1.8 Narzędzia pomiarowe Narzędzia pomiarowe są to środki techniczne przeznaczone do wykonywania pomiarów. Należą do nich: - wzorce są to narzędzia pomiarowe odtwarzające jednostki miary lub ich wielokrotności, - przyrządy pomiarowe są to narzędzia pomiarowe przeznaczone do wykonywania pomiarów, - przetworniki pomiarowe, to podzespoły, które przetwarzają wielkość mierzoną na łatwiej mierzalną wielkość, - układy pomiarowe zbiory przyrządów i przetworników pomiarowych umożliwiających pomiar wielkości mierzonej określonej na podstawie innych wielkości, pomiarowe - zbiory funkcjonalne przyrządów i przetworników pomiarowych objęte wspólnym sterowaniem umożliwiającym pobieranie i przetwarzanie informacji. 1.8.1. Mierniki wskazówkowe Są to mierniki analogowe, w których zmieniający się w sposób ciągły sygnał wejściowy jest odwzorowany na odczyt ciągły, mogący przyjmować w teorii nieskończenie wiele wartości. W tym przypadku są to wychylenia wskazówki miernika określane względem skali przyrządu. W zależności od zasady funkcjonowania możemy spotkać mierniki magnetoelektryczne, elektromagnetyczne i elektrodynamiczne. W miernikach magnetoelektrycznych mierzony prąd elektryczny płynie przez ruchomą, umieszczoną w polu magnesu stałego cewkę. Zależny od natężenia prądu moment sił elektrodynamicznych obraca cewkę a wraz z nią wskazówkę miernika. Te mierniki służą jedynie do pomiarów prądu stałego. Mierniki elektrodynamiczne są odmianą mierników magnetoelektrycznych. Magnes stały jest w nich zastąpiony elektromagnesem, przez cewkę którego płynie ten sam prąd co przez ruchomy rdzeń. Mierniki te można wykorzystać do pomiarów zarówno prądów stałych jak i przemiennych. W miernikach elektromagnetycznych mierzony prąd płynie przez uzwojenia elektromagnesu w szczelinie którego zawieszone są dwa rdzenie ferromagnetyczne (ruchomy i nieruchomy). Pod wpływem powstałego pola magnetycznego rdzenie magnesują się i oddziałują na siebie. Moment siły działającej na ruchomy rdzeń obraca go i zespoloną z rdzeniem wskazówkę. Mierniki elektromagnetyczne można wykorzystywać zarówno do pomiarów prądu stałego jak i przemiennego. Dla poprawnego odczytania zmierzonej wartości w mierniku wskazówkowym należy: - dokonać wyboru skali, - zakresu pomiarowego - dokładność odczytu 1) Wybór skali Wybór skali podyktowany jest w pierwszej kolejności rozdzielczością i łatwością dokonywania przeliczeń wartości z uwzględnieniem zakresu. Zwykle skale odpowiadają dostępnym zakresom miernika w ten sposób, że liczba końcowa skali odpowiada wielokrotności (2x; 3x; 5x; l0x;l00x) lub podwielokrotności (1/2; 1/3; 1/5) zakresów. W niektórych wypadkach skale są dodatkowo opisane wskazując na ich użycie w określonym trybie pracy miernika (np. jako omomierza czy amperomierza, dla pomiarów prądu stałego lub zmiennego. W przypadku wielozakresowych mierników wskazówkowych wyposażonych w kilka podziałek należy podjąć decyzję, z której skali dokonywany będzie odczyt. 2) Zakres pomiarowy Zakres powinien być tak wybrany by wychylenie wskazówki znajdowało się w obszarze 50 - 90 % skali, co zapewni optymalne wykorzystanie rozdzielczości i dokładności przyrządu, 3) Dokładność odczytu Pomiary przyrządami analogowymi wymagają starannych odczytów położenia wskazówki względem podziałki. Mierniki wielozakresowe wyposażone są w zasadzie w kilka skal o różnych podziałkach ułatwiających uzyskanie optymalnej rozdzielczości odczytu i określenie wartości mierzonej. Oprócz podziałek skale wyposażone są w lusterko pozwalające na eliminacje efektu paralaksy, który prowadzi do różnych, zależnych od kąta obserwacji, odczytów położenia wskazówki względem skali. W celu uniknięcia efektu należy tak dobrać pozycję obserwatora aby obraz wskazówki w lusterku znajdował się na jednej linii wzroku ze wskazówką. 1.8.2.Mierniki cyfrowe Mierniki cyfrowe opierają swe funkcjonowanie na przetwarzaniu ciągłego sygnału wejściowego na wartość liczbową wielkości mierzonej, zapisaną w odpowiednim kodzie cyfrowym. Ze względu na stosowaną metodę przetwarzania rozróżniamy przyrządy cyfrowe z miarą czasu lub miarą napięcia. Mierniki cyfrowe pozwalają na bezpośredni odczyt wartości wielkości mierzonej ze wskaznika cyfrowego lub z rejestratorów, dzięki czemu unika się błędu popełnianego przy odczycie wskazań. Stąd główną zaletą mierników cyfrowych jest ich duża dokładność. Cyfrowe metody pomiarowe mogą być zastosowane do pomiaru niemal wszystkich wielkości fizycznych zarówno elektrycznych, jak i nieelektrycznych. Rozdzielczość i dokładność mierników cyfrowych Spotykamy dwa rozwiązania wyświetlaczy: pełne, w których na wszystkich miejscach mogą być wyświetlane wszystkie cyfry od 0 do 9 oraz niepełne, na których na najwyższej pozycji (pierwsza cyfra z lewej strony) może być wyświetlana jedynie 1 lub nie wyświetlana żadna cyfra. Dla wyświetlaczy pełnych rozdzielczość odczytu obliczamy korzystając z zależności: gdzie: N ilość wyświetlonych cyfr, Z wybrany zakres pomiarowy. Np. dla woltomierza z pełnym wyświetlaczem 4 miejsc na zakresie 100 mV możemy dokonywać pomiarów w przedziale 0- 99,99 mV z rozdzielczością odczytów: Dla wyświetlaczy niepełnych przy określaniu rozdzielczości bierzemy pod uwagę jedynie liczbę cyfr w pełni wyświetlanych jednocześnie zamiast pełnej wartości zakresu do rozważań bierzemy rząd wybranego zakresu np. przy wybranym zakresie 20, bierzemy Z = 10.