Kątomierze przeznaczone są do stykowego mierzenia wymiarów kątowych. Narzędzia te zawierają kreskowy wzorzec kąta oraz noniusz kątowy, zapewniający zazwyczaj odczytanie z maks. błędem
5'.

Wzorce kąta w kątomierzach mogą mieć podziałki o różnych wartościach działki elementarnej. Jeśli średnica podzielni jest niewielka, to aby podziałka była czytelna, wartość działki elementarnej musi być większa od 1° (często stosuje się działkę 2°).

Przykład noniusza kątowego

Działka elementarna wzorca kątowego I=2°=120'; l.działek noniusza n=12; moduł m=1. Błąd odczytania
.

Kątomierz uniwersalny- korpus, liniał pomiarowy, podzielnię ze wzorcem kąta (4x90°), tarcza obrotowa z noniuszem, zacisk tarczy i liniału.

Kątomierz optyczny- zawiera wzorzec kreskowy wykonany na podzielni szklanej, umieszczonej w obudowie. Do odczytania wskazań służy wziernik z lupą. Ma dwa ramiona pomiarowe: stałe i obrotowe oraz zacisk.

Wzorzec kątomierza może mieć odpowiednio małą działkę elementarną lub też może współpracować z tzw. Noniuszem o module zerowym. Jeśli bowiem we wzorze przyjmie się m=0, to i=I/n; noniusz taki powstaje więc przez podział podziałki elementarnej na n części. Niezbędne jest urządzenie optyczne do odczytania wskazania.

Pomiary kątów stożków zewn i wewn można mierzyć za pomocą kątomierzy. Stożki zewn mierzy się ponadto: mikroskopami i projektorami pomiarowymi. Stosowane również metody pośrednie.

Metoda pośrednia kąta stożka wewn. Do gniazda stożkowego wkłada się kolejno dwie kulki o średnicy
,
, mierząc
,
od powierzchni kulki do czoła gniazda. Znajduje się
. Poprzeczkę głębokościomierza można oprzeć na 2 stosach płytek wzorcowych o jednakowej wysokości, ustawionej na płycie pomiarowej. W ten sposób wykonuje się pomiar jeśli górna powierzchnia czołowa gniazda nie jest prostopadła do osi stożka.

Błędy metody pomiarowej:

-błąd spowodowany odkształceniem sprężystym kulek i powierzchni gniazda stożkowego

-błąd spowodowany odchyłkami kształtu powierzchni stożkowej

Specjalne kulki pomiarowe-
. Błąd pomiaru będzie mniejszy im dłuższy mierzony stożek.

Przetwornik pomiarowy- urządzenie przetwarzające jedną wielkość fizyczną w inną z określoną dokładnością. Wielkość fizyczna podawana nie jest dostępna zmysłom obserwatora, aby odczytać treść wielkości wyjściowej lub wyniku pomiaru trzeba użyć woltomierza lub dekodera (komputer).

Może być wyposażony w: pamięć do zapamiętywania wyników pomiaru w postaci zakodowanej; w mikroprocesor do przetwarzania sygnałów i informacji. Jeśli wielkość przetwarzana nie jest wielkością mierzoną to przetwornik pośredni.

Zakres pomiarowy przyrządu- zbiór wartości wielkości wzorcowej, odtwarzany przez przyrząd, scharakteryzowany przez kres dolny i kres górny zbioru. Przyrząd możemy zastosować do pomiaru wielkości x wówczas, gdy wartość tej wielkości mieści się w zakresie pomiarowym przyrządu. Założony jako hipoteza sprawdzana w procesie pomiaru zbiór X musi być podzbiorem zbioru W.

Długości zakresów tzn. różnice kresów górnego i dolnego, są normalizowane liczbami: 1; 1,6; 2,5; 4; 6 i ich dziesiętnymi krotnościami np. 0
6; -0,1
0; 96
100 jednostek danej wielości.

Są produkowane przyrządy jednozakresowe (zmiana podzakresu następuje przez dodanie do każdego elementu zbioru W1 stałej wartości) i wielozakresowe (jeden podzakres stanowi podzbiór Wt zbioru W). Sposób wydzielenia podzakresów wynika z metody pomiarowej i rodzaju wielkości.

Klasa niedokładności przyrządu- umowne oznaczenie jednej z właściwości metrologicznych przyrządu. To umownie przyjęta wartość błędu dopuszczalnego w dowolnym punkcie zakresu pomiarowego przyrządu w warunkach odniesienia, przy czym błąd ten, podany w procentach, jest odniesiony do długości zakresu pomiarowego przyrządu. Przyjęto wartości błędu dopuszczalnego: 0,1%, 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 5%. I klasy oznaczono 0,1 ..5.

Błędy dodatkowe przyrządu- błędy wskazania, występujące przy stosowaniu przyrządu w warunkach odmiennych od warunków odniesienia. Wartości podajemy oddzielnie dla każdej wielkości charakteryzującej warunki np.dla ciśnieniomierza dodatkowy błąd temperatury wynosi 0,2%/10°C. są to tendencje, bo normować wartości dopuszczalnych błędów dodatkowych jako określoną część błędu podstawowego.

Właściwości dynamiczne przyrządu- zdolność przyrządu do dokonywania pomiaru wielkości zmieniających się w czasie. Właściwości dynamiczne przyrządów działających cyklicznie z taktem wewnętrznym są określone okresem taktu. Dla przyrządów działających w sposób ciągły istnieje kilka definicji; zwykle właściwości te są podawane w warunkach technicznych lub normach w sposób uproszczony.

Rezystancja wejściowa (wewnętrzna)- charakteryzuje obciążenie źródła wielkości mierzonej przez przyrząd lub, inaczej, charakteryzuje oddziaływanie przyrządu na źródło wielkości mierzonej, co może powodować zmianę wartości wielkości mierzonej. W przyrządach do pomiaru wielkości zmiennych w czasie lub przyłączanych do źródła wielkości mierzonej na chwilę np. woltomierze cyfrowe, oddziaływanie przyrządu charakteryzuje impedancja lub pojemność wejściowa.

Niezawodność przyrządu- właściwość charakteryzująca spełnianie funkcji celu przez przyrząd. Inaczej, niezawodność jest to prawdopodobieństwo bezbłędnego wykonania określonej czynności w ustalonych, dopuszczalnych granicach parametrów, w określonych warunkach i w określonym czasie. Miarą niezawodności jest intensywność uszkodzeń.

Charakterystyki statyczne przyrządów i przetworników pomiarowych

Przetwarzanie statyczne

Przetwarzanie jest statyczne, gdy zbiory wielkości wejściowych są realizowane w postaci punktów. W przetworniku o m wielkościach wejściowych realizacja punktów następuje wówczas, gdy każda z wielkości wejściowych xu,..,xm. Przyjmuje określoną wartość. Zbiory wielkości mogą być realizowane punkt po punkcie w dowolnej kolejności.

Równanie przetwarzania tworzy w (w+1)-wymiarowej przestrzeni hiper-powierzchnie, której przekroje płaszczyznami yx, przy czym i=1,2,..,m nazywamy charakterystykami statycznymi przetwornika. Równania charakterystyk wynikają bezpośrednio z równania przetwarzania.

Charakterystyka przetwornika- przetwornik służy do pomiaru wielkości x=xm, w równaniu przetwarzania zależność wielkości wyjściowej od wielkości mierzonej jest dominująca tzn. y=f(x1,…,xm-1,x)=fo(x). funkcję fo otrzymujemy dla stałych wielkości x1,..,xm, równych x10,..,x(m-1)0. wartości te nazwane wartościami odniesienia oznaczamy indeksem 0. Równanie przetwarzania w warunkach odniesienia z=f(x10,…x(m-1)0=fo(x) jest ustalone w sposób ścisły i nazywane charakterystyką przetwornika. W najprostszym przypadku przetwornik jest elementem o charakterystyce liniowej yo=ko(x-xo). Dane: xo-pkt zerowy przetwornika, ko i xo- wielkości stałe, indeks przy y oraz k- warunki odniesienia.

Czułość przetwornika- określa o ile jednostek zmienia się wartość wielkości wyjściowej, gdy wielkość mierzona ulega zmianie o 1 jednostkę. Jest zdefiniowana stosunkiem przyrostów wielkości mierzonej k=dy/dx. Stała czułość jest zaletą. Przetworniki, których nie jest stała nazywamy nieliniowymi.

Czułość na wielkości wpływające- definiujemy czułość przetwornika na każdą z wielkości wpływających x1,..x(m-1). k=dy/dx1.

Właściwości przetworników liniowych- przetworniki spełniające zasadę superpozycji (przetworniki liniowe), charakteryzują stałe wartości czułości ki. W przetworniku liniowym następuje liniowe przekształcenie zbiorów wielkości wejściowych w zbiór wielkości wyjściowej.

Charakterystyki dynamiczne przetworników liniowych

Przetwarzanie dynamiczne- przetwarzanie jest dynamiczne , gdy zbiory wielkości wejściowych są realizowane w całości, przy czym kolejność realizacji elementów zbiorów jest uporządkowana według bieżącego parametru t-czasu. Działanie przetwornika opisują dynamiczne równanie przetwarzania i charakterystyki dynamiczne. Przetwarzanie statyczne jest szczególnym przypadkiem stanu dynamicznego.

W przetwarzaniu dynamicznym zmiana wartości wielkości wejściowych powoduje zmiany stanu energetycznego przetwornika. Zmiany kumulowanej energii, opory przepływu i rozpraszania energii powodują, że w równaniu dynamicznym należy uwzględnić parametry przetwornika pomijane w statycznym równaniu przetwarzania. Przepływ energii między elementami przetwornika oraz między elementami a otoczeniem opisujemy równaniami różniczkowymi. Dla przetwornika o n stopniach przetwarzania otrzymujemy n równań, w których wystąpią wszystkie uwzględnione wielkości wejściowe oraz wyjściowe stopni przetwarzania. Po wyeliminowaniu zmiennych zależnych i uporządkowaniu otrzymamy jedno równanie różniczkowe.

Przetworniki o charakterystyce nieliniowej

Przetwarzanie statyczne- na podstawie danej charakterystyki wielkości wyjściowe obliczamy punkt po punkcie dla zadanych wartości wielkości mierzonych. Możemy zadać zbiór pkt-ów X i pkt po punkcie obliczyć zbiór Y. Zbiór X może być specyficzny lub określony. Właściwości zbioru Y trzeba badać na podstawie zbioru otrzymanych punktów.

Przetwarzanie dynamiczne- działanie możemy opisać liniowymi równaniami przetwarzania, stosując przybliżenia:

-aproksymację charakterystyki nieliniowej do stycznej w punkcie pracy charakterystyki nieliniowej

-założenie stałych wartości współczynników równania różniczkowego wokół punktu pracy.

Warunkiem spełnienia wymienionych założeń jest niewielka zmiana wielkości wejściowych. Aproksymację liniową charakterystyki nieliniowej możemy przeprowadzić według innego kryterium. Charakterystyka zastępcza może być cięciwą krzywej lub może być wyznaczona metodą najmniejszych kwadratów w odpowiednio szerokim przedziale zmian wielkości x. inny sposób polega na aproksymacji charakterystyki nieliniowej linią łamaną, znalezieniu równań dla poszczególnych odcinków i rozwiązywaniu ich w obszarze kolejnych odcinków.

---