Nevojat e shkencës dhe teknologjisë përfshijnë një mori matjesh, mjetet dhe metodat e të cilave po zhvillohen dhe përmirësohen vazhdimisht. Rolin më të rëndësishëm në këtë fushë e kanë matjet e sasive elektrike, të cilat përdoren gjerësisht në industri të ndryshme.
Koncepti i matjeve
Matja e çdo sasie fizike bëhet duke e krahasuar atë me një sasi të të njëjtit lloj dukurish, të marra si njësi matëse. Rezultati i përftuar nga krahasimi paraqitet numerikisht në njësitë përkatëse.
Ky operacion kryhet me ndihmën e instrumenteve matëse të posaçme - pajisje teknike që ndërveprojnë me objektin, parametra të caktuar të të cilave duhet të maten. Në këtë rast përdoren metoda të caktuara - teknika me të cilat vlera e matur krahasohet me njësinë matëse.
Ka disa shenja që shërbejnë si bazë për klasifikimin e matjeve të sasive elektrike sipas llojit:
- Sasiaktet e matjes. Këtu një herë ose shumëfishimi i tyre është thelbësor.
- Shkalla e saktësisë. Ka matje teknike, kontrolli dhe verifikimi, matje më të sakta, si dhe matje të barabarta dhe të pabarabarta.
- Natyra e ndryshimit në vlerën e matur me kalimin e kohës. Sipas këtij kriteri, matjet janë statike dhe dinamike. Përmes matjeve dinamike fitohen vlera të menjëhershme të sasive që ndryshojnë me kalimin e kohës dhe matjet statike - disa vlera konstante.
- Përfaqësimi i rezultatit. Matjet e sasive elektrike mund të shprehen në formë relative ose absolute.
- Mënyra për të marrë rezultatin e dëshiruar. Sipas kësaj veçorie, matjet ndahen në të drejtpërdrejta (në të cilat rezultati merret drejtpërdrejt) dhe të tërthorta, në të cilat maten drejtpërdrejt sasitë që lidhen me vlerën e dëshiruar nga disa varësi funksionale. Në rastin e fundit, sasia fizike e kërkuar llogaritet nga rezultatet e marra. Pra, matja e rrymës me një ampermetër është një shembull i një matjeje të drejtpërdrejtë, dhe fuqia është një indirekte.
Matje
Pajisjet e destinuara për matje duhet të kenë karakteristika të normalizuara dhe gjithashtu të ruajnë për një kohë të caktuar ose të riprodhojnë njësinë e vlerës për të cilën janë të destinuara.
Mjetet për matjen e sasive elektrike ndahen në disa kategori në varësi të qëllimit:
- Masat. Këto mjete shërbejnë për të riprodhuar vlerën e disa të dhënamadhësia - si, për shembull, një rezistencë që riprodhon një rezistencë të caktuar me një gabim të njohur.
- Transformatorët matës që formojnë një sinjal në një formë të përshtatshme për ruajtje, konvertim, transmetim. Informacioni i këtij lloji nuk është i disponueshëm për perceptim të drejtpërdrejtë.
- Aparatet matëse elektrike. Këto mjete janë krijuar për të paraqitur informacionin në një formë të aksesueshme për vëzhguesin. Ato mund të jenë portative ose të palëvizshme, analoge ose dixhitale, incizuese ose sinjalizuese.
- Instalimet matëse elektrike janë komplekse të mjeteve të mësipërme dhe pajisjeve shtesë, të përqendruara në një vend. Njësitë lejojnë matje më komplekse (për shembull, karakteristikat magnetike ose rezistenca), shërbejnë si pajisje verifikimi ose referimi.
- Sistemet matëse elektrike janë gjithashtu një kombinim i mjeteve të ndryshme. Megjithatë, ndryshe nga instalimet, pajisjet për matjen e sasive elektrike dhe mjeteve të tjera në sistem janë të shpërndara. Me ndihmën e sistemeve, ju mund të matni disa sasi, të ruani, përpunoni dhe transmetoni sinjale informacioni të matjes.
Nëse është e nevojshme të zgjidhet një problem specifik i matjes komplekse, krijohen komplekse matëse dhe llogaritëse që kombinojnë një numër pajisjesh dhe pajisjesh elektronike llogaritëse.
Karakteristikat e instrumenteve matëse
Pajisjet e pajisjeve matëse kanë disa veçori që janë të rëndësishmepër të kryer funksionet e tyre të drejtpërdrejta. Këto përfshijnë:
- Karakteristikat metrologjike, si ndjeshmëria dhe pragu i saj, diapazoni i matjes së një sasie elektrike, gabimi i instrumentit, vlera e ndarjes, shpejtësia, etj.
- Karakteristikat dinamike, të tilla si amplituda (varësia e amplitudës së sinjalit dalës të pajisjes nga amplituda në hyrje) ose faza (varësia e zhvendosjes së fazës nga frekuenca e sinjalit).
- Karakteristikat e performancës që pasqyrojnë shkallën në të cilën instrumenti plotëson kërkesat e funksionimit në kushte të caktuara. Këto përfshijnë veti të tilla si besueshmëria e indikacioneve, besueshmëria (operueshmëria, qëndrueshmëria dhe funksionimi jo i dështimit i pajisjes), mirëmbajtja, siguria elektrike, ekonomia.
Grupi i karakteristikave të pajisjeve përcaktohet nga dokumentet përkatëse rregullatore dhe teknike për çdo lloj pajisjeje.
Metodat e aplikuara
Matja e sasive elektrike kryhet me metoda të ndryshme, të cilat mund të klasifikohen edhe sipas kritereve të mëposhtme:
- Lloji i dukurive fizike në bazë të të cilave bëhet matja (dukuri elektrike ose magnetike).
- Natyra e ndërveprimit të mjetit matës me objektin. Në varësi të tij, dallohen metodat kontaktuese dhe jokontaktuese për matjen e sasive elektrike.
- Modaliteti i matjes. Sipas tij, matjet janë dinamike dhe statike.
- Mënyra e matjes. Zhvilluar si metoda të vlerësimit të drejtpërdrejtë kur sasia e kërkuarpërcaktohet drejtpërdrejt nga pajisja (për shembull, një ampermetër) dhe metoda më të sakta (zero, diferencial, kundërshtim, zëvendësim), në të cilat zbulohet duke krahasuar me një vlerë të njohur. Kompensuesit dhe urat matëse elektrike të rrymës direkte dhe alternative shërbejnë si pajisje krahasimi.
Instrumentet matëse elektrike: llojet dhe veçoritë
Matja e sasive bazë elektrike kërkon një shumëllojshmëri të gjerë instrumentesh. Në varësi të parimit fizik që qëndron në themel të punës së tyre, ata të gjithë ndahen në grupet e mëposhtme:
- Pajisjet elektromekanike duhet të kenë një pjesë lëvizëse në dizajnin e tyre. Ky grup i madh i instrumenteve matëse përfshin pajisjet elektrodinamike, ferrodinamike, magnetoelektrike, elektromagnetike, elektrostatike, induksioni. Për shembull, parimi magnetoelektrik, i cili përdoret shumë gjerësisht, mund të përdoret si bazë për pajisje të tilla si voltmetra, ampermetra, ohmmetra, galvanometra. Matësit e energjisë elektrike, matësit e frekuencës etj. bazohen në parimin e induksionit.
- Pajisjet elektronike dallohen nga prania e blloqeve shtesë: konvertuesit e sasive fizike, amplifikatorët, konvertuesit, etj. Si rregull, në pajisjet e këtij lloji, vlera e matur konvertohet në tension dhe një voltmetër shërben si bazën strukturore të tyre. Instrumentet matëse elektronike përdoren si matës të frekuencës, kapacitetit, rezistencës, matësve të induktivitetit, oshiloskopëve.
- Termoelektrikpajisjet kombinojnë në dizajnin e tyre një pajisje matëse të një lloji magnetoelektrik dhe një konvertues termik të formuar nga një termoelement dhe një ngrohës përmes të cilit rrjedh rryma e matur. Instrumentet e këtij lloji përdoren kryesisht për matjen e rrymave me frekuencë të lartë.
- Elektrokimike. Parimi i funksionimit të tyre bazohet në proceset që ndodhin në elektroda ose në mjedisin në studim në hapësirën ndërelektrodike. Instrumentet e këtij lloji përdoren për të matur përçueshmërinë elektrike, sasinë e elektricitetit dhe disa sasive jo elektrike.
Sipas veçorive funksionale, dallohen llojet e mëposhtme të instrumenteve për matjen e sasive elektrike:
- Tregues (sinjalizimi) - këto janë pajisje që lejojnë vetëm leximin e drejtpërdrejtë të informacionit të matjes, si vatmetrat ose ampermetrat.
- Regjistrim - pajisje që lejojnë mundësinë e regjistrimit të leximeve, për shembull, oshiloskopët elektronikë.
Sipas llojit të sinjalit, pajisjet ndahen në analoge dhe dixhitale. Nëse pajisja gjeneron një sinjal që është një funksion i vazhdueshëm i vlerës së matur, ai është analog, për shembull, një voltmetër, leximet e të cilit jepen duke përdorur një shkallë me një shigjetë. Në rast se një sinjal gjenerohet automatikisht në pajisje në formën e një rryme vlerash diskrete që hyjnë në ekran në formë numerike, flitet për një instrument matës dixhital.
Instrumentet dixhitale kanë disa disavantazhe në krahasim me ato analoge: më pak besueshmëri,nevoja për furnizim me energji elektrike, kosto më e lartë. Megjithatë, ato dallohen edhe nga avantazhe domethënëse që përgjithësisht e bëjnë më të preferuar përdorimin e pajisjeve dixhitale: lehtësia e përdorimit, saktësia e lartë dhe imuniteti ndaj zhurmës, mundësia e universalizimit, kombinimi me kompjuter dhe transmetimi i sinjalit në distancë pa humbje të saktësisë.
Paaktësitë dhe saktësia e instrumenteve
Karakteristika më e rëndësishme e një instrumenti matës elektrik është klasa e saktësisë. Matja e sasive elektrike, si çdo tjetër, nuk mund të kryhet pa marrë parasysh gabimet e pajisjes teknike, si dhe faktorët (koeficientët) shtesë që ndikojnë në saktësinë e matjes. Vlerat kufitare të gabimeve të dhëna të lejuara për këtë lloj pajisjeje quhen të normalizuara dhe shprehen në përqindje. Ato përcaktojnë klasën e saktësisë së një pajisjeje të caktuar.
Klasat standarde të përdorura për të shënuar shkallët e pajisjeve matëse janë si më poshtë: 4, 0; 2, 5; pesëmbëdhjetë; dhjetë; 0,5; 0,2; 0,1; 0.05. Në përputhje me to, vendoset një ndarje sipas qëllimit: pajisjet që i përkasin klasave nga 0.05 në 0.2 janë shembullore, klasat 0.5 dhe 1.0 kanë pajisje laboratorike dhe, së fundi, pajisjet e klasave 1, 5-4, 0 janë teknike..
Kur zgjidhni një pajisje matës, është e nevojshme që ajo të korrespondojë me klasën e problemit që zgjidhet, ndërsa kufiri i sipërm i matjes duhet të jetë sa më afër vlerës numerike të vlerës së dëshiruar. Kjo do të thotë, sa më i madh të arrihet devijimi i treguesit të instrumentit, aq më i vogël do të jetë gabimi relativ i matjes. Nëse disponohen vetëm instrumente të klasit të ulët, duhet të zgjidhet ai me diapazonin më të vogël të funksionimit. Duke përdorur këto metoda, matjet e sasive elektrike mund të kryhen mjaft saktë. Në këtë rast, duhet të keni parasysh edhe llojin e shkallës së pajisjes (uniforme ose të pabarabarta, si p.sh. shkallët e ommetrit).
Masitë elektrike bazë dhe njësitë e tyre
Më shpesh, matjet elektrike lidhen me grupin e mëposhtëm të sasive:
- Fuqia e rrymës (ose thjesht rryma) I. Kjo vlerë tregon sasinë e ngarkesës elektrike që kalon nëpër seksionin e përcjellësit në 1 sekondë. Matja e madhësisë së rrymës elektrike kryhet në amper (A) duke përdorur ampermetra, avometra (testues, të ashtuquajturat "tseshek"), multimetra dixhitalë, transformatorë instrumentesh.
- Sasia e energjisë elektrike (tarifë) q. Kjo vlerë përcakton se deri në çfarë mase një trup fizik i caktuar mund të jetë burim i një fushe elektromagnetike. Ngarkesa elektrike matet në kulonë (C). 1 C (amper-sekondë)=1 A ∙ 1 s. Instrumentet për matje janë elektrometrat ose matësat elektronikë të ngarkesës (metër kulomb).
- Tensioni U. Shpreh ndryshimin potencial (energjinë e ngarkesës) që ekziston midis dy pikave të ndryshme të fushës elektrike. Për një sasi të caktuar elektrike, njësia matëse është volt (V). Nëse për të lëvizur një ngarkesë prej 1 kulombi nga një pikë në tjetrën, fusha kryen punë prej 1 xhaul (d.m.th., harxhohet energjia përkatëse), atëherëdiferenca e mundshme - voltazhi - midis këtyre pikave është 1 volt: 1 V \u003d 1 J / 1 C. Matja e tensionit elektrik kryhet duke përdorur voltmetra, multimetra dixhitalë ose analogë (testues).
- Rezistenca R. Karakterizon aftësinë e një përcjellësi për të parandaluar kalimin e rrymës elektrike nëpër të. Njësia e rezistencës është om. 1 ohm është rezistenca e një përcjellësi me një tension prej 1 volt në skajet ndaj një rryme prej 1 amper: 1 ohm=1 V / 1 A. Rezistenca është drejtpërdrejt proporcionale me seksionin kryq dhe gjatësinë e përcjellësit. Për matjen e tij përdoren ommetrat, avometrat, multimetrat.
- Përçueshmëria elektrike (përçueshmëria) G është reciproke e rezistencës. E matur në siemens (cm): 1 cm=1 ohm-1.
- Kapaciteti C është një masë e aftësisë së një përcjellësi për të ruajtur ngarkesën, gjithashtu një nga sasitë bazë elektrike. Njësia e saj matëse është faradi (F). Për një kondensator, kjo vlerë përcaktohet si kapaciteti i ndërsjellë i pllakave dhe është i barabartë me raportin e ngarkesës së akumuluar me ndryshimin e mundshëm në pllaka. Kapaciteti i një kondensatori të sheshtë rritet me një rritje në sipërfaqen e pllakave dhe me një ulje të distancës midis tyre. Nëse, me një ngarkesë prej 1 varëse, krijohet një tension prej 1 volt në pllaka, atëherë kapaciteti i një kondensatori të tillë do të jetë i barabartë me 1 farad: 1 F \u003d 1 C / 1 V. Matja kryhet duke përdorur instrumente speciale - matës të kapacitetit ose multimetra dixhitalë.
- Fuqia P është një vlerë që pasqyron shpejtësinë me të cilën kryhet transferimi (konvertimi) i energjisë elektrike. Si njësi sistem i fuqisë i miratuarvat (W; 1 W=1J/s). Kjo vlerë mund të shprehet edhe në terma të produktit të tensionit dhe fuqisë së rrymës: 1 W=1 V ∙ 1 A. Për qarqet AC, fuqia aktive (e konsumuar) Pa, P reaktive ra (nuk merr pjesë në funksionimin e rrymës) dhe fuqia e plotë P. Gjatë matjes, përdoren për to njësitë e mëposhtme: vat, var (që do të thotë "volt-amper reaktive") dhe, në përputhje me rrethanat, volt-amper V ∙ POR. Dimensionet e tyre janë të njëjta dhe shërbejnë për të dalluar sasitë e treguara. Instrumentet për matjen e fuqisë - vatmetra analog ose dixhital. Matjet indirekte (për shembull, duke përdorur një ampermetër) nuk janë gjithmonë të zbatueshme. Për të përcaktuar një sasi kaq të rëndësishme si faktori i fuqisë (i shprehur në këndin e zhvendosjes së fazës), përdoren pajisje të quajtura matës të fazës.
- Frekuenca f. Kjo është një karakteristikë e një rryme alternative, që tregon numrin e cikleve të ndryshimit në madhësinë dhe drejtimin e saj (në rastin e përgjithshëm) për një periudhë prej 1 sekonde. Njësia e frekuencës është sekonda reciproke, ose herci (Hz): 1 Hz=1 s-1. Kjo vlerë matet me anë të një klase të gjerë instrumentesh të quajtur matës të frekuencës.
Sasi magnetike
Magnetizmi është i lidhur ngushtë me elektricitetin, pasi që të dy janë manifestime të një procesi të vetëm themelor fizik - elektromagnetizmit. Prandaj, një lidhje po aq e ngushtë është karakteristikë e metodave dhe mjeteve të matjes së sasive elektrike dhe magnetike. Por ka edhe nuanca. Si rregull, gjatë përcaktimit të kësaj të fundit, praktikishtbëhet një matje elektrike. Vlera magnetike është marrë në mënyrë indirekte nga marrëdhënia funksionale që e lidh atë me atë elektrike.
Vlerat e referencës në këtë zonë matëse janë induksioni magnetik, forca e fushës dhe fluksi magnetik. Ato mund të konvertohen duke përdorur bobinën matëse të pajisjes në EMF, e cila matet, pas së cilës llogariten vlerat e kërkuara.
- Fluksi magnetik matet duke përdorur instrumente të tillë si webermetra (fotovoltaikë, magnetoelektrikë, analogë elektronikë dhe dixhitalë) dhe galvanometra balistikë shumë të ndjeshëm.
- Induksioni dhe forca e fushës magnetike maten duke përdorur telemetra të pajisur me lloje të ndryshme dhënës.
Matja e sasive elektrike dhe magnetike, të cilat lidhen drejtpërdrejt, lejon zgjidhjen e shumë problemeve shkencore dhe teknike, për shembull, studimi i bërthamës atomike dhe fushës magnetike të Diellit, Tokës dhe planetëve, studimi i vetitë magnetike të materialeve të ndryshme, kontrolli i cilësisë dhe të tjera.
Sasi joelektrike
Përshtatshmëria e metodave elektrike bën të mundur shtrirjen me sukses të tyre në matjet e sasive të ndryshme fizike të natyrës jo elektrike, si temperatura, dimensionet (lineare dhe këndore), deformimi dhe shumë të tjera, si dhe për të hetuar proceset kimike dhe përbërjen e substancave.
Instrumentet për matjen elektrike të sasive jo elektrike janë zakonisht një kompleks i një sensori - një konvertues në çdo parametër qark (tension,rezistencë) dhe pajisje matëse elektrike. Ka shumë lloje të transduktorëve, falë të cilëve mund të matni një sërë sasish. Këtu janë vetëm disa shembuj:
- Sensorë reostatikë. Në transduktorë të tillë, kur vlera e matur ekspozohet (për shembull, kur niveli i lëngut ose vëllimi i tij ndryshon), rrëshqitësi i reostatit lëviz, duke ndryshuar kështu rezistencën.
- Termistorë. Rezistenca e sensorit në pajisjet e këtij lloji ndryshon nën ndikimin e temperaturës. Përdoret për të matur shkallën e rrjedhës së gazit, temperaturën, për të përcaktuar përbërjen e përzierjeve të gazit.
- Rezistenca ndaj sforcimit lejon matjet e sforcimit të telit.
- Fotosensorë që konvertojnë një ndryshim në ndriçim, temperaturë ose lëvizje në një rrymë fotoje më pas matet.
- Transduktorë kapacitiv të përdorur si sensorë për kiminë e ajrit, zhvendosjen, lagështinë, presionin.
- Transduktorët piezoelektrikë funksionojnë sipas parimit të shfaqjes së EMF në disa materiale kristalore kur aplikohen mekanikisht në to.
- Sensorët induktivë bazohen në shndërrimin e sasive të tilla si shpejtësia ose nxitimi në një emf të induktuar.
Zhvillimi i instrumenteve dhe metodave matëse elektrike
Një shumëllojshmëri e gjerë mjetesh për matjen e sasive elektrike është për shkak të shumë fenomeneve të ndryshme në të cilat këta parametra luajnë një rol të rëndësishëm. Proceset dhe dukuritë elektrike kanë një gamë jashtëzakonisht të gjerë përdorimesh nëtë gjitha industritë - është e pamundur të tregohet një zonë e tillë e aktivitetit njerëzor ku nuk do të gjenin aplikim. Kjo përcakton gamën gjithnjë në zgjerim të problemeve të matjeve elektrike të sasive fizike. Shumëllojshmëria dhe përmirësimi i mjeteve dhe metodave për zgjidhjen e këtyre problemeve është vazhdimisht në rritje. Zhvillon veçanërisht me shpejtësi dhe sukses një drejtim të tillë të teknologjisë matëse si matja e sasive jo elektrike me metoda elektrike.
Teknologjia moderne e matjes elektrike po zhvillohet në drejtim të rritjes së saktësisë, imunitetit dhe shpejtësisë ndaj zhurmës, si dhe rritjes së automatizimit të procesit të matjes dhe përpunimit të rezultateve të tij. Instrumentet matëse kanë kaluar nga pajisjet më të thjeshta elektromekanike në pajisjet elektronike dhe dixhitale, dhe më tej në sistemet më të fundit matëse dhe llogaritëse duke përdorur teknologjinë e mikroprocesorit. Në të njëjtën kohë, rritja e rolit të komponentit softuer të pajisjeve matëse është padyshim tendenca kryesore e zhvillimit.
