Электрические измерения понятие методы измерения погрешности измерения расширение пределов измерения

Виды и методы электрических измерений

При изучении электротехники приходится иметь дело с электрическим, магнитными и механическими величинами и измерять эти величины.

Измерить электрическую, магнитную или какую-либо иную величину — это значит сравнить ее с другой однородной величиной, принятой за единицу.

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.

Косвенным называется такое измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. При косвенных измерениях числовое значение измеряемой величины определяется путем вычисления по формуле Y = F (Xl, Х2 . Х n ), где Y — искомое значение измеряемой величины; Х 1 , Х2, Х n — значения измеренных величин. В качестве примера косвенных измерений можно указать на измерение мощности в цепях постоянного тока амперметром и вольтметром.

Совместными измерениями называются такие, при которых искомые значения разноименных величин определяются путем решения системы уравнений, связывающих значения искомых величин с непосредственно измеренными величинами . В качестве примера совместных измерений можно привести определение коэффициентов в формуле, связывающей сопротивление резистора с его температурой: Rt = R20 [1+α (T1-20)+β(T1-20)]

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.

Вторая большая группа методов электрических измерений объединена под общим названием методов сравнения . К ним относятся все те методы электрических измерений, при которых измеряемая величина сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой. Таким образом, отличительной чертой методов сравнения является непосредственное участие мер в процессе измерения.

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.

При дифференциальном методе , так же как и при нулевом, измеряемая величина сравнивается непосредственно или косвенно с мерой, а о значении измеряемой величины в результате сравнения судят по разности одновременно производимых этими величинами эффектов и по известной величине, воспроизводимой мерой. Таким образом, в дифференциальном методе происходит неполное уравновешивание измеряемой величины, и в этом заключается отличие дифференциального метода от нулевого.

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.

Укажем еще классификацию измерений по признаку изменения во времени измеряемой величины . В зависимости от того, изменяется ли измеряемая величина во времени или остается в процессе измерения неизменной, различаются статические и динамические измерения. Статическими называются измерения постоянных или установившихся значений. К ним относятся и измерения действующих и амплитудных значений величин, но в установившемся режиме.

Если измеряются мгновенные значения изменяющихся во времени величин, то измерения называются динамическими . Если при динамических измерениях средства измерений позволяют непрерывно следить за значениями измеряемой величины, такие измерения называются непрерывными.

Можно осуществить измерения какой-либо величины путем измерений ее значений в некоторые моменты времени t 1 , t2 и т. д. В результате окажутся известными не все значения измеряемой величины, а лишь значения в выбранные моменты времени. Такие измерения называются дискретными .

Источник

Погрешности измерений. Электрические измерения. Основные понятия.

Электрические измерения. Основные понятия.

Электрическое измерение — это процесс, заключающийся в определении значения электрических величин опытным пу­тем с помощью электроизмерительных приборов.

Электроизмерительный прибор — это средство измере­ния, предназначенное для выдачи количественной информации об измеряемой величине в доступной для восприятия форме. Он должен быть проградуирован в единицах измерения опре­деляемой этим прибором величины.

Электроизмерительные приборы могут быть классифицированы по различным призна­кам. Различают аналоговые и цифровые: показывающие и ре­гистрирующие; стационарные и переносные. Электроизмери­тельные приборы делятся по роду измеряемой величины, нап­ример, амперметр, вольтметр.

Результатом измерения является некоторое число, даю­щее количественную информацию об измеряемой величине. Ре­зультат измерения выражается в принятых единицах измерения.

Единицы измерения устанавливаются в каждой стране особым законодательством с учетом рекомендаций международных организаций. Основной системой измерения в международной практике является система СИ. Эталонами физических величин называют средства измерений или комплекс средств измерений, обеспечивающих воспроизведение и хранение единицы измерения с целью передачи её размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений.

В зависимости от точности эталоны различаются следующим образом:

Первичный эталон— эталон, который обеспечивает воспроизведение и хранение единицы измерения с наивысшей достижимой при данном уровне развития науки и техники точностью. Хранится в особых условиях.

Вторичный эталон— эталон, значение которого устанавливается по первичному эталону, является международным.

Государственный эталон является эталоном, исходящим для данной страны.

Рабочий эталон – эталон, применяемый для передачи размера единицы образцовым средствам измерения высшей точности. Рабочий эталон предназначен для практического применения при поверке и градуировке различных мер.

Мерой называют вещественное воспроизведение единицы измерения, её дробного или кратного значения с определённой наперёд заданной точностью. Меры имеют меньшую точность по сравнению с эталонами. Различают однозначные, многозначные меры и набор мер.

Однозначная мера воспроизводит физическую величину одного размера.

Многозначная мера воспроизводит ряд одноимённых величин разного размера.

Набор мер представляет собой специально подобранный комплект мер, применяемых не только по отдельности, но и различных сочетаниях с целью воспроизведения ряда одноимённых величин различного размера.

Виды измерений

Существует два способа измерения физической величи­ны: прямой и косвенный.

При прямом измерении значение искомой, величины определяется непосредственно из экспериментальных данных, например, с помощью стрелочных приборов. Уравнение прямого измерения:

где — измеряемая величина; Х — числовое значение измеряемой величины;

— единица измерения измеряемой величины.

При косвенном измерении значение искомой величины определяется по результатам прямого измерения других ве­личин, связанных с искомой известной зависимостью. Урав­нение косвенного измерения:

,

где — измеряемая величина; — значения измеряемых величин, полученных с помощью прямых измерений.

Косвенное измерение сопротивления производится с помощью приборов, используемых для прямого измерения тока I и напряжения U, а величина сопротивления определяется по закону Ома:

Существуют две схемы косвенного измерения (рисунок 7.1, 7.2).

Рисунок 7.1 Рисунок 7.2

При измерении сопротивления по схеме (рисунок 7.1) погрешность возникает за счет того, что амперметр учитывает не только ток, протекающий через сопротивление, но и ток, протекающий через вольтметр.

При измерении сопротивления по схеме (рисунок 7.2) погрешность возникает из-за того, что вольтметр кроме падения напряжения на сопротивлении

учитывает также значение падения напряжения на амперметре.

Действительные значения сопротивления с учетом погрешности, вносимой измерительными приборами, определяются по следующим формулам:

— для схемы, изображенной на рисунке 7.1:

— для схемы, изображенной на рисунке 7.2:

Очевидно, что схема, изображенная на рисунке 7.1, дает меньшую погрешность при измерении сопротивления малой величины, а схема, изображенная на рисунке 7.2, дает меньшую погрешность при измерении сопротивления большой величины.

Дата добавления: 2016-02-09 ; просмотров: 2383 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Лекция №7 Электрические измерения

1. Виды и методы электрических измерений. Классификация погрешностей

2. Средства измерения электрических величин

3. Электромеханические измерительные приборы

4. Приборы электромагнитной системы

5. Приборы магнитоэлектрической системы

6. Приборы электродинамической системы

7. Приборы ферродинамической системы

8. Приборы электростатической системы

9. Термоэлектрические приборы

10. Индукционные приборы

11. Выпрямительные приборы

12. Цифровые измерительные приборы

13. Измерение электрических величин

13.1. Измерения в цепях постоянного тока

13.2. Измерения в цепях переменного тока

14. Электрические методы измерения неэлектрических величин

1.Виды и методы электрических измерений. Классификация погрешностей Слайд № 2

Измерение – процесс нахождения опытным путем значения физической величины с помощью специальных технических средств (средств измерения).

Существует два вида измерений:

При прямых измерениях искомое значение физической величины определяют непосредственно по показанию прибора. К ним относятся: измерение тока амперметром, электроэнергии счетчиком, напряжения вольтметром и др.

При косвенных измерениях искомое значение физической величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, полученными в результате прямых измерений. Например, измерив ток и напряжение, можно найти величину электрического сопротивления.

Слайд № 3

Различают два основных метода измерений:

метод непосредственной оценки: значение измеряемой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора (например, значение тока – по амперметру). Этот метод прост, но имеет сравнительно невысокую точность;

метод сравнения, при котором измеряемая величина сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой. Этот метод точнее, но процесс измерения более сложный.

Метод сравнения имеет несколько разновидностей:

нулевой метод, при котором результирующий эффект взаимодействия сравниваемых величин на измерительный прибор доводят до нуля, например, измерения электрического сопротивления с помощью уравновешенного моста;

дифференциальный метод: на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой, например, измерение электрического сопротивления с помощью неуравновешенного моста;

метод замещения, при котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой и изменяя эту величину, добиваются такого же показания прибора, как и при действии измеряемой величины.

В связи с тем, что абсолютно точных приборов нет, каждое средство измерения характеризуется погрешностью.

Слайд № 4

Погрешности делятся на абсолютные, относительные и приведенные.

Абсолютная погрешность Δ – это разность между показанием прибора А и действительным значением измеряемой величины: .

Относительная погрешность δ представляет собой отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины А. Обычно относительная погрешность выражается в процентах:

.

Приведенная погрешность γ представляет собой отношение абсолютной погрешности Δ к нормирующему значению АN измеряемой величины:

.

Нормирующее значение обычно принимают равным верхнему пределу измерения для данного прибора.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Источник

Методы измерений и погрешности измерений

Метод измерений — прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений.

По общим приемам получения результатов измерений различают: 1) прямой метод измерений; 2) косвенный метод измерений. Первый реализуется при прямом измерении, второй — при косвенном измерении.

В соответствии с РМГ 29-99, к числу основных методов измерений относят метод непосредственной оценки и методы сравнения: дифференциальный, нулевой, замещения и совпадений.

Непосредственный метод — метод измерений, в котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия, например измерения силы тока амперметром.

Методы сравнения с мерой — методы, при которых измеряемая величина сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой:

  • дифференциальный метод характеризуется измерением разности между измеряемой величиной и известной величиной, воспроизводимой мерой. Примером дифференциального метода может служить измерение вольтметром разности двух напряжений, из которых одно известно с большой точностью, а другое представляет собой искомую величину;
  • нулевой метод — при котором разность между измеряемой величиной и мерой сводится к нулю. При этом нулевой метод имеет то преимущество, что мера может быть во много раз меньше измеряемой величины, например измерительный мост;
  • метод замещения — метод сравнения с мерой, в котором измеренную величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой. Метод замещения применяется при измерении сопротивления с поочередным замещением его из магазина сопротивлений;
  • метод совпадений — метод сравнения с мерой, в котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов. Примером использования данного метода может служить измерение частоты наблюдением при помощи осциллографа фигур Лиссажу.

Погрешности измерений. Процесс измерения неизбежно сопровождается ошибками, которые вызываются несовершенством измерительных средств, нестабильностью условий проведения измерений, несовершенством самого метода и методики измерений, недостаточным опытом и несовершенством органов чувств человека, выполняющего измерения, а также другими факторами.

Погрешность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины, называется абсолютной. Она не всегда является информативной. Например, абсолютная погрешность 0,01 мм может быть достаточно большой при измерениях величин в десятые доли миллиметра и малой при измерениях величин, размеры которых превышают несколько метров.

Более информативной величиной является относительная погрешность, под которой понимают отношение абсолютной погрешности измерения к ее истинному значению (или математическому ожиданию).

Именно относительная погрешность используется для характеристики точности измерения.

По своему характеру (закономерностям проявления) погрешности измерения подразделяются на систематические, случайные и грубые промахи.

К систематическим погрешностям измерений относят погрешности, которые при повторных измерениях остаются постоянными или изменяются по какому-либо закону.

Систематические погрешности измерения при измерении одним и тем же методом и одними и теми же измерительными средствами всегда имеют постоянные значения. К причинам, вызывающим их появление, относят:

  • погрешности метода или теоретические погрешности;
  • инструментальные погрешности;
  • погрешности, вызванные воздействием окружающей среды и условий измерения.

Случайные погрешности измерений – это погрешности, принимающие при повторных измерениях различные, независимые по знаку и величине значения, не подчиняющиеся какой-либо закономерности.

Влияние случайных погрешностей измерений выражается в разбросе полученных результатов относительно математического ожидания, поэтому количественно наличие случайных погрешностей хорошо оценивается среднеквадратическим отклонением (СКО).

Случайные погрешности измерений, не изменяя точности результата измерений, тем не менее, оказывают влияние на его достоверность.

При этом дисперсия среднего арифметического ряда измерений всегда имеет меньшую погрешность, чем погрешность каждого определенного измерения. Если необходимо повысить точность результата (при исключенной систематической погрешности) в 2 раза, то количество измерений надо увеличить в 4 раза.

Грубые погрешности измерений (промахи) — это погрешности, приводящие к явным искажениям результатов измерения.

При оценке грубых промахов прибегают к обычным методам проверки статистических гипотез.

Источник

Поделиться с друзьями
Моя стройка
Adblock
detector