардын өз ара сыйымдуулугу катары аныкталат жана топтолгон заряддын плиталардагы потенциалдык айырмага катышына барабар. Жалпак конденсатордун сыйымдуулугу плиталардын аянтынын көбөйүшү жана алардын ортосундагы аралыктын азайышы менен көбөйөт. Эгерде 1 кулон заряды менен плиталарда 1 вольт чыңалуу түзүлсө, анда мындай конденсатордун сыйымдуулугу 1 фарадага барабар болот: 1 F \u003d 1 C / 1 V. Өлчөө колдонуу менен жүргүзүлөт атайын аспаптар - сыйымдуулук өлчөгүчтөр же санариптик мультиметрлер.
- Power P – электр энергиясын берүү (конвертациялоо) ылдамдыгын чагылдырган чоңдук. Кабыл алынган күчтүн системалык бирдигиватт (Вт; 1 Вт=1 Дж/с). Бул чоңдукту чыңалуу менен токтун күчүнүн продуктусу менен да көрсөтсө болот: 1 Вт=1 В ∙ 1 A. AC чынжырлары үчүн активдүү (керектелген) кубаттуулук Pa, реактивдүү P ra (токтун иштөөсүнө катышпайт) жана толук кубаттуулук P. Өлчөө учурунда алар үчүн төмөнкү бирдиктер колдонулат: ватт, var («вольт-ампер реактивдүү» дегенди билдирет.) жана ошого жараша вольт-ампер V ∙ БИРОК. Алардын өлчөмдөрү бирдей жана алар көрсөтүлгөн өлчөмдөрдү айырмалоо үчүн кызмат кылат. кубаттуулукту өлчөө үчүн аспаптар - аналогдук же санариптик ваттметрлер. Кыйыр өлчөөлөр (мисалы, амперметрди колдонуу) дайыма эле колдонула бербейт. Кубат фактору сыяктуу маанилүү чоңдукту аныктоо үчүн (фазалык жылыш бурчу менен көрсөтүлөт) фазалык өлчөөчү приборлор колдонулат.
- Жыштык f. Бул өзгөрмө токтун мүнөздөмөсү, 1 секунда ичинде анын чоңдугу жана багыты (жалпы учурда) өзгөрүү циклдарынын санын көрсөтөт. Жыштыктын бирдиги - эки эселенген секунд же герц (Гц): 1 Гц=1 с-1. Бул маани жыштык өлчөгүчтөр деп аталган инструменттердин кеңири классы аркылуу өлчөнөт.
Магниттик чоңдуктар
Магнитизм электр энергиясы менен тыгыз байланышта, анткени экөө тең бир фундаменталдык физикалык процесстин – электромагнетизмдин көрүнүшү. Демек, бирдей тыгыз байланыш электр жана магниттик чоңдуктарды өлчөө ыкмаларына жана каражаттарына мүнөздүү. Бирок нюанстар да бар. Эреже катары, акыркысын аныктоодо, иш жүзүндөэлектрдик өлчөө жүргүзүлөт. Магниттик маани аны электрдик менен байланыштырган функциялык байланыштан кыйыр түрдө алынат.
Бул өлчөө аймагындагы маалымдама маанилери магниттик индукция, талаа күчү жана магнит агымы болуп саналат. Аларды аппараттын өлчөө катушкасы аркылуу өлчөнгөн EMFге айландырууга болот, андан кийин керектүү маанилер эсептелет.
- Магниттик агым веберметрлер (фотоэлектрдик, магнитоэлектрдик, аналогдук электрондук жана санариптик) жана өтө сезгич баллистикалык гальванометрлер сыяктуу аспаптардын жардамы менен өлчөнөт.
- Индукция жана магнит талаасынын күчү ар кандай түрдөгү өткөргүчтөр менен жабдылган тесламетрлер аркылуу өлчөнөт.
Түз байланышы бар электрдик жана магниттик чоңдуктарды өлчөө көптөгөн илимий-техникалык маселелерди чечүүгө мүмкүндүк берет, мисалы, Күндүн, Жердин жана планеталардын атом ядросун жана магнит талаасын изилдөө, ар кандай материалдардын магниттик касиеттери, сапатты көзөмөлдөө жана башкалар.
Электрдик эмес чоңдуктар
Электрдик ыкмалардын ыңгайлуулугу аларды электрдик эмес мүнөздөгү ар кандай физикалык чоңдуктарды, мисалы, температура, өлчөмдөр (сызыктуу жана бурчтук), деформация жана башка көптөгөн өлчөөлөргө ийгиликтүү жайылтууга мүмкүндүк берет, ошондой эле химиялык процесстерди жана заттардын курамын изилдөө.
Электрдик эмес чоңдуктарды электрдик өлчөө үчүн приборлор адатта сенсордун комплекси - чынжырдын каалаган параметрине конвертордун (чыңалуу,каршылык) жана электр өлчөөчү прибор. Өлчөткүчтөрдүн көптөгөн түрлөрү бар, алардын жардамы менен сиз ар кандай чоңдуктарды өлчөй аласыз. Бул жерде бир нече мисал:
- Реостатикалык сенсорлор. Мындай өзгөрткүчтарда өлчөнгөн чоңдук ачыкка чыкканда (мисалы, суюктуктун деңгээли же анын көлөмү өзгөргөндө) реостат сыдыргычы кыймылдайт, ошону менен каршылык өзгөрөт.
- Термисторлор. Мындай типтеги түзүлүштөрдөгү сенсордун каршылыгы температуранын таасири астында өзгөрөт. Газдын агымынын ылдамдыгын, температурасын өлчөө, газ аралашмаларынын курамын аныктоо үчүн колдонулат.
- Чыноо каршылыктары зымдын чыңалуусун өлчөөгө мүмкүндүк берет.
- Жарыктандыруунун, температуранын же кыймылдын өзгөрүшүн фототокко айландыруучу фотосенсорлор, анан өлчөнөт.
- Сыйымдылыктуу өзгөрткүчтөр абанын химиясы, жылышуусу, нымдуулугу жана басымы үчүн сенсорлор катары колдонулат.
- Пьезоэлектрдик өзгөрткүчтөр механикалык түрдө аларга колдонулганда кээ бир кристаллдык материалдарда EMF пайда болуу принцибинде иштешет.
- Индуктивдүү сенсорлор ылдамдык же ылдамдануу сыяктуу чоңдуктарды индукцияланган эмфке айландырууга негизделген.
Электрдик өлчөө приборлорун жана ыкмаларын иштеп чыгуу
Электрдик чоңдуктарды өлчөө үчүн каражаттардын көп түрдүүлүгү бул параметрлер маанилүү ролду ойногон көптөгөн ар түрдүү кубулуштарга байланыштуу. Электрдик процесстер жана кубулуштар абдан кеңири колдонулатбардык тармактарда - алар колдонууну таба албаган адам ишинин мындай чөйрөсүн көрсөтүү мүмкүн эмес. Бул физикалык чоңдуктардын электрдик өлчөөлөрүнүн проблемаларынын барган сайын кеңейип жаткан диапазонун аныктайт. Бул проблемаларды чечуунун каражаттарынын жана методдорунун ар турдуулугу жана еркундетулушу тынымсыз есууде. Өлчөө технологиясынын электрдик эмес чоңдуктарды электрдик методдор менен өлчөө сыяктуу багытын өзгөчө тез жана ийгиликтүү иштеп чыгууда.
Заманбап электр өлчөө технологиясы тактыкты, ызы-чуунун иммунитетин жана ылдамдыгын жогорулатуу, ошондой эле өлчөө процессин жана анын натыйжаларын иштеп чыгууну автоматташтырууну жогорулатуу багытында өнүгүп жатат. Өлчөө приборлору эң жөнөкөй электромеханикалык приборлордон электрондук жана санариптик приборлорго, андан ары микропроцессордук технологияны колдонгон эң акыркы өлчөө жана эсептөө системаларына өттү. Ошол эле учурда өлчөө приборлорунун программалык бөлүгүнүн ролун жогорулатуу, албетте, өнүгүүнүн негизги тенденциясы болуп саналат.
