Kipimo cha kiasi cha umeme: vitengo na njia, mbinu za kipimo

2024 Mwandishi: Angel Austin | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-17 05:42

Mahitaji ya sayansi na teknolojia ni pamoja na wingi wa vipimo, njia na mbinu ambazo zinaendelezwa na kuboreshwa kila mara. Jukumu muhimu zaidi katika eneo hili ni la vipimo vya kiasi cha umeme, ambacho hutumika sana katika tasnia mbalimbali.

Dhana ya vipimo

Kipimo cha kiasi chochote halisi kinafanywa kwa kulinganisha na kiasi fulani cha matukio ya aina moja, inayochukuliwa kama kipimo cha kipimo. Matokeo yaliyopatikana kwa kulinganisha yanawasilishwa kwa nambari katika vitengo vinavyofaa.

Operesheni hii inafanywa kwa usaidizi wa vyombo maalum vya kupimia - vifaa vya kiufundi vinavyoingiliana na kitu, vigezo fulani ambavyo vinapaswa kupimwa. Katika hali hii, mbinu fulani hutumiwa - mbinu ambazo thamani iliyopimwa inalinganishwa na kitengo cha kipimo.

Kuna ishara kadhaa ambazo hutumika kama msingi wa kuainisha vipimo vya kiasi cha umeme kulingana na aina:

Wingivitendo vya kipimo. Hapa mara moja au wingi wao ni muhimu.
Shahada ya usahihi. Kuna kiufundi, udhibiti na uthibitishaji, vipimo sahihi zaidi, pamoja na vipimo sawa na visivyo sawa.
Hali ya mabadiliko katika thamani iliyopimwa baada ya muda. Kwa mujibu wa kigezo hiki, vipimo ni static na nguvu. Kupitia vipimo vinavyobadilika, thamani za papo hapo za kiasi zinazobadilika kwa wakati hupatikana, na vipimo vya tuli - baadhi ya thamani zisizobadilika.
Uwakilishi wa matokeo. Vipimo vya viwango vya umeme vinaweza kuonyeshwa kwa fomu ya jamaa au kamili.
Njia ya kupata matokeo unayotaka. Kwa mujibu wa kipengele hiki, vipimo vinagawanywa katika moja kwa moja (ambayo matokeo yanapatikana moja kwa moja) na ya moja kwa moja, ambayo kiasi kinachohusishwa na thamani inayotakiwa na utegemezi fulani wa kazi hupimwa moja kwa moja. Katika kesi ya mwisho, kiasi cha kimwili kinachohitajika kinahesabiwa kutokana na matokeo yaliyopatikana. Kwa hivyo, kupima sasa kwa ammita ni mfano wa kipimo cha moja kwa moja, na nguvu sio moja kwa moja.

Vipimo

Vifaa vinavyokusudiwa kupimwa lazima viwe na sifa za kawaida, na pia vihifadhi kwa muda fulani au kuzalisha tena kitengo cha thamani ambacho vimekusudiwa.

Njia za kupimia kiasi cha umeme zimegawanywa katika kategoria kadhaa kulingana na madhumuni:

Vipimo. Zana hizi hutumika kuzalisha thamani ya baadhi iliyotolewasaizi - kama, kwa mfano, kinzani ambayo hutoa upinzani fulani kwa hitilafu inayojulikana.
Vibadilishaji data vya kupimia vinavyounda mawimbi katika umbo linalofaa kuhifadhi, kugeuza, kutuma. Taarifa za aina hii hazipatikani kwa mtazamo wa moja kwa moja.
Vifaa vya kupimia vya umeme. Zana hizi zimeundwa ili kuwasilisha habari katika fomu inayopatikana kwa mwangalizi. Zinaweza kuwa za kubebeka au zisizosimama, analogi au dijitali, kurekodi au kuashiria.
Mipangilio ya vipimo vya umeme ni mchanganyiko wa zana zilizo hapo juu na vifaa vya ziada, vilivyowekwa katika sehemu moja. Vipimo huruhusu vipimo changamano zaidi (kwa mfano, sifa za sumaku au upinzani), hutumika kama vifaa vya uthibitishaji au marejeleo.
Mifumo ya kupimia kielektroniki pia ni mchanganyiko wa njia mbalimbali. Walakini, tofauti na mitambo, vifaa vya kupima idadi ya umeme na njia zingine kwenye mfumo hutawanywa. Kwa usaidizi wa mifumo, unaweza kupima idadi kadhaa, kuhifadhi, kuchakata na kusambaza mawimbi ya taarifa za kipimo.

Iwapo ni muhimu kutatua tatizo mahususi changamano la kipimo, miundo ya kupimia na kukokotoa huundwa ambayo inachanganya idadi ya vifaa na vifaa vya kielektroniki vya kompyuta.

Sifa za vyombo vya kupimia

Vifaa vya kupimia vina sifa fulani ambazo ni muhimukutekeleza majukumu yao ya moja kwa moja. Hizi ni pamoja na:

Sifa za metrologic, kama vile hisia na kizingiti chake, safu ya kipimo cha wingi wa umeme, hitilafu ya kifaa, thamani ya mgawanyiko, kasi, n.k.
Sifa zinazobadilika, kama vile amplitudo (utegemezi wa amplitude ya mawimbi ya kutoa kifaa kwenye amplitude kwenye ingizo) au awamu (utegemezi wa mabadiliko ya awamu kwenye marudio ya mawimbi).
Sifa za utendakazi zinazoakisi kiwango ambacho chombo kinakidhi mahitaji ya utendakazi chini ya hali fulani. Hizi ni pamoja na sifa kama vile kutegemewa kwa viashiria, kutegemewa (uendeshaji, uimara na utendakazi usio na hitilafu wa kifaa), uimara, usalama wa umeme, uchumi.

Seti ya sifa za kifaa huthibitishwa na hati husika za udhibiti na kiufundi kwa kila aina ya kifaa.

Njia zinazotumika

Upimaji wa wingi wa umeme unafanywa kwa njia mbalimbali, ambazo pia zinaweza kuainishwa kulingana na vigezo vifuatavyo:

Aina ya matukio ya kimaumbile kwa misingi ambayo kipimo hufanywa (tukio la umeme au sumaku).
Hali ya mwingiliano wa zana ya kupimia na kitu. Kutegemeana nayo, mbinu za mawasiliano na zisizo za mawasiliano za kupima kiasi cha umeme hutofautishwa.
Hali ya kipimo. Kulingana nayo, vipimo ni dhabiti na tuli.
Njia ya kipimo. Imeundwa kama njia za kukadiria moja kwa moja wakati kiasi kilitafutwakuamua moja kwa moja na kifaa (kwa mfano, ammeter), na mbinu sahihi zaidi (zero, tofauti, upinzani, uingizwaji), ambayo hugunduliwa kwa kulinganisha na thamani inayojulikana. Fidia na madaraja ya kupimia umeme ya mkondo wa moja kwa moja na unaopishana hutumika kama vifaa vya kulinganisha.

Njia isiyo ya mawasiliano ya vipimo vya umeme

Vyombo vya kupimia vya umeme: aina na vipengele

Kipimo cha viwango vya msingi vya umeme kinahitaji ala mbalimbali. Kulingana na kanuni ya kimaumbile inayohusu kazi yao, wote wamegawanywa katika vikundi vifuatavyo:

Vifaa vya kielektroniki lazima viwe na sehemu inayosonga katika muundo wake. Kundi hili kubwa la vyombo vya kupimia ni pamoja na electrodynamic, ferrodynamic, magnetoelectric, electromagnetic, electrostatic, induction vifaa. Kwa mfano, kanuni ya magnetoelectric, ambayo hutumiwa sana, inaweza kutumika kama msingi wa vifaa kama voltmeters, ammeters, ohmmeters, galvanometers. Mita za umeme, mita za masafa, n.k. zinatokana na kanuni ya utangulizi.
Vifaa vya kielektroniki vinatofautishwa na uwepo wa vizuizi vya ziada: vibadilishaji vya idadi halisi, vikuza sauti, vibadilishaji fedha, n.k. Kama sheria, katika vifaa vya aina hii, thamani iliyopimwa inabadilishwa kuwa voltage, na voltmeter hutumika kama msingi wao wa kimuundo. Vyombo vya kupimia vya kielektroniki vinatumika kama mita za masafa, uwezo, ukinzani, mita za uingizaji hewa, oscilloscope.
umeme wa jotovifaa vinachanganya katika muundo wao kifaa cha kupimia cha aina ya magnetoelectric na kibadilishaji cha joto kinachoundwa na thermocouple na heater ambayo sasa kipimo kinapita. Ala za aina hii hutumika zaidi kupima mikondo ya masafa ya juu.
Kemikali ya kielektroniki. Kanuni ya uendeshaji wao inategemea taratibu zinazotokea kwenye electrodes au kwa kati chini ya utafiti katika nafasi ya interelectrode. Vyombo vya aina hii hutumika kupima upitishaji umeme, kiasi cha umeme na baadhi ya kiasi kisichokuwa cha umeme.

Kulingana na vipengele vya utendakazi, aina zifuatazo za zana za kupimia kiasi cha umeme zinatofautishwa:

Kuonyesha (kuashiria) - hivi ni vifaa vinavyoruhusu tu usomaji wa moja kwa moja wa maelezo ya kipimo, kama vile wati au ammita.
Kurekodi - vifaa vinavyoruhusu uwezekano wa kurekodi usomaji, kwa mfano, oscilloscope za kielektroniki.

Kulingana na aina ya mawimbi, vifaa vimegawanywa katika analogi na dijitali. Ikiwa kifaa kinazalisha ishara ambayo ni kazi inayoendelea ya thamani iliyopimwa, ni analog, kwa mfano, voltmeter, masomo ambayo hutolewa kwa kutumia kiwango na mshale. Katika tukio ambalo mawimbi yatatolewa kiotomatiki kwenye kifaa katika mfumo wa mtiririko wa thamani tofauti zinazoingia kwenye onyesho kwa namna ya nambari, mtu huzungumza kuhusu chombo cha kupima dijiti.

Vyombo vya dijiti vina hasara fulani ikilinganishwa na za analogi: kutegemewa kidogo,hitaji la usambazaji wa umeme, gharama ya juu. Hata hivyo, zinatofautishwa pia na faida kubwa ambazo kwa ujumla hufanya matumizi ya vifaa vya dijiti kuwa vyema zaidi: urahisi wa kutumia, usahihi wa hali ya juu na kinga ya kelele, uwezekano wa kusambazwa ulimwenguni kote, mchanganyiko wa kompyuta na upitishaji wa mawimbi ya mbali bila kupoteza usahihi.

Usahihi na usahihi wa vyombo

Sifa muhimu zaidi ya chombo cha kupimia cha umeme ni darasa la usahihi. Upimaji wa kiasi cha umeme, kama nyingine yoyote, hauwezi kufanywa bila kuzingatia makosa ya kifaa cha kiufundi, pamoja na mambo ya ziada (coefficients) ambayo huathiri usahihi wa kipimo. Thamani za kikomo za hitilafu zilizotolewa zinazoruhusiwa kwa aina hii ya kifaa huitwa kawaida na huonyeshwa kama asilimia. Hubainisha aina ya usahihi wa kifaa fulani.

Madaraja ya kawaida yanayotumika kuashiria mizani ya vifaa vya kupimia ni kama ifuatavyo: 4, 0; 2, 5; kumi na tano; kumi; 0.5; 0.2; 0.1; 0.05 Kulingana nao, mgawanyiko kulingana na kusudi umeanzishwa: vifaa vya darasa kutoka 0.05 hadi 0.2 ni vya mfano, madarasa 0.5 na 1.0 yana vifaa vya maabara, na, hatimaye, vifaa vya darasa la 1, 5-4, 0 ni kiufundi..

Wakati wa kuchagua kifaa cha kupimia, ni muhimu kwamba kilingane na aina ya tatizo linalotatuliwa, huku kikomo cha juu cha kipimo kinapaswa kuwa karibu iwezekanavyo na thamani ya nambari ya thamani inayotakiwa. Hiyo ni, kupotoka zaidi kwa pointer ya chombo kunaweza kupatikana, ndogo makosa ya jamaa ya kipimo itakuwa. Iwapo vyombo vya hali ya chini tu vinapatikana, ile iliyo na safu ndogo zaidi ya uendeshaji inapaswa kuchaguliwa. Kutumia njia hizi, vipimo vya wingi wa umeme vinaweza kufanywa kwa usahihi kabisa. Katika kesi hii, unahitaji pia kuzingatia aina ya ukubwa wa kifaa (sare au kutofautiana, kama vile mizani ya ohmmeter).

Nambari za msingi za umeme na vitengo vyake

Mara nyingi, vipimo vya umeme huhusishwa na seti ifuatayo ya idadi:

Nguvu ya sasa (au ya sasa kwa urahisi) I. Thamani hii inaonyesha kiasi cha chaji ya umeme inayopitia sehemu ya kondakta kwa sekunde 1. Upimaji wa ukubwa wa sasa wa umeme unafanywa kwa amperes (A) kwa kutumia ammeters, avometers (vipimaji, kinachojulikana kama "tseshek"), multimeters ya digital, transfoma ya chombo.
Kiasi cha umeme (chaji) q. Thamani hii huamua ni kwa kiwango gani mwili fulani unaweza kuwa chanzo cha uwanja wa sumakuumeme. Chaji ya umeme hupimwa kwa coulombs (C). 1 C (ampere-sekunde)=1 A ∙ 1 s. Vyombo vya kupimia ni elektroni au mita za chaji za kielektroniki (coulomb mita).
Voltage U. Inaonyesha tofauti inayoweza kutokea (nishati ya chaji) iliyopo kati ya sehemu mbili tofauti za sehemu ya umeme. Kwa kiasi fulani cha umeme, kitengo cha kipimo ni volt (V). Ikiwa ili kuhamisha malipo ya coulomb 1 kutoka hatua moja hadi nyingine, shamba hufanya kazi ya joule 1 (yaani, nishati inayofanana hutumiwa), basitofauti inayowezekana - voltage - kati ya pointi hizi ni 1 volt: 1 V \u003d 1 J / 1 C. Upimaji wa voltage ya umeme unafanywa kwa kutumia voltmeters, digital au analogi (vipimaji) multimeters.
Resistance R. Hubainisha uwezo wa kondakta kuzuia upitishaji wa mkondo wa umeme kupitia humo. Kitengo cha upinzani ni ohm. 1 ohm ni upinzani wa conductor na voltage ya 1 volt mwisho kwa sasa ya 1 ampere: 1 ohm=1 V / 1 A. Upinzani ni sawa sawa na sehemu ya msalaba na urefu wa kondakta. Ohmmeta, avometers, multimeters hutumika kuipima.
Uendeshaji wa umeme (conductivity) G ni uwiano wa ukinzani. Inapimwa kwa siemens (cm): 1 cm=1 ohm^-1.
Capacity C ni kipimo cha uwezo wa kondakta kuhifadhi chaji, pia mojawapo ya viwango vya msingi vya umeme. Sehemu yake ya kipimo ni farad (F). Kwa capacitor, thamani hii inafafanuliwa kama uwezo wa kuheshimiana wa sahani na ni sawa na uwiano wa malipo yaliyokusanywa kwa tofauti inayowezekana kwenye sahani. Uwezo wa capacitor ya gorofa huongezeka na ongezeko la eneo la sahani na kupungua kwa umbali kati yao. Ikiwa, kwa malipo ya pendant 1, voltage ya volt 1 huundwa kwenye sahani, basi uwezo wa capacitor hiyo itakuwa sawa na 1 farad: 1 F \u003d 1 C / 1 V. Kipimo kinafanyika kwa kutumia vyombo maalum - capacitance mita au multimeters digital.
Power P ni thamani inayoakisi kasi ambayo uhamishaji (ubadilishaji) wa nishati ya umeme unafanywa. Kama kitengo cha mfumo wa nguvu iliyopitishwawati (W; 1 W=1J/s). Thamani hii pia inaweza kuonyeshwa kulingana na bidhaa ya voltage na nguvu ya sasa: 1 W=1 V ∙ 1 A. Kwa saketi za AC, nishati inayotumika (inayotumiwa) P_a, tendaji P _ra (haishiriki katika uendeshaji wa sasa) na nguvu kamili P. Wakati wa kupima, vitengo vifuatavyo vinatumiwa kwao: watt, var (inasimama kwa "volt-ampere reactive") na, ipasavyo, volt-ampere V ∙ LAKINI. Vipimo vyao ni sawa, na hutumikia kutofautisha kati ya kiasi kilichoonyeshwa. Vyombo vya kupima nguvu - analog au wattmeters digital. Vipimo visivyo vya moja kwa moja (kwa mfano, kwa kutumia ammeter) hazitumiki kila wakati. Ili kubainisha kiasi muhimu kama kipengele cha nguvu (kinachoonyeshwa kulingana na pembe ya mabadiliko ya awamu), vifaa vinavyoitwa mita za awamu hutumiwa.
Marudio f. Hii ni tabia ya sasa inayobadilishana, inayoonyesha idadi ya mizunguko ya mabadiliko katika ukubwa wake na mwelekeo (kwa ujumla) kwa muda wa sekunde 1. Kizio cha marudio ni sekunde inayolingana, au hertz (Hz): 1 Hz=1 s^-1. Thamani hii inapimwa kwa kutumia darasa kubwa la zana zinazoitwa frequency mita.

idadi za sumaku

Magnetism inahusiana kwa karibu na umeme, kwa kuwa zote mbili ni udhihirisho wa mchakato mmoja wa kimsingi - sumaku-umeme. Kwa hiyo, uhusiano wa karibu sawa ni tabia ya mbinu na njia za kupima kiasi cha umeme na magnetic. Lakini pia kuna nuances. Kama sheria, wakati wa kuamua mwisho, kivitendokipimo cha umeme kinafanywa. Thamani ya sumaku hupatikana kwa njia isiyo ya moja kwa moja kutoka kwa uhusiano wa utendaji unaoiunganisha na ile ya umeme.

Thamani za marejeleo katika eneo hili la kipimo ni induction ya sumaku, nguvu ya shamba na mtiririko wa sumaku. Zinaweza kubadilishwa kwa kutumia koili ya kupimia ya kifaa kuwa EMF, ambayo hupimwa, kisha maadili yanayohitajika huhesabiwa.

Mzunguko wa sumaku hupimwa kwa kutumia ala kama vile vipimo vya mtandao (photovoltaic, magnetoelectric, analogi ya kielektroniki na dijitali) na galvanometers nyeti sana.
Nguvu ya uga wa induction na sumaku hupimwa kwa kutumia teslamita zilizo na aina mbalimbali za transducers.

Upimaji wa kiasi cha umeme na sumaku, ambazo zinahusiana moja kwa moja, huruhusu kutatua matatizo mengi ya kisayansi na kiufundi, kwa mfano, utafiti wa kiini cha atomiki na uga wa sumaku wa Jua, Dunia na sayari, utafiti wa sifa za sumaku za nyenzo mbalimbali, udhibiti wa ubora, na nyinginezo.

Viwango visivyo vya umeme

Urahisi wa mbinu za umeme hurahisisha kuzipanua hadi kwa vipimo vya viwango tofauti vya asili vya asili isiyo ya umeme, kama vile halijoto, vipimo (mstari na angular), deformation, na vingine vingi, pamoja na kuchunguza michakato ya kemikali na muundo wa dutu.

Vyombo vya kupima umeme wa viwango visivyo vya umeme kwa kawaida ni changamano cha kihisi - kibadilishaji kuwa kigezo cha saketi yoyote (voltage,upinzani) na kifaa cha kupimia umeme. Kuna aina nyingi za transducers, shukrani ambayo unaweza kupima aina mbalimbali za kiasi. Hapa kuna mifano michache tu:

Vihisi Rheostatic. Katika transducers kama hizo, wakati thamani iliyopimwa imefichuliwa (kwa mfano, wakati kiwango cha kioevu au kiasi chake kinabadilika), kitelezi cha rheostat husogea, na hivyo kubadilisha upinzani.
Vidhibiti vya joto. Upinzani wa sensor katika vifaa vya aina hii hubadilika chini ya ushawishi wa joto. Hutumika kupima kiwango cha mtiririko wa gesi, halijoto, ili kubaini muundo wa mchanganyiko wa gesi.
Ustahimilivu wa matatizo huruhusu vipimo vya matatizo ya waya.
Vihisi picha vinavyobadilisha badiliko la mwanga, halijoto au kusogea hadi fotocurrent kisha kupimwa.
Transducer zinazoweza kutumika kama vitambuzi vya kemia ya hewa, uhamisho, unyevu, shinikizo.
Transducer za piezoelectric hufanya kazi kwa kuzingatia kanuni ya kutokea kwa EMF katika baadhi ya nyenzo za fuwele wakati zinatumiwa kwao kiufundi.
Vihisi moduli vinatokana na ubadilishaji wa idadi kama vile kasi au kuongeza kasi hadi emf iliyochochewa.

Uendelezaji wa zana na mbinu za kupimia umeme

Aina mbalimbali za njia za kupima kiasi cha umeme zinatokana na matukio mengi tofauti ambapo vigezo hivi huchukua jukumu muhimu. Michakato ya umeme na matukio yana anuwai kubwa ya matumizi katikatasnia zote - haiwezekani kuashiria eneo kama hilo la shughuli za kibinadamu ambapo hawatapata maombi. Hii huamua aina mbalimbali zinazoongezeka za matatizo ya vipimo vya umeme vya kiasi cha kimwili. Aina na uboreshaji wa njia na njia za kutatua shida hizi zinakua kila wakati. Hukuza kwa haraka na kwa mafanikio mwelekeo wa teknolojia ya kupimia kama kipimo cha kiasi kisicho cha umeme kwa mbinu za umeme.

Teknolojia ya kisasa ya kupima umeme inaendelezwa katika mwelekeo wa kuongeza usahihi, kinga ya kelele na kasi, pamoja na kuongeza uwekaji kiotomatiki wa mchakato wa kupima na uchakataji wa matokeo yake. Vyombo vya kupimia vimetoka kwa vifaa rahisi zaidi vya kielektroniki hadi vifaa vya elektroniki na dijiti, na zaidi hadi mifumo ya hivi punde ya kupimia na kompyuta inayotumia teknolojia ya microprocessor. Wakati huo huo, ongezeko la jukumu la sehemu ya programu ya vifaa vya kupimia ni, kwa wazi, mwelekeo mkuu wa maendeleo.