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 ws

kazówkowe

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 wskaźnika

c

yfrowego 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.