Przyrządy do rejestracji pomiarów.

Wiadomości ogólne.

Rejestrację wyników pomiarów stosuje się, gdy:

- wartość wielkości badanej zmienia się szybko;

- zachodzi potrzeba jednoczesnego pomiaru wartości dużej liczby wielkości zmiennych w czasie;

- konieczne jest samoczynne sporządzenie dokumentu (zapisu) przedstawiającego wartość jednej lub kilku wielkości jako jednej funkcji innej wielkości, najczęściej czasu;

- proces pomiarowy jest całkowicie zautomatyzowany.

Nośnikiem zapisu, na którym są samoczynnie zapisane wartości wielkości mierzonej, jest zwykle taśma, tarcza lub karta papierowa zwana wykresówką. Stosuje się też materiały światłoczułe w postaci papieru, błony lub płyty fotograficznej, specjalne materiały termoczułe, a także taśmy magnetyczne.

Urządzenie zapisujące, wchodzące w skład każdego rejestratora, pozostawia na nośniku zapisu trwały ślad w postaci linii ciągłej (zapis ciągły), w postaci szeregu punktów (zapis punktowy) lub innych symboli graficznych.

Przy rejestracji zakodowanego wyniku cyfrowego stosuje się drukarki, które dają zapis w postaci kolumny liczb wydrukowanych na taśmie papierowej , lub dziurkarki, których zapis ma postać otworów o układzie zgodnym z przyjętym kodem, wykonanych w specjalnym pasku papierowym. Rejestracja w postaci taśmy dziurkowanej (perforowanej) jest stosowana wówczas, gdy wyniki pomiarów mają być wprowadzone do maszyny matematycznej lub przesłane na odległość dalekopisem.

Mechanizm napędowy (napęd nośnika) służy do przesuwu nośnika, zwykle ruchem jednostajnym w czasie. Wykorzystuje się w nim najczęściej elektryczne silniki synchroniczne lub zegary mechaniczne oraz wielostopniowe przekładnie nastawne, umożliwiające zmianę prędkości przesuwu.

Metoda zapisu określa sposób oddziaływania urządzenia zapisującego na nośnik zapisu. Istnieje wiele metod zapisu. W rejestratorach działających wolno stosuje się najczęściej nanoszenie tuszu na taśmę papierową za pomocą pisaka w postaci pióra lub pisaka strumieniowego piszącego cienkim strumienie tuszu wytryskującego z kapilary pod dużym ciśnieniem. Spotyka się też zapis elektrotermiczny, w którym podgrzany pisak wytapia warstwę wosku pokrywającego nośnik i odsłania czarne podłoże.

Do rejestracji przebiegów szybkich wykorzystuje się najczęściej oddziaływanie wskazówki świetlnej na materiały fotograficzne. Miernik wskazówkowy pozwala na pomiar (i ewentualny zapisz wyniku) wartości zmieniającej się bardzo wolno, np. w odstępach co 3 s ( f < 10⁰ Hz). Pisak w postaci pióra atramentowego potrafi zarejestrować przebiegi o częstotliwości nie większej niż 100 Hz, zaś pióra strumieniowe nie dotykające papieru, może zapisać przebiegi o częstotliwości sięgającej 1000 Hz. Przy zapisie wielkości zmieniającej się z większą częstotliwością , stosuje się już tylko układy o bardzo małej bezwładności, zapisujące za pomocą wiązki światła lub strumienia elektronów.

Przydatność elektromechanicznego przetwornika wielkości elektrycznych X na odchylenie urządzenia rejestrującego (pisaka) Y (lub innego przetwornika, np. wielkości mechanicznych na elektryczne), do przetwarzania wielkości zmieniających się w czasie, jest zależna od jego właściwości dynamicznych. Właściwości te określa się doświadczalnie przez wprowadzenie na wejście wielkości zmieniającej się w sposób ściśle określony, tzw. sygnał standardowy i obserwując sygnał wyjściowy (odpowiedź) np. w postaci zapisu na wykresówce. Najczęściej stosowane sygnały standardowe mają postać:

skoku wielkości wejściowej,

skoku prędkości,

impulsu,

przebiegu sinusoidalnego.

Skok wielkości wejściowej otrzymuje się przez nagłą zmianę jej wartości o x, przy czym wartość początkowa x₀ może być równa zeru lub może być ustaloną wartością różną od zera.

Skokiem prędkości nazywa się przebieg, przy którym wartość wielkości wejściowej zmienia się liniowo w funkcji czasu x = kt.

Impuls to krótkotrwałe działanie wielkości wejściowej o czasie działania tak małym, że w czasie impulsu organ ruchomy przetwornika pozostaje w spoczynku, zatem wielkość wyjściowa nie ulega zmianom.

Sygnały standardowe w postaci skoku wielkości, skoku prędkości i impulsu służą do wyznaczania wielkości dynamicznych przetworników jako funkcji czasu. Natomiast za pomocą sygnałów sinusoidalnych o różnej pulsacji określa się te własności w funkcji częstotliwości.

Zmiany wielkości wyjściowej odpowiadające sygnałom standardowym na wejściu nazywa się odpowiedzią przetwornika. Odpowiedź skokowa ma miejsce w przypadku skokowej zmiany wielkości wejściowej; odpowiedź na skok prędkości - w przypadku liniowej zmiany wielkości wejściowej; odpowiedź impulsowa - w przypadku impulsu na wejściu, a odpowiedź harmoniczna - w przypadku sinusoidalnej zmiany wielkości wejściowej. Odpowiedzi zależą od pewnych stałych właściwości przetwornika, określanych za pomocą takich parametrów charakterystycznych jak: stała czasowa, pulsacja naturalna, tłumienie i czas odpowiedzi.

Stała czasowa T_c charakteryzuje właściwości dynamiczne przetworników, które mają zdolność magazynowania energii tylko w jednej postaci (kinetycznej, potencjalnej, cieplnej lub elektrycznej). Właściwość taką mają układy elektryczne zawierające rezystancję i pojemność (RC) lub rezystancję i indukcyjność (RL), a także np. prosty termometr bez osłony. Takie właściwości miałby również galwanometr magnetoelektryczny o organie ruchomym pozbawionym bezwładności. Stałą czasową wyznacza się na podstawie odpowiedzi skokowej. Nie można jej stosować do scharakteryzowania odpowiedzi oscylacyjnej.

Pulsacja naturalna (własna) _o i tłumienie względne h określają właściwości dynamiczne przetworników mogących magazynować energię w dwóch postaciach. Do takich należą np. układy elektryczne zawierające pojemność i indukcyjność, które gromadzą energię pola elektrycznego (w kondensatorze) i energię pola magnetycznego (w cewce), a także galwanometr magnetoelektryczny gromadzący energię kinetyczną w elementach ruchomych i energię potencjalną w napiętej sprężynie zwrotnej. Pulsacja naturalna określa zdolność do przetwarzania przebiegów szybkozmiennych; im większa jest jej wartość, tym większa jest pulsacja przebiegów prawidłowo przenoszonych. Tłumienie względne h określa charakter odpowiedzi. Gdy tłumienie jest równe lub większe od tłumienia krytycznego (h ≥ 1) występuje odpowiedź aperiodyczna. W przypadku gdy h < 1 pojawiają się odpowiedzi oscylacyjne.

Czas odpowiedzi przetwornika t_u to czas, po upływie którego odpowiedź skokowa różni się mniej od wartości końcowej niż wynosi zadana liczba e. Mały czas odpowiedzi wskazuje, że czujnik nadaje się do pomiarów wielkości zmieniających się szybko. Zwykle przyjmuje się wartość e równą 5% lub 10% końcowej wartości odpowiedzi i mówi się o 5-procentowym lub 10-procentowym czasie odpowiedzi.

Charakterystyki częstotliwościowe przedstawiają właściwości dynamiczne przetworników przy sinusoidalnym sygnale wejściowym. Wyznacza się je w stanie ustalonym po wprowadzeniu na wejście przebiegu sinusoidalnie zmiennego o nastawianych wartościach pulsacji .

Charakterystyka częstotliwościowo-amplitudowa określa stosunek Y_m/X_m amplitudy przebiegu wyjściowego do amplitudy przebiegu wejściowego, dla różnych wartości pulsacji. Zwykle stosunek ten wyraża się w decybelach. Pożądany jest płaski przebieg charakterystyki przetworników w możliwie najszerszym zakresie pulsacji.

Charakterystyka częstotliwościowo-fazowa określa przesunięcie fazowe  między sinusoidalnym przebiegiem wielkości wejściowej i sinusoidalnym przebiegiem wielkości wyjściowej. Korzystny jest liniowy przebieg tej charakterystyki, odpowiadający równaniu

 = k

Pulsacja graniczna _g, wartość pulsacji określona na podstawie charakterystyk częstotliwościowych, poniżej której wartości charakterystyki amplitudowej nie odchylają się od wartości charakterystyki przy  = 0, więcej niż wynosi przyjęta wartość dopuszczalna _d. Przyjmuje się zwykle jako dopuszczalne granice odchyłek wartości wynoszące 10% lub 30% (3 dB), wartości początkowej (przy  = 0).

Rejestratory analogowe.

W rejestratorach analogowych zapis jest najczęściej dokonywany za pomocą specjalnego piórka zasilanego atramentem lub wymiennego wkładu napełnianego odpowiednim barwnikiem. Metody powyższe nie gwarantują wprawdzie dużej szybkości zapisu, ale są niezawodne, tanie, nie wymagają specjalnie preparowanych nośników i umożliwiają natychmiastowy odczyt zarejestrowanego wyniku. Najszybszy jest zapis magnetyczny lub optyczny - realizowany za pomocą promienia świetlnego (światło widzialne lub ultrafiolet), lub strumienia elektronów na odpowiednio uczulonym nośniku. Zapis taki wymaga jednak skomplikowanych urządzeń, a odczyt zarejestrowanego wyniku nie jest bezpośredni. Wymaga on dodatkowych urządzeń odczytowych (zapis magnetyczny), albo też jest możliwy po wykonaniu odpowiedniej obróbki chemicznej nośnika (wywołanie i ewentualne utrwalenie). Dlatego też takie metody zapisu stosowane są przede wszystkim przy wymaganej bardzo dużej szybkości rejestracji, przy której zapis atramentem zawodzi.

Rejestratory elektromechaniczne.

Rejestratory elektromechaniczne działają stosunkowo wolno i najczęściej nadają się do zapisu przebiegu o częstotliwości nie przekraczającej 100 Hz (wyjątkowo, pióro strumieniowe może działać do 1000 Hz). Można je podzielić na dwie charakterystyczne grupy:

• rejestratory bezpośrednie, pracujące w układzie otwartym, które energię potrzebną do odchylenia organu ruchomego (oraz urządzenia zapisującego) pobierają z obwodu pomiarowego,

• rejestratory pośrednie, pracujące w układzie zamkniętym, które nie obciążają obwodu pomiarowego, a energię potrzebną do przemieszczania organu ruchomego czerpią ze źródła pomocniczego (sieci energetycznej lub baterii).

W rejestratorze bezpośrednim wielkość mierzona, o wartości X(t) zmieniającej się w czasie, doprowadzona jest do elektromechanicznego przetwornika pomiarowego powoduje odchylenie jego organu ruchomego wraz z urządzeniem zapisującym. Ze względu na konieczność pokonania dodatkowych oporów mechanicznych stosuje się przetworniki o możliwie dużych momentach napędowych, najczęściej magnetoelektryczne lub ferrodynamiczne.

W rejestratorze z zapisem elektrotermicznym pracującym w układzie otwartym prąd mierzony doprowadzony jest do cewki ruchomej przetwornika magnetoelektrycznego przez taśmy zawieszenia. Poruszający się wraz z cewką pisak (przymocowany do cewki podobnie jak wskazówka) jest podgrzewany prądem pomocniczym. Nośnikiem zapisu jest tu specjalna czarna taśma papierowa pokryta warstwą białego wosku. W miejscu, w którym pisak dociska nośnik do ostrza, następuje wytopienie wosku i odsłonięcie czarnego podłoża. Ruch obrotowy organu ruchomego i pisaka powoduje zniekształcenie wykresu. Aby uzyskać prawidłowy wykres w prostokątnym układzie współrzędnych, konieczna jest zamiana ruchu obrotowego cewki przetwornika na proporcjonalne do kąta obrotu, liniowe przemieszczenie pisaka. Zadanie to wykonuje mechanizm linearyzujący. Cewka przetwornika wraz z krótkim ramieniem wykonują ruch obrotowy. Przegub łączy ramię ze wskazówką, na końcu której jest zamocowane pióro. Na przeciwległym końcu wskazówki znajduje się kołek, który może się poruszać wyłącznie w prowadnicach. Długości wszystkich elementów mechanizmu są dobrane w ten sposób, że podczas obrotu cewki, koniec wskazówki z piórem porusza się praktycznie prostoliniowo wzdłuż szerokości nośnika.

Innym przykładem konstrukcyjnego rozwiązania rejestratora bezpośredniego jest rejestrator punktowy. Może on służyć do zapisu kilku różnych przebiegów na jednej wykresówce. Zapis odbywa się metodą punktową, która polega na tym, że w pewnych odstępach czasu ruchomy pałąk opada gwałtownie na wskazówkę, dociska ją do taśmy barwiącej i odbija znak, określający aktualne położenie wskazówki na wykresówce. W rejestratorze znajduje się komplet taśm o różnych barwach, zamocowanych na ruchomym trzymaku, oraz przełącznik punktów pomiarowych (komutator), łączący różne zaciski wejściowe przyrządu z cewką przetwornika. Po każdym wykonaniu zapisu ruchomy pałąk wraca do położenia górnego, przy którym wskazówka może się swobodnie przemieszczać i następnie samoczynne wybranie nowego punktu pomiarowego oraz zmiana barwy taśmy barwiącej. Zapis i zmiana wielkości mierzonej odbywa się zwykle w odstępach kilkusekundowych. Silnik synchroniczny, napędzający przez przekładnię mechaniczną walec przesuwu wykresówki, służy jednocześnie do uruchamiania, przez zespół krzywek, pałąka i przełącznika. Spotyka się rejestratory punktowe o trzech, sześciu, a nawet dwunastu wejściach pomiarowych.

Rejestratory elektromechaniczne bezpośrednie mają zwykle klasę dokładności odpowiadającą miernikom technicznym (1; 1,5; 2,5). Przy pełnym odchyleniu wskazówki pisaka pobierają z obwodu badanego moc ok. 10 mW.

W rejestratorze pośrednim do układu porównującego (węzeł sumacyjny) doprowadza się z jednej strony wartość wielkości mierzonej X(t) a z drugiej - wartość kompensującą tej samej wielkości X_k(t) o znaku przeciwnym. Różnica obu wartości X, odpowiednio wzmocniona we wzmacniaczu, steruje element wykonawczy (najczęściej elektryczny silnik wykonawczy), który zmienia jeden z parametrów obwodu kompensacyjnego w taki sposób, aby różnicę X doprowadzić do zera (praktycznie do pewnej wartości minimalnej zwanej progiem pobudliwości lub nieczułości). Element wykonawczy napędza jednocześnie urządzenie zapisujące (wskazówkę i pisak) rejestratora. W stanie kompensacji (zrównania wartości mierzonej i kompensującej) nie pobiera się energii z układu pomiarowego, cała energia potrzebna do pracy rejestratora jest pobierana ze źródła pomocniczego.

w rejestratorze kompensacyjnym napięcie mierzone U jest porównywalne z napięciem kompensującym U_k, występującym między punktami A i B układu mostkowego zasilanego napięciem stabilizowanym U_z. Przy stałej wartości napięcia zasilającego i stałych wartościach rezystancji R, wartość napięcia U_k zależy wyłącznie od położenia styku w rezystorze nastawnym R_k. Różnica napięć U = U - U_k jest wprowadzona na wejście wzmacniacza elektronicznego, który zasila silnik wykonawczy. Kierunek wirowania wałka napędowego silnika zależy od znaku napięcia U (dodatni czy ujemny) i jest tak dobrany, że styk jest zawsze przemieszczany w kierunku zmniejszenia się wartości bezwzględnej U. Silnik zatrzymuje się gdy różnica U zmniejszy się poniżej wartości progu pobudliwości. Dla każdej wartości napięcia U, mieszczącej się w zakresie pomiarowym rejestratora, istnieje takie położenie suwaka, przy którym, przy którym jest spełniona równość U = U_k. Do suwaka dołączona jest wskazówka umożliwiająca odczyt zmierzonej wartości na podziałce oraz urządzenie zapisujące tę wartość na wykresówce (w sposób ciągły lub punktowy). Odpowiedni dobór rezystancji mostka oraz rezystora bocznikującego umożliwia uzyskanie różnych zakresów pomiarowych, a także przesunięcie wskazu zerowego do dowolnego miejsca podziałki lub poza podziałkę. Filtr RC znajdujący się na wejściu przyrządu zapobiega oscylacyjnemu ruchowi suwaka (wprowadza odpowiednie tłumienie) oraz zmniejsza zakłócenia sygnału wejściowego.

Oscylografy świetlne.

Zasada działania oscylografu jest następująca. Źródło światła wysyła promienie świetlne, które przez soczewkę skupiającą oraz soczewkę umieszczoną w przetworniku (galwanometrze) magnetoelektrycznym padają na miniaturowe lusterko przymocowane do cewki ruchomej. Po odbiciu od lusterka strumień świetlny jest kierowany przez lusterko płaskie na nośnik zapisu pokryty warstwą światłoczułą. Cylindryczna soczewka skupiająca ma tak dobraną ogniskową, że w płaszczyźnie nośnika otrzymuje się bardzo ostry, punktowy obraz źródła światła. Położenie tego punktu na nośniku zależy od odchylenia cewki i lustra galwanometru; zatem zależy od wartości wielkości rejestrowanej. Źródłem światła jest najczęściej wysokoprężna lampa rtęciowa o dużej zawartości promieni ultrafioletowych. Pozwala to na stosowanie papierów dziennych wrażliwych na promieniowanie ultrafioletowe i nie wymagających wywoływania. Przetwornikiem pomiarowym jest oscylografu jest galwanometr magnetoelektryczny. Galwanometr ma cewkę wykonaną z drutu aluminiowego o średnicy wynoszącej kilkadziesiąt mikrometrów. Cewka ma szerokość ok. 0,2 mm, długość 10 mm i masę ok. 1 mg. Jest ona dwustronnie zawieszona na taśmach, które wytwarzają moment zwrotny i jednocześnie służą do doprowadzenia prądu . Odpowiedni naciąg taśm zapewnia sprężyna. Doprowadzenie prądu do galwanometru odbywa się za pośrednictwem izolowanych pierścieni stykowych. Wymiary zewnętrzne galwanometrów tego typu wynoszą: średnica ok. 5 mm, całkowita wysokość 65...80 mm. Odpowiednie tłumienie drgań cewki uzyskuje się przez wypełnianie wnętrza galwanometru olejem silikonowym, którego lepkość mało zależy od temperatury. Miniaturowe galwanometry nie mają własnych magnesów trwałych, lecz umieszczone są we wspólnym bloku magnetycznym. Kilka lub kilkanaście (do 25) galwanometrów umieszcza się w otworach nabiegunników, wspólnego silnego magnesu trwałego. Obwód prądu badanego zamyka się przez doprowadzenia i styki. Promienie świetlne wysyłane ze źródła przechodzą przez soczewkę skupiającą i wąską nastawialną szczelinę. Po odbiciu przez nieruchome lustra są koncentrowane na ruchomych lusterkach galwanometrów. Po odbiciu od lusterka galwanometru, strumień świetlny pada na nieruchome lustro płaskie i jest kierowany przez skupiające soczewki cylindryczne na taśmę rejestracyjną, przesuwaną za pomocą wałków z prędkością nastawianą od kilku milimetrów do kilku metrów na sekundę. Część strumienia świetlnego odbija lustro i kieruje ją przez soczewkę cylindryczną na wirujące lustra, tworzące boki prostopadłościanu foremnego. Taki zespół luster nazywa się lustrem poligonalnym. Promień odbity od wirujących luster pada na matówkę. Podczas badania przebiegów periodycznych, prędkość kątowa lustra poligonalnego synchronizuje się z częstotliwością przebiegu, wówczas na matówce powstaje obraz nieruchomy. Nowoczesne oscylografy świetlne mają zwykle wbudowany układ znacznika czasu, który nanosi na taśmę linie prostopadłe do kierunku posuwu w określonych odstępach czasu, np. co 10 s; 1 s; 0,1 s lub 0,01 s. Układ znacznika czasu składa się z lampy błyskowej, wyzwalanej generatorem częstotliwości wzorcowej oraz wypukłego lustra kierującego strumień lampy błyskowej na lustro i taśmę rejestracyjną. Nośnik zapisu z zarejestrowanymi przebiegami nazywa się oscylogramem.

ANALOGOWE REJESTRATORY X-t ORAZ X-Y.

Zapis analogowy wielkości mierzonej X najczęściej jest przedstawiany w postaci wykresu zmian tej wielkości w funkcji czasu t (rejestratory X-t), lub też w kartezjańskim układzie współrzędnych jako wykres Y(X) (rejestratory X-Y).

Rejestratory X-t mogą pracować w układzie otwartym, w którym urządzenie zapisujące (pisak) jest napędzane bezpośrednio przez organ ruchomy pomiarowego przetwornika elektromechanicznego, najczęściej magnetoelektrycznego o odpowiednio dużym momencie napędowym. Rejestrator może też działać w układzie zamkniętym, w którym pisak jest uruchamiany za pomocą silnika elektrycznego, sterowanego za pomocą zmian wielkości mierzonej. Rejestratory X-Y pracują z reguły w układzie zamkniętym.

<<<<<Elektromechaniczne przetworniki pomiarowe >>>>>>

Do napędu taśmy papierowej, umożliwiającego zapis w funkcji czasu, stosowane są najczęściej silniki synchroniczne, zasilane z sieci oświetleniowej. Przy wymaganiach większej dokładności wzorcowania osi czasu steruje się silniki z generatorów kwarcowych.

Rejestratory X-Y służą do sporządzania wykresów wzajemnej zależności między dwiema wielkościami. Nośnik (arkusz papieru, najczęściej formatu A3) jest w tych rejestratorach nieruchomy, a pisak zamocowany na ruchomej karetce przemieszcza się w układzie współrzędnych prostokątnych, zależnie od napięć na obu wejściach rejestratora.

W wielu rejestratorach X-Y można sterować ruchem pisaka za pomocą sygnałów cyfrowych. Rejestratory takie, noszące nazwę plotterów, są właściwie cyfrowymi systemami przetwarzania danych, sterowanymi za pomocą mikroprocesora lub maszyny matematycznej. Przyrządy tego typu znalazły szerokie zastosowanie przy wyznaczaniu charakterystyk diod, tranzystorów, materiałów magnetycznych itp. oraz jako urządzenia peryferyjne komputerów.

Produkowane obecnie rejestratory X-Y są przyrządami o przetwarzaniu pośrednim - najczęściej z kompensacyjnymi układami pomiarowymi. Mają zwykle dwa niezależne urządzenia nadążne, z których jedno przesuwa pisak w kierunku osi X, a drugie w kierunku prostopadłej do niej osi Y. W niektórych rozwiązaniach konstrukcyjnych urządzenie zapisujące przesuwa się wzdłuż jednej osi, a wzdłuż prostopadłej do niej przesuwa się nośnik zapisu. Rejestratory o ruchomym nośniku zapisu są budowane często jako rejestratory X-Y/t, a więc jako rejestratory służące do zapisu jednej wielkości w funkcji czasu. Wykonanie Y/t z wykonania X-Y otrzymuje się przez doprowadzenie do układu pomiarowego X napięcia liniowo narastającego i takie dobranie tłumienia, aby nośnik zapisu był przesuwany ruchem jednostajnym.

REJESTRATORY CYFROWE.

W rejestratorach cyfrowych, nazywanych powszechnie drukarkami wierszowymi, stosowane są najczęściej mechaniczne metody zapisu powierzchniowego (uderzenie czcionkami w nośnik przez taśmę barwiącą) lub strukturalnego, polegającego na dziurkowaniu w nośniku niewielkich otworów, pozwalających na syntezę cyfr (drukarki mozaikowe).

Coraz częściej są stosowane elektroiskrowe lub elektrotermiczne metody zapisu. Wymagają one wprawdzie odpowiednio przygotowanego nośnika, który zmienia barwę w miejscu przeskoku iskry lub pod wpływem silnego impulsu prądowego, ale umożliwiają natychmiastowy wizualny odczyt wydruku. Wymienione wyżej metody umożliwiają drukowanie z maksymalną prędkością 10...50 wierszy na sekundę. Uzyskanie znacznie większych prędkości, dochodzących do 200 wierszy na sekundę jest możliwe przy zapisie magnetycznym lub optycznym, mającym jednak przy zapisie cyfrowym te same wady, co i przy zapisie analogowym.

DRUKARKI WIERSZOWE

Cyfrowa rejestracja wyników pomiarów jest formą ich zapamiętania, a zadrukowaną cyframi kartę lub odcinek taśmy można porównywać do matryce pamięciowej.

W miernictwie elektronicznym i cyfrowych systemach pomiarowych są stosowane przede wszystkim drukarki elektromechaniczne, w których przesuw nośnika jest mechaniczny, a proces drukowania mechaniczny (czcionka + taśma barwiąca) lub elektryczny (iskra lub impuls prądowy) i tylko one zostaną omówione.

Ze względu na sposób przygotowywania drukowanych znaków można wyróżnić:

- drukarki z wyborem znaków,

- drukarki z syntezą znaków (drukarki mozaikowe).

Wybór lub synteza znaku może poprzedzać proces drukowania (praca statyczna drukarki) lub też odbywać się w czasie jego trwania (praca dynamiczna drukarki, czyli tzw. "drukowanie w locie").

Zasada działania drukarki z dynamicznym wyborem znaków jest następująca: bęben drukujący sztywno sprzęgnięty z krążkami czcionkowymi napędzany jest silnikiem elektrycznym i obraca się ruchem jednostajnym. Każda kolumna cyfr wyniku, a zatem i każdy krążek drukujący jest obsługiwany przez oddzielny młotek drukujący, który uderza (przez papier i taśmę barwiącą) w czcionkę aktualnie się pod nim znajdującą. Wybór momentu zadziałania młotka odbywa się w następujący sposób. Na wale silnika znajduje się generator kodu, który wytwarza informację o aktualnym położeniu bębna drukującego względem szeregu młotków drukujących. Informacja ta jest dostarczana do odpowiednich układów porównujących (komparatorów). W momencie zgodności cyfry znajdującej się przed młotkiem danej dekady z jej aktualnym stanem komparator wytwarza impuls eklektyczny uruchamiający młotek drukujący. W ten sposób w ciągu jednego obrotu wału silnika zostają wydrukowane wszystkie cyfry we wszystkich kolumnach, niezależnie od liczby cyfr wyniku. Po zakończeniu drukowania, generator kodu wytwarza impuls "wiersz" przesuwający taśmę papierową i kończący tym samym cykl pracy drukarki.

Drukowanie wyników metodą dynamiczną umożliwia uzyskanie prędkości rejestracji dochodzącej do 50 wierszy na sekundę. Szybkość ta jest ograniczona bezwładnością młotków drukujących, czytelnością znaków drukowanych obracającym się bębnem drukującym oraz wytrzymałością nośnika na zerwanie, przy bardzo szybkim jego przesuwie. W przeciętnych wykonaniach drukarek prędkość druku jest znacznie mniejsza i nie przekracza zwykle 10 wierszy na sekundę.

Do cyfrowej rejestracji wyników pomiarów używa się także sterowanych elektrycznie maszyn do pisania lub elektromechanicznych kalkulatorów rejestrujących. Urządzenia te działają "statycznie", tj. wybór cyfr drukowanych odbywa się niezależnie w każdej kolumnie przed wydrukowaniem wiersza. Z tego też względu prędkość rejestracji (zależna od liczby cyfr w wierszu) jest znacznie mniejsza i nie przekracza zwykle 1...2 wierszy na sekundę.

Sam druk może być wykonywany w sposób mechaniczny przez docisk stożkowo-kuliście zakończonych czcionek do nośnika poprzez taśmę barwiącą lub też elektroiskrowo lub elektrochemicznie. Elementy tworzące cyfrę (znak) umieszczone są w węzłach prostokątnej matrycy siatkowej n (kolumn) m (podwierszy). Najczęściej oczka siatki są kwadratowe (a=b), a sama matryca ma wymiar 5 x 7.

Synteza cyfr w drukarce mozaikowej dokonywana jest w całym wierszu podwierszami, przy czym po wydrukowaniu każdego podwiersza nośnik jest przesuwany o odcinek a.

Informacja przewidziana do wydrukowania pobierana jest zazwyczaj z pamięci pośrednich w przyrządzie pomiarowym lub przetworniku A/C i wpisywana do pamięci matrycowych o takich samych wymiarach (a x b) co matryca drukowanej cyfr. Z pamięci tych pobierana jest informacja podwierszami za pomocą generatora synchronizującego (selektora), sprzęgniętego z obracającym się wałkiem przesuwu papieru. Po zakończeniu wyboru i wydrukowaniu ostatniego (m-tego) podwiersza wałek przesuwa papier o odpowiedni odcinek, niezbędny do zachowania właściwych odstępów między drukowanymi wierszami.

Drukarki mozaikowe z syntezą znaków w czasie drukowania umożliwiają uzyskanie dużych prędkości druku, które przy drukowaniu elektrycznym dochodzą do 200 wierszy na sekundę.

W urządzeniach z drukowaniem mechanicznym prędkość drukowania zawiera się zwykle w granicach 30...50 wierszy na sekundę.

OSCYLOSKOPY ELEKTRONICZNE

Oscyloskop elektroniczny jest najbardziej uniwersalnym przyrządem w miernictwie elektronicznym, umożliwiającym wizualną obserwację i rejestrację (za pomocą odpowiednich przystawek) przebiegów elektrycznych oraz pomiar prawie wszystkich podstawowych wielkości elektrycznych. Rejestracja przebiegów obserwowanych na ekranie oscyloskopu dokonywana jest za pomocą przystawek fotograficznych, wyposażonych zwykle w kasety typu Polaroid, dzięki którym można uzyskać gotową odbitkę w 30...45 s od momentu wykonania zdjęcia. Duża czułość błon Polaroid (36 DIN) umożliwia rejestrację bardzo szybkich, jednorazowych przebiegów przy prędkościach zapisu dochodzących do 100 mm/us.

Przebiegi periodyczne mogą być fotografowane na zwykłych, ogólnie dostępnych materiałach negatywowych. Czas naświetlania dobiera się metodą prób. Jako wskazówkę można przyjąć, że przy przysłonie 4...5,6 i czułości filmu 21...23 DIN czasy naświetlania zawierają się w granicach 0,5...1 s. Użycie jasnego obiektywu (1:2) i czułego filmu (27 DIN) skraca czas naświetlenia do 1/15 s, a nawet do 1/30 s i w ten sposób można rejestrować wolnozmienne przebiegi jednorazowe.

---