ประเภทและวิธีการวัดทางไฟฟ้า

เมื่อเรียนวิศวกรรมไฟฟ้า เราจะต้องจัดการและวัดปริมาณไฟฟ้า แม่เหล็ก และเครื่องกล

ในการวัดปริมาณทางไฟฟ้า แม่เหล็ก หรือปริมาณอื่นๆ ให้เปรียบเทียบกับปริมาณที่เป็นเนื้อเดียวกันอื่นๆ ที่คิดเป็นหน่วย

บทความนี้กล่าวถึงการจัดประเภทการวัดที่สำคัญที่สุดสำหรับ ทฤษฎีและปฏิบัติการวัดทางไฟฟ้า… การจำแนกประเภทนี้อาจรวมถึงการจำแนกประเภทการวัดจากมุมมองของระเบียบวิธี เช่น ขึ้นอยู่กับวิธีการทั่วไปในการรับผลการวัด (ประเภทหรือประเภทของการวัด) การจำแนกประเภทการวัดขึ้นอยู่กับการใช้หลักการและอุปกรณ์การวัด (วิธีการวัด) และการจำแนกประเภทของการวัดขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของค่าที่วัดได้

ประเภทของการวัดทางไฟฟ้า

ขึ้นอยู่กับวิธีการทั่วไปในการรับผลลัพธ์ การวัดจะแบ่งออกเป็นประเภทต่างๆ ดังต่อไปนี้: ทางตรง ทางอ้อม และทางร่วม

สำหรับการวัดโดยตรงรวมถึงการวัดที่ได้รับผลลัพธ์โดยตรงจากข้อมูลการทดลองการวัดโดยตรงสามารถแสดงตามอัตภาพด้วยสูตร Y = X โดยที่ Y คือค่าที่ต้องการของค่าที่วัดได้ X — ค่าที่ได้รับโดยตรงจากข้อมูลการทดลอง การวัดประเภทนี้เกี่ยวข้องกับการวัดปริมาณทางกายภาพต่างๆ โดยใช้เครื่องมือที่สอบเทียบในหน่วยที่กำหนดไว้

ตัวอย่างเช่น การวัดกระแสด้วยแอมมิเตอร์ อุณหภูมิด้วยเทอร์โมมิเตอร์ เป็นต้น การวัดประเภทนี้ยังรวมถึงการวัดที่ค่าที่ต้องการของปริมาณถูกกำหนดโดยการเปรียบเทียบโดยตรงกับการวัด วิธีการที่ใช้และความเรียบง่าย (หรือความซับซ้อน) ของการทดสอบจะไม่นำมาพิจารณาเมื่อระบุแหล่งที่มาของการวัดแบบเส้นตรง

การวัดทางอ้อมเรียกว่าการวัดดังกล่าว ซึ่งจะพบค่าที่ต้องการของปริมาณบนพื้นฐานของความสัมพันธ์ที่ทราบระหว่างปริมาณนี้กับปริมาณที่อยู่ภายใต้การวัดโดยตรง สำหรับการวัดทางอ้อม ค่าตัวเลขของค่าที่วัดได้จะถูกกำหนดโดยการคำนวณสูตร Y = F (Xl, X2 ... Xn) โดยที่ Y คือค่าที่ต้องการของค่าที่วัดได้ NS1, X2, Xn — ค่าของปริมาณที่วัดได้ ตัวอย่างของการวัดทางอ้อมคือการวัดกำลังไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงด้วยแอมมิเตอร์และโวลต์มิเตอร์

การวัดร่วมกันเรียกว่าการวัดค่าที่ต้องการของปริมาณที่แตกต่างกันโดยการแก้ระบบสมการที่เชื่อมต่อค่าของปริมาณที่ต้องการกับปริมาณที่วัดได้โดยตรง ตัวอย่างของการวัดร่วมกันสามารถให้คำจำกัดความของค่าสัมประสิทธิ์ในสูตรที่เกี่ยวข้องกับตัวต้านทานความต้านทานพร้อมอุณหภูมิ: Rt = R20 [1 + α (T1-20) + β (T1-20)]

วิธีการวัดทางไฟฟ้า

ขึ้นอยู่กับชุดของเทคนิคในการใช้หลักการและเครื่องมือวัด วิธีการทั้งหมดแบ่งออกเป็นวิธีการประเมินโดยตรงและวิธีการเปรียบเทียบ

สาระสำคัญของวิธีการประเมินโดยตรงประกอบด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าค่าของปริมาณที่วัดได้นั้นประเมินจากการอ่านค่าหนึ่ง (การวัดโดยตรง) หรืออุปกรณ์หลาย ๆ ตัว (การวัดทางอ้อม) ซึ่งสอบเทียบล่วงหน้าในหน่วยของปริมาณที่วัดได้หรือในหน่วยของ ปริมาณอื่น ๆ ซึ่งขึ้นอยู่กับปริมาณขนาดที่วัดได้

ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดของวิธีการประมาณค่าโดยตรงคือการวัดปริมาณแต่ละปริมาณด้วยอุปกรณ์ที่มีมาตราส่วนในหน่วยที่เหมาะสม

วิธีการวัดทางไฟฟ้ากลุ่มใหญ่กลุ่มที่สองรวมกันภายใต้ชื่อทั่วไป วิธีการเปรียบเทียบ... ซึ่งรวมถึงวิธีการวัดทางไฟฟ้าทั้งหมดที่เปรียบเทียบค่าที่วัดได้กับค่าที่ทำซ้ำโดยการวัด ดังนั้น คุณลักษณะที่โดดเด่นของวิธีการเปรียบเทียบคือการมีส่วนร่วมโดยตรงของมาตรการในกระบวนการวัด

วิธีการเปรียบเทียบแบ่งออกเป็นดังต่อไปนี้: โมฆะ ดิฟเฟอเรนเชียล การแทนที่ และการจับคู่

วิธี Null นี่คือวิธีการเปรียบเทียบค่าที่วัดได้กับการวัดซึ่งผลลัพธ์ของอิทธิพลของค่าที่มีต่อการวัดจะลดลงเป็นศูนย์ ดังนั้น เมื่อถึงจุดสมดุล ปรากฏการณ์บางอย่างจะหายไป เช่น กระแสในส่วนของวงจรหรือแรงดันข้าม ซึ่งสามารถบันทึกได้โดยใช้อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่นี้ — ตัวบ่งชี้ที่เป็นศูนย์ เนื่องจากตัวบ่งชี้ค่าศูนย์มีความไวสูง และเนื่องจากการวัดสามารถทำได้ด้วยความแม่นยำสูง จึงมีความแม่นยำในการวัดสูง

ตัวอย่างของการประยุกต์ใช้วิธี null คือการวัดความต้านทานไฟฟ้าผ่านสะพานที่สมดุลอย่างสมบูรณ์

ในวิธีดิฟเฟอเรนเชียล เช่นเดียวกับในวิธี Null ค่าที่วัดได้จะถูกเปรียบเทียบโดยตรงหรือโดยอ้อมกับค่าที่วัดได้ และค่าของค่าที่วัดได้ซึ่งเป็นผลมาจากการเปรียบเทียบจะถูกตัดสินโดยผลต่างระหว่างผลที่เกิดขึ้นพร้อมกันจากค่าเหล่านี้ ​และค่าที่ทราบที่ทำซ้ำโดยการวัด ดังนั้นด้วยวิธีดิฟเฟอเรนเชียลทำให้ได้ค่าที่วัดได้ไม่สมดุลอย่างสมบูรณ์ และนี่คือความแตกต่างระหว่างวิธีดิฟเฟอเรนเชียลกับศูนย์

วิธีดิฟเฟอเรนเชียลเป็นการรวมคุณลักษณะบางอย่างของวิธีการประมาณค่าโดยตรงและคุณลักษณะบางอย่างของวิธีการค่าว่าง สามารถให้ผลการวัดที่แม่นยำมากได้ก็ต่อเมื่อค่าที่วัดได้และการวัดแตกต่างกันเล็กน้อย

ตัวอย่างเช่น หากความแตกต่างระหว่างสองปริมาณนี้คือ 1% และวัดด้วยข้อผิดพลาดสูงถึง 1% ดังนั้น ข้อผิดพลาดในการวัดของปริมาณที่ต้องการจึงลดลงเหลือ 0.01% หากไม่คำนึงถึงข้อผิดพลาดในการวัด ตัวอย่างของการใช้วิธีดิฟเฟอเรนเชียลคือการวัดความแตกต่างระหว่างแรงดันไฟฟ้าสองค่าด้วยโวลต์มิเตอร์ ซึ่งค่าหนึ่งทราบด้วยความแม่นยำสูง และอีกค่าหนึ่งคือค่าที่ต้องการ

วิธีการทดแทนประกอบด้วยการวัดค่าที่ต้องการอย่างต่อเนื่องด้วยอุปกรณ์และการวัดด้วยอุปกรณ์เดียวกันซึ่งเป็นการวัดที่สร้างค่าซ้ำที่เป็นเนื้อเดียวกันกับค่าที่วัดได้ ค่าที่ต้องการสามารถคำนวณได้จากผลการวัดสองครั้งเนื่องจากการวัดทั้งสองทำโดยอุปกรณ์เดียวกันภายใต้สภาวะภายนอกเดียวกัน และค่าที่ต้องการถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของการอ่านอุปกรณ์ ข้อผิดพลาดของผลการวัดจึงลดลงอย่างมาก เนื่องจากข้อผิดพลาดของเครื่องมือมักจะไม่เหมือนกันที่จุดต่างๆ ของสเกล ความแม่นยำในการวัดสูงสุดจึงทำได้ด้วยการอ่านค่าเดียวกันของเครื่องมือ

ตัวอย่างของการใช้วิธีการแทนที่จะเป็นการวัดค่าที่ค่อนข้างใหญ่ ความต้านทานไฟฟ้ากระแสตรง โดยวัดกระแสที่ไหลผ่านตัวต้านทานควบคุมและตัวอย่างอย่างต่อเนื่อง วงจรต้องได้รับพลังงานจากแหล่งกระแสเดียวกันระหว่างการวัด ความต้านทานของแหล่งกระแสและอุปกรณ์ที่วัดกระแสต้องมีค่าน้อยมากเมื่อเทียบกับค่าความต้านทานตัวแปรและตัวอย่าง

วิธีการจับคู่ นี่คือวิธีการวัดผลต่างระหว่างค่าที่วัดได้และค่าที่ทำซ้ำจากการวัดโดยใช้การจับคู่เครื่องหมายมาตราส่วนหรือสัญญาณตามคาบ วิธีนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการฝึกวัดแบบไม่ใช้ไฟฟ้า

ตัวอย่างนี้คือการวัดความยาว เวอร์เนียร์คาลิปเปอร์… ในการวัดทางไฟฟ้า ตัวอย่างคือการวัดความเร็วของร่างกายด้วยสโตรโบสโคป

นอกจากนี้ เราจะระบุการจัดประเภทของการวัดตามการเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไปของค่าที่วัดได้... ขึ้นอยู่กับว่าค่าที่วัดได้เปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลาหรือยังคงไม่เปลี่ยนแปลงในระหว่างกระบวนการวัด มีการสร้างความแตกต่างระหว่างการวัดแบบคงที่และแบบไดนามิก หมายถึงการวัดค่าคงที่หรือคงที่ซึ่งรวมถึงการวัดค่า rms และค่าแอมพลิจูดของปริมาณ แต่อยู่ในสถานะคงที่

หากมีการวัดค่าทันทีของปริมาณที่แปรผันตามเวลาการวัดจะเรียกว่า ไดนามิก... หากในระหว่างการวัดแบบไดนามิกเครื่องมือวัดอนุญาตให้คุณสังเกตค่าของปริมาณที่วัดได้อย่างต่อเนื่องการวัดดังกล่าวจะเรียกว่าต่อเนื่อง

เป็นไปได้ที่จะทำการวัดปริมาณใด ๆ โดยการวัดค่า ณ จุดเวลา t1, t2 เป็นต้น เป็นผลให้ไม่ทราบค่าทั้งหมดของปริมาณที่วัดได้ แต่จะทราบเฉพาะค่าในเวลาที่เลือกเท่านั้น การวัดดังกล่าวเรียกว่าแยกต่างหาก