1.Pomiary analogowe i dyskretne: analogowy: *y = f(x)- funkcja ciągła; *w dowolnym momencie czasu można odczytać wynik; *pomiar ciągły; *położenie wskaźnika jest analogią wartości mierzonej; *łatwy w percepcji wyniku; *odczyt może być obarczony błędami subiektywnymi np. błąd paralaksy; dyskretny (cyfrowy): *y ≠ f(x); *pomiar cykliczny, co pewien czas (okres próbkowania); *wartość podana na urządzeniu pomiarowym; *trudny w percepcji wyniku; *jest dokładniejszy; *wskaźniki cyfrowe nie zawierają elementów ruchomych, działają b. szybko i są trwałe, odczytywanie wyniku pomiaru nie jest obarczone błędami subiektywnymi. 2.Podstawowe człony zespołu pomiarowego: obiekt- czujnik pomiarowy- przetwornik (wzmacniacz)- wskaźnik. Czujniki (fiz, fiz-chem): *aktywne (generacyjne)- wytwarzają pewien rodzaj energii, wykonują pracę (termoregulator w kaloryferach); *bierne (parametryczne)- zmienia się parametr (zmiana rezystancji w zależności od temp.). Przetwornik- przetwarza parametr na inny, wzmacnia energię wytworzoną. Wskaźnik- wskazuje wartość wielkości mierzonej. Sygnał pomiarowy- rodzaj energii, w której zakodowana jest informacja o wielkości mierzonej między członami układu pomiarowego. 3.Systematyczne błędy pomiarów: Błąd ten można określić przez porównanie wyniku pomiaru z wynikiem uzyskanym inną, dokładniejszą metodą pomiarową lub dokładniejszym przyrządem pomiarowym. Można go też obliczyć, jeżeli znane są przyczyny jego powstawania. Można wyeliminować przez skorygowanie urządzenia pomiarowego lub uwzględnienie odpowiedniej poprawki. Źródła błędów sys.: *niedoskonałość przyrządu pomiarowego, np. błędy kalibrowania, niedokładność wykonania podziałki; *niedoskonałość obserwatora, np. błąd paralaksy; *wpływ przyrządu na obiekt pomiaru, np. wpływ rezystancji wew. woltomierza na pomiar SEM ogniwa. 4.Przypadkowe błędy pomiarów: Błędy przyp., mające charakter stochastyczny (losowy) są powodowane przez: *szumy (szumy cieplne w przewodnikach, wiry w płynach, drgania mech.); *niedoskonałość elementów czujników i przetworników (tarcie w łożyskach, histereza sprężysta lub magnetyczna, luzy w mechanizmach); *błędy kwantowania w pomiarze cyfrowym, spowodowane np. niestabilnością częstotliwości generatora zegarowego lub tym, że wynik zliczania musi być zaokrąglony do l. całkowitej. Błędy przyp. są zmienną losową. Przy odpowiednio dużej liczbie pomiarów tej samej wielkości tym samym przyrządem w identycznych warunkach, rozkład błędów przyp. jest zbliżony do rozkładu normalnego Gaussa. Za miarę rozrzutu bł. przyp. można przyjąć odchylenie średnie kwadratowe, zwane także odchyleniem standardowym. 5.Statyczne i dynamiczne parametry przyrządów pomiarowych: statyczne: *zakres pomiarowy- zakres zmian wielkości mierzonej, w którym urządzenie pomiarowe pracuje z zachowaniem klasy niedokładności: 0...1; 0...1,5; 0...2,5; 0...4; 0...6; *czułość (wzmocnienie)- stosunek przyrostu wyjściowego sygnału pomiarowego do przyrostu wielkości mierzonej (sygnału wejściowego): K = dy/dx; *rozdzielczość- minimalna zmiana wielkości mierzonej, niezbędna do uzyskania zmiany wyjściowego sygnału pomiarowego; *selektywność- wrażliwość na czynniki zakłócające; *klasa niedokładności x; dynamiczne: stała czasowa T, U(V), I(A), P(W), f(Hz), L(H). 6.Pomiary przesunięcia liniowego: Czujniki i przetworniki do pomiaru przesunięcia liniowego można podzielić wg rodzaju ich wyjściowego sygnału pomiarowego na: mechaniczne, pneumatyczne, elektryczne, magnetyczne, pojemnościowe i fotoelektryczne. Mechaniczne: *bezpośrednie: polegają na przekazaniu informacji o przesunięciu systemem dźwigni lub cięgien na odpowiedni mechaniczny wskaźnik analogowy; *pośrednie z przetwarzaniem na siłę- układ z mechanicznym przetwornikiem przesunięcie- siła, którym jest sprężyna. Siłę przetwarza się w następnym przetworniku na jeden z sygnałów standardowych. Pneumatyczne: Podstawowym pneumatycznym przetwornikiem przesunięcia liniowego jest kaskada pneumatyczna. Znalazła ona zastosowanie jako czujnik bardzo niewielkich przesunięć liniowych w pneumatycznych przetwornikach siły, wzmacniaczach i regulatorach. Elektryczne stykowe: stosuje się prawie wyłącznie w układach sygnalizacyjnych, gdzie informują o osiągnięciu lub przekroczeniu przez jakiś element urządzenia założonego zakresu przesunięcia. Są to przetworniki dwustanowe, sygnalizujące np. zamknięcie pokrywy zbiornika, opuszczenie klatki windy. Magnetyczne: wykorzystują wpływ przesunięcia liniowego ich elementów na różne właściwości magnetyczne. Ogólna cecha: dokonywanie pomiarów w sposób bezdotykowy, kiedy układ przetwarzający nie styka się z elementem przesuwanym. Stosowane są tam, gdzie nie należy obciążać organu ruchomego dodatkową siłą. Pojemnościowe: kondensator, którego pojemność można zmieniać przesuwając jeden z jego elementów. Pojemność kondensatora płaskiego jest określona zależnością: C = ε·S/l; ε- przenikalność elektryczna materiału między elektrodami kondensatora, S- pow. elektrod, l- odl. między elektrodami Zmianę pojemności kond. uzyskuje się zmieniając odległość między elektrodami lub zmieniając wartość ε przez wsuwanie i wysuwanie umieszczonej między elektrodami płytki dielektryku. Fotoelektryczne: wykorzystują zmianę natężenia promieniowania widzialnego lub podczerwonego pod wpływem przesunięcia ich elementów. Składają się ze źródła promieniowania, elementu ruchomego i detektora. 7.Pomiary poziomu cieczy i substancji sypkich: poziom cieczy: *bezpośrednie pomiary: dokonywane są za pomocą poziomowskazów, wykorzystujących zasadę działania naczyń połączonych. Poziomowskaz jest to rurka szklana, połączona dolnym końcem z dolną częścią zbiornika. Poziom. służą do pomiarów miejscowych, są wrażliwe na uszkodzenia mechaniczne i obecność zawiesin, zanieczyszczających ścianki rurki wskaźnikowej; *przetworniki pływakowe: dwa rodzaje: o stałym i zmiennym zanurzeniu pływaka (nurnikowe); *hydrostatyczne: a)manometryczne- mierzą różnicę ciśnień nad pow. cieczy i pod jej pow., na ustalonym poziomie. Jeżeli słup cieczy ma wysokość h, to ciś. hydrostatyczne p tego słupa można określić wzorem: p = h·ρC·g. Przetworniki te zawierają czujnik do bezpośredniego przetwarzania hydrostatycznego ciś. słupa cieczy na sygnał pomiarowy. Są to miejscowe wskaźniki ciś. lub różnicy ciś. (manometry), zainstalowane w pobliżu dna zbiornika i wykalibrowane w jednostkach jego napełnienia; b)z sondą pneumatyczną: czynnikiem oddzielającym ciecz w zbiorniku od miernika lub przetwornika pomiarowego jest powietrze pod odpowiednim ciś; *przetworniki elektryczne: konduktacyjny- w sygnalizatorach napełnienia zbiornika cieczą powyżej zadanego poziomu i pojemnościowy- w precyzyjnych pomiarach niezbyt wielkich zmian poziomu cieczy o właściwościach dielektrycznych lub roztworów elektrolitów; *wagowe: wykorzystują pomiar pośredni poprzez określanie masy całego zbiornika. Sposób ten stosuje się do określania ilości cieczy w dużych zbiornikach, np. w zbiornikach melasu w przemyśle cukrowniczym. Pomiaru dokonuje się przez zainstalowanie w konstrukcji nośnej zbiornika odpowiedniego przetwornika siły, najczęściej naprężeniowego przetwornika tensometrycznego, przetwarzającego siłę ciążenia zbiornika z cieczą na standardowy sygnał pomiarowy; *falowe: istotą działania jest zastosowanie w nich fal elektromagnetycznych lub akustycznych. Najczęściej stosuje się pomiar tłumienia promieniowania gamma lub beta lub pomiar czasu powrotu odbitej fali ultradźwiękowej; poziom substancji sypkich: najdokładniejszą metodą określania ilości substancji sypkiej w zbiorniku jest ważenie całego zbiornika. gdy nie jest wymagana duża dokładność pomiaru ilości materiału sypkiego, lub gdy ważenie zbiornika jest utrudnione stosuje się izotopowy pomiar poziomu. Spotykane jest również sondowanie poziomu materiału w zbiorniku sondami mechanicznymi, lub obserwowanie wnętrza zbiornika na ekranie monitora telewizyjnego. 8.Pomiary ciśnienia i różnicy ciśnień: w miernictwie przemysłowym dokonuje się najczęściej pomiaru ciś. względnego (manometrycznego), odniesionego do ciś. barometrycznego (atm.). Czasami mierzy się ciś. bezwzględne (absolutne) odniesione do próżni, gdzie: pa = p+pb. Przyrządy do pomiaru ciś. względnego to: manometry- przy pomiarze nadciśnienia i wakuometry- przy pom. podciśnienia. Różnicę ciś. mierzą manometry różnicowe, a ciś. bezwzględne- barometry (Pa=Nm). Pomiar ciś. sprowadza się do pom. siły wywieranej przez ciecz lub gaz na określoną pow. Metoda pomiaru tej siły określa rodzaj czujnika (przetwornika) ciś. W przetwornikach cieczowych mierzone ciś. równoważy się ciś. hydrostatycznym słupa cieczy, w sprężystych- naprężeniem mechanicznego elementu odkształcanego. W innych rozwiązaniach stosuje się bezpośrednie lub kompensacyjne przetworniki siły. Przet. cieczowe: są to proste urządzenia przetwarzające różnicę ciś. na różnicę poziomów cieczy. Mają postać szklanej dwuramiennej rury, w kształcie litery U, wypełnionej częściowo cieczą manometryczną (rtęcią). Przet. sprężyste: mierzone ciś. jest równoważone przez sprężyste odkształcenie elementu pomiarowego. Są to najczęściej przet. do pomiarów miejscowych, w których odkształcenie powoduje liniowe lub kątowe przesunięcie wskazówki. *manometr z rurką Bourdona: (sprężysty), wykorzystano w nim tendencję zwiniętej spiralnie rurki o przekroju eliptycznym do prostowania się pod wpływem wew. ciś. wyższego niż zew. Są to najbardziej popularne przyrządy do miejscowych pom. ciś.; *manometr membranowy: elementem sprężystym jest okrągła, metalowa membrana z wytłoczonymi współśrodkowymi fałdami. Zmiana ciś. pod membrana powoduje liniowe przesuwanie się jej środka, które może być przetworzone na ruch wskazówki lub inny sygnał pom.; *manometr mieszkowy: elementem odkształcanym jest specjalny cylindryczny mieszek sprężysty, wykonany z blachy fosfobrązowej. Zmiany ciś. wew. mieszka wywołują liniowe przemieszczanie się jego czołowej pow., które może być przetworzone na ruch wskazówki lub inny sygnał pom.; *manometr piezorezystancyjny: wykorzystuje piezorezystancyjny czujnik siły, przetwarzający siłę na zmianę rezystancji mostka rezystorowego wykonanego metodą dyfuzji atomów w krysztale krzemu; Przet. kompensacyjne: działają na zasadzie równoważenia sił . Elementem przetwarzającym ciś. lub różnicę ciś. na siłę jest membrana czy mieszek sprężysty, natomiast urządzeniem tę siłę równoważącym jest pneumatyczny lub magnetoelektryczny kompensacyjny przetwornik siły. 9.Pomiary siły: W przetwornikach sprężystych mierzoną siłę równoważy się mechanicznym naprężeniem elementu odkształcanego; w innych, kompensacyjnych, siłę tę równoważy się siłą wytwarzaną przez przetwornik. *Przet. z elementami sprężystymi: są to w większości przetworniki pośrednie składające z dwóch elementów: mechanicznego czujnika sprężystego przetwarzającego siłę na przesunięcie liniowe lub kątowe oraz elektrycznego przetwornika tego przesunięcia. Do przetwarzania niewielkich sił stosuje się sprężyny stalowe lub fosfobrązowe. Przy pom. sił znacznych elementem odkształcanym jest stalowy grubościenny pierścień lub walec. Odkształcenia elementów sprężystych muszą być niewielkie, mieszczące się w zakresie sprężystości materiału. *Przet. piezorezystancyjny: może sam stanowić kompletny przet. siły na sygnał w postaci zmiany rezystancji gałęzi mostka. Nie zawiera części ruchomych, ma bardzo prostą konstrukcję, liniową charakterystykę, jest pozbawiony histerezy i stabilny temperaturowo. *Przet. kompensacyjne: działają na zasadzie równoważenia siły mierzonej siłą równą co do wielkości lecz przeciwnie skierowaną. Sygnał wyjściowy przet. jest proporcjonalny do siły kompensującej. a)pneumatyczny przet. siły: tzw. równoważnia pneumatyczna, dostarcza sygnału wyjściowego w postaci ciś. pow.; b)magnetoelektryczny przet. siły: tzw. równoważnia prądowa, przetwarza siłę bezpośrednio na sygnał w postaci natężenia prądu elektrycznego. 10.Pomiary masy i strumienia masy: pomiar masy nazywa się ważeniem, a przyrządy ważące to wagi. W proc. przem. ważenie ma dwa zadania: okresowe określenie nieznanej masy oraz ciągłe mierzenie strumienia masy substancji transportowanej do procesów ciągłych. W zależności od sytuacji stosuje się wagi okresowe do określania masy M i wagi ciągłe do określania strumienia masy: M = dM/dτ, lub sumy masy w czasie τ: M(τ) = ∫Mdτ. Wagi okresowe są znormalizowane i działają na zasadzie porównania mas lub sił ciążenia mas. Przemysłowe wagi okresowe do mierzenia niewielkich mas są wykonywane jako sprężynowe, w których siła ciążenia mierzonej masy powoduje wydłużenie lub skrócenie sprężyny, przetwarzane następnie na użyteczny sygnał pom. Większą dokładność mają wagi uchylne, w których przetwarza się na sygnał pom. kąt wychylenia ze stanu równowagi dźwigni z masą badaną, obciążonej masą porównawczą. Pomiar strumienia masy jest realizowany najczęściej za pomocą wagi przenośnikowej, np. taśmowej. 11.Pomiary natężenia przepływu płynów: w zależności od potrzeb określa się objętość dodawanej cieczy V, objętościowe V lub masowe M natężenie przepływu: V = dV/dτ, M = dM/dτ lub sumę objętości w czasie τ: V(τ) = ∫Vdτ. Pomiary objętościowego natęż. przepływu płynów są dokonywane przez przepływomierze, jednostka (m3/s). Do mierzenia ilości płynu służą liczniki przepływu. Przep. spiętrzeniowe: wykorzystują zmianę ciś. w strudze płynu przechodzącej przez przegrodę, np. zwężenie rurociągu: *zwężkowe: pomiar za pomocą zwężki. Wykorzystuje on zasadę zachowania energii strugi płynu, przechodzącej przez zwężenie rurociągu w postaci kryzy, dyszy lub klasycznej zwężki Venturiego; *z tarczą naporową: stanowią odmianę przep. zwężkowych, w której element dławiący przepływ jest równocześnie czujnikiem różnicy ciś. Różnica ciś. Δp oraz dynamiczne oddziaływanie strumienia cieczy, wywierając parcie na odpowiednie płaszczyzny tarczy naporowej, powodują powstanie różnicy sił F1 - F2 przenoszonej dźwignią na zew. rurociągu. Wypadkowy moment siły ΔF może być przetworzony w jednym z kompensacyjnych lub sprężystych przetworników siły na standardowy sygnał pom.; *rotametry: spadek ciś. Δp jest stały, natomiast zmienia się w miarę przesuwania pływaka N pow. prześwitu A między pływakiem i stożkową rurą przyrządu. W stanie równowagi siła ciążenia pływaka zmniejszona o siłę wyporu jest kompensowana spadkiem ciś. Δp działającym na pow. Ap oraz dynamicznym oddziaływaniem strumienia płynu. Wirnikowe przep. i liczniki przepływu: przep. wirnikowe są specjalnymi silnikami, których wirnik jest napędzany strumieniem płynu, a jego prędkość obrotowa jest liniową funkcją objętościowego nat. przepływu. Czujniki te muszą być łączone z wtórnym przetwornikiem pręd. obrotowej (w przep.), bądź z licznikiem obrotów (w licznikach przep.); Przepływomierz kalorymetryczny: schemat; Przep. indukcyjne: są powszechnie stosowanymi, najnowocześniejszymi przetwornikami przep. cieczy. Mają doskonałe właściwości metrologiczne i eksploatacyjne- mogą być używane do cieczy lepkich, nienewtonowskich, zanieczyszczonych ciałami stałymi, nie są wrażliwe na zmiany gęstości cieczy i warunki jej przepływu. Przep. wirowe: mogą mierzyć przepływ objętościowy praktycznie wszystkich płynów- elektrolitów i dielektryków, par i gazów. Przep. ultradźwiękowe: mierzą liniową prędkość przep. cieczy wykorzystując zjawisko Dopplera, polegające na zmianie częstotliwości fali akustycznej przechodzącej przez poruszający się ośrodek. 12.Termometry rozszerzalnościowe: *cieczowe: składają się ze szklanego zbiorniczka z cieczą termometryczną i szklanej kapilary, przetwarzającej tmperaturową zmiana objętości cieczy na przesunięcie liniowe jej poziomu. Całość przyrządu uzupełnia odpowiednia podziałka. Zakres stosowalności term. wypełnionych rtęcią wynosi od -35 do +600˚C; *ciśnieniowe (manometryczne): wykorzystują zależność ciś. cieczy lub gazu od temp. Czujnikiem jest metalowy pojemnik w kształcie wydłużonego walca połączony z kapilarą ze wskaźnikiem manometrycznym, najczęściej sprężystym manometrem membranowym lub z rurką Bourdona. W zależności od użytego czynnika, term. ciś. można podzielić na: a)cieczowe, w których cały układ pom. jest wypełniony cieczą, np. rtęcią, a zmiana objętości cieczy pod wpływem temp. powoduje wzrost ciś. wewnątrz całego term.; b)gazowe, w których cały ukł. jest wypełniony gazem; c)kondensacyjne, w których czujnik jest wypełniony częściowo cieczą o niskiej temp. wrzenia, a częściowo parą nasyconą tej cieczy; *dylatacyjne: wykorzystują zjawisko rozszerzalności cieplnej metali. Pomiar polega na określeniu dźwigniowym wskaźnikiem mechanicznym różnicy wydłużeń pręta i osłony, spowodowanej różnymi wartościami współczynnika rozszerzalności liniowej; *bimetalowe: czujnikiem jest taśma lub płytka wykonana z dwóch sprasowanych, zgrzanych lub zespawanych warstw metali o różnych współ. rozszerzalności cieplnej. Przy zmianach temp., na skutek niejednakowych zmian długości obu warstw bimetalu, będzie się on odkształcał. 13.Termometry elektryczne (rezystancyjne): wykorzystuje się zależność rezystancji metali oraz półprzewodników od temp. *Termorezystory: w miernictwie przem. największe znaczenia mają termorezystory platynowe- są one b. stabilne i odtwarzalne, jeżeli wykonuje się je z dostatecznie czystej platyny. *Termistory: są opornikami termometrycznymi wykonanymi z materiałów półprzewodnikowych. Cechy: -charakterystyka nieliniowa; -R = 1...220 kΩ w 20˚C; - dQ/dt ≈ 5%/K; -T = 0,01...3s; -k = -100...120˚C; -czułość ≈ 0,0005k; *Termometry termoelektryczne: czujnikiem jest ogniwo termoelektryczne złożone z przewodników wykonanych z dwóch różnych metali. Jeżeli złącze tych przewodników jest ogrzane, to na ich wolnych końcach pojawia się siła termoelektryczna.