6.1. Основні поняття та класифікація електричних вимірювань

Основні поняття. Вимірювання є основним способом одержання достовірної інформації про властивості об’єктів навколишнього матеріального світу.

Вимірювання – експериментальне одержання значення фізичної величини за допомогою спеціальних технічних засобів шляхом порівняння вихідного сигналу з мірою.

Спочатку люди обмежувалися вимірюванням механічних та інших неелектричних величин за допомогою механічних засобів вимірювання. Ці засоби є простими і надійними, але через велику інерційність вони не придатні для виміру величин, що швидко змінюються, а через складність посилення потужності механічними методами мають низьку чутливість. Від таких недоліків вільні пневматичні, оптичні й електричні засоби вимірювання.

На сьогодні найбільш часто застосовними є електричні вимірювальні прилади, які, завдяки цілому ряду позитивних якостей, посіли чільне місце серед засобів вимірювальної техніки. До основних переваг електричних вимірювань відносяться:

– універсальність (можуть вимірюватися і неелектричні величини після їх попереднього перетворення в електричні);

– можливість контролю за приладами з будь-якої відстані, завдяки можливості передачі електричних сигналів по проводах і за допомогою електромагнітних хвиль;

– простота автоматизації вимірювальних процесів, тому що електричні кола мають властивість виконувати логічні операції;

– здатність вимірювати величини, які швидко змінюються, через наявність мало-інерційних електровимірювальних засобів;

– висока чутливість засобів вимірювання і висока точність вимірів, що зумовлені можливістю посилення електричних сигналів.

Перший електричний вимірювальний прилад – прототип електрометра – прилад, призначений для вивчення атмосферної електрики, – створив у 1753 році російський академік Георг Вільгельм Ріхман. Основний розвиток електровимірювальної техніки припав на другу половину XIX сторіччя.

В основі роботи електровимірювального приладу – перетворення електричної енергії в інші види енергії: механічну, теплову, електромагнітну. Для виконання виміру потрібні міра і прилад порівняння (наприклад: міра – гиря, прилад порівняння – ваги з коромислом). У більшості приладів міра при проведенні вимірювань не використовується, тому що вона була застосована при градуюванні шкали приладу і відображена на його шкалі.

Ціна поділки шкали приладу або стала приладу (позначається літерою С) – величина, що показує, на скільки змінюється значення величини, що вимірюється, при переміщенні стрілки (покажчика) приладу на одну поділку його шкали. Ціна поділки шкали приладу – це величина, на яку повинен бути помножений відлік за шкалою у поділках для того, щоб одержати величину, що вимірюється. Наприклад, ціна поділки амперметра визначається за формулою:

                                                 (6.1)

де ΔI – зміна величини сили струму, [А]; Δα – кількість поділок шкали амперметра, на яку перемістилася стрілка за зміни величини сили струму ΔI.

Чутливість приладу (позначається літерою S) – величина, обернена до сталої приладу. Чутливість приладу визначається відношенням збільшення кутового або лінійного переміщення покажчика приладу (у градусах, міліметрах або просто в поділках шкали) до відповідної зміни вимірюваної величини. Наприклад, чутливість амперметра визначається за формулою:

                                                (6.2)

При нерівномірній шкалі чутливість приладу на різних ділянках шкали є різною, оскільки тому самому збільшенню вимірюваної величини будуть відповідати різні кути відхилення стрілки.

Класифікація електричних вимірювань. Вимірювання класифіковані на:

• електричні й неелектричні;
• статичні і динамічні;
• безпосередньої оцінки та порівняння;
• прямі, непрямі, сукупні.

Ознакою поділу вимірювань на електричні й неелектричні є наявність або відсутність у вимірювальному колі перетворення в електричний сигнал. У більшості випадків неелектричні величини вимірюють електричними методами.

Поділ вимірювань на статичні і динамічні визначається співвідношенням між значеннями статичної і динамічної складової похибки вимірювань.

Метод безпосередньої оцінки полягає в тому, що значення вимірюваної величини визначають за показаннями одного (прямі вимірювання) або кількох (непрямі вимірювання) приладів, які завчасно були проградуйовані в одиницях вимірюваної величини.

Метод порівняння – метод електричних вимірювань, за яких вимірювана величина порівнюється з мірою. Характерною рисою методу порівняння є безпосередня участь мір у процесі вимірювання.

Прямі вимірювання – вимірювання, при яких значення вимірюваної величини знаходять безпосередньо з дослідних даних шляхом порівняння її величини з величиною, відтвореною мірою або шкалою приладу.

Непрямі вимірювання – вимірювання, при яких значення вимірюваної величини знаходять за проміжними результатами, отриманими за допомогою вимірювання інших величин. Наприклад, електричний опір R можна розрахувати за допомогою закону Ома на основі результатів вимірювання напруги U та сили струму I: . Непрямі вимірювання застосовують у тих випадках, коли величину неможливо виміряти безпосередньо або коли непрямі вимірювання забезпечують більш високу точність вимірювання.

Сукупні вимірювання – вимірювання декількох однойменних величин, значення яких потім знаходять за допомогою математичного розв’язання системи рівнянь, у яку входять ці величини.