Podstawy Techniki Pomiarowej
1
Algorytm – uporządkowany ciąg jasno zdefiniowanych czynności, koniecznych do wykonania
pewnego rodzaju zadań; w zależności od sposobu otrzymania wartości wielkości mierzonej
pomiary podzielić można na bezpośrednie i pośrednie;
Analiza porównawcza – technika, która rozpoznaje rodzaj elementów tworzących całość z punktu
widzenia cech oraz ocena sprawności funkcjonowania tej całości z punktu widzenia przyjętego i
określonego wzorca; analiza porównawcza analizuje konkretne obiekty, które są złożone i różnią
się od innych; analiza porównawcza obejmuje:
a) porównywanie wielkości gospodarczych i ich relacji w czasie;
b) analizę strukturalną;
c) porównanie wielkości i relacji charakterystycznych dla badanego podmiotu gospodarczego z
odpowiednimi wielkościami w innych firmach;
Aproksymacja – zastępowanie jednych wielkości matematycznych przez inne, bliskie im w
określonym sensie; wszelkie aproksymacje maja na celu zastąpienie wielkości bardziej złożonych
prze prostsze, łatwiejsze w badaniach i stosowaniu;
Badania makroskopowe – badania z dziedziny metaloznawstwa polegające na obserwacji okiem
nieuzbrojonym (lub przy niewielkim powiększeniu) naturalnych powierzchni lub specjalnie
przygotowanych (wyszlifowanych i wytrawionych odpowiednimi odczynnikami) zgładów części
maszyn, odlewów, gotowych wyrobów lub półfabrykatów w celu oceny jakości i wykryciu wad,
np:
a) pęknięcia;
b) zawalcowania;
c) jamy skurczowe;
d) pęcherze podskórne (często powstające np. w odlewach);
e) wtrącenia niemetaliczne;
f) innego typu nieciągłości materiału, których obecność ma negatywny wpływ na jego
wytrzymałość i właściwości mechaniczne;
Badania mikroskopowe – wykonane są w celu zbadania mikrostruktury metali przeprowadza się
najczęściej za pomocą mikroskopu optycznego, stosując powiększenia od około 20 – 1800 -
krotnych. Stosowany do badań metali mikroskop, zwany mikroskopem metalograficznym, różni się
od powszechnie znanych mikroskopów biologicznych, gdyż umożliwia obserwacje próbki w
świetle odbitym od jej powierzchni. Wynika to stąd, że próbki metali – nawet najcieńsze – są
nieprzeźroczyste i nie można dlatego stosować do ich oświetlania światła przechodzącego przez
preparat. Stąd konieczność szlifowania i polerowania powierzchni metalu do lustrzanego połysku.
Próbkę metalu przygotowaną do obserwacji mikroskopowych nazywamy szlifem lub zgładem
metalograficznym.
Badania materiałowe – to interdyscyplinarna dziedzina badań naukowo-technicznych, która
zajmuje się analizą wpływu struktury chemicznej i fizycznej materiałów na ich właściwości
elektryczne, mechaniczne, optyczne, powierzchniowe, chemiczne, magnetyczne i termiczne a także
rozmaite kombinacje tych właściwości.
Badania materiałowe obejmują szereg technik badań fizycznych, chemicznych i mechanicznych,
przy pomocy których można określić zarówno strukturę jak i właściwości materiałów, a przede
wszystkim zależności pomiędzy strukturą a właściwościami. Zadaniem inżynierii materiałowej jest
badanie wpływu struktury na właściwości oraz określanie i zapobieganie (zwykle poprzez zmianę
struktury) niepożądanym zmianom właściwości użytkowych materiałów. Umożliwia to
opracowywanie sposobów otrzymywania, używania, ochrony (np. przed korozją) materiałów o
ściśle określonych cechach użytkowych. Badania te mają też silny wpływ nie tylko na planowane
cechy użytkowe produktów końcowych, ale też pomagają zbadać i opracować efektywne metody
ich produkcji i przetwarzania.
Baza – pojęcie oznaczające pierwotnie przede wszystkim punkt wyjścia, miejsce początkowe,
zaplecze; dziś oznacza przede wszystkim podstawę, podłoże, podwalinę, stąd także główny
składnik, tworzywo, a przez to zasadniczą (zwykle dolną) część;
Podstawy Techniki Pomiarowej
2
Barwy nalotowe – podczas wygrzewania stali węglowej w atmosferze powietrza w określonej
temperaturze, na jej powierzchni tworzy się warstewka tlenków żelaza o grubości zależnej od
temperatury i czasu wygrzewania; warstewka powstała w niskich temperaturach jest bardzo cienka i
przezroczysta dla promieniowania widzialnego; stwarza ona u obserwatora wrażenie barwnej na
skutek interferencji promieniowania widzialnego padającego i odbitego od warstewek; dla stali
węglowych pojawienie się barwy nalotowej przy szybkim nagrzewaniu występuje już w
temperaturze ok. 200
o
C; dokładność określenia temperatury na podstawie barw nalotowych ,przy
największej nawet wprawie obserwatora nie przekracza ± 15 oC;
Barwy żarzenia – przy wzroście temperatury stali lub stopu powyżej 500
o
C ich powierzchnia
zaczyna emitować – obok wysyłanego wcześniej i zwiększającego swe natężenie promieniowania
podczerwonego – promieniowanie widzialne, które u obserwatora wywołuje wrażenie żarzenia się,
przechodzące w miarę wzrostu temperatury w wrażenie świecenia; dokładność oceny temperatury
na podstawie barw żarzenia nie przekracza ± 25 oC, a dla obserwatora nieprawnego może wynosić
nawet ± 100
o
C;
Bezwładność – inercja, właściwość układu fizycznego, charakteryzująca jego podatność na zmiany
stanu pod wpływem czynników zewnętrznych; miarą bezwładności jest masa, a jej odpowiednikiem
w ruchu obrotowym – moment bezwładności;
Błąd pomiaru – różnica między wynikiem a wartością prawdziwą wynik pomiaru; na ogół różni
się od wartości prawdziwej (rzeczywistej) wielkości mierzonej; w praktyce wartość prawdziwa nie
jest znana i zastępowana jest wartością umownie;
Błąd pomiaru (rodzaje ze względu na źródła ich powstania):
a) błędy powodowane przez przyrządy pomiarowe;
b) błędy powodowane przez metody pomiarowe;
c) błędy powodowane przez mierzącego;
d) błędy powodowane przez obliczenia to błędy przy niewłaściwym zaokrągleniu, niewłaściwe
metody wyrównywania błędów;
e) błędy powodowane przez wpływ otoczenia na mierzącego, na przyrządy i na mierzoną wielkość;
Czynnikami wywołującymi te błędy to:
a) temperatura;
b) ciśnienie;
c) wilgotność powietrza;
d) zakłócenia elektromagnetyczne;
Błąd pomiaru zaleca się obliczać zgodnie z następującymi zasadami:
a) wartość liczbową błędu należy zaokrąglać "w górę" i zapisywać liczbą o jednym miejscu
znaczącym;
b) zapis błędu pomiaru w postaci dwu cyfr znaczących jest zalecany w pomiarach dokładnych oraz
wówczas, gdy wskutek zaokrąglenia do jednej cyfry znaczącej wartość błędu zwiększyłaby się
więcej niż o 10%. Wynik pomiaru oblicza się z jednym miejscem dziesiętnym więcej niż to, na
którym zaokrąglono błąd, po czym zaokrągla go się (zgodnie z regułą zaokrąglania liczb) tak, aby
ostatnia cyfra wyniku odpowiadała miejscem wartości liczbowej błędu;
Błąd przypadkowy (losowy) – błędy zmieniające się w sposób nieprzewidziany podczas
wykonywania dużej liczby pomiarów tej samej wielkości w warunkach praktycznie niezmiennych;
główne przyczyny powstawania:
a) niedoskonałość zmysłów obserwatora i brak dostatecznej koncentracji podczas pomiarów;
b) rozrzut wskazań przyrządów pomiarowych powodowany niestałością ich właściwości
statycznych i dynamicznych;
c) krótkotrwałe zmiany wielkości wpływowych;
Ograniczenie wpływu błędów przypadkowych uzyskuje się przez:
a) wielokrotny pomiar tej samej wartości wielkości;
b) przyjęcie średniej arytmetycznej jako wyniku ostatecznego;
Błąd wskazania przyrządu pomiarowego – różnica v
i
– v
o
, gdzie v
i
jest wartością wskazywaną
przez przyrząd, zaś v
o
– wartością poprawną wielkości mierzonej.
Podstawy Techniki Pomiarowej
3
Błąd dokładności wskazań – wypadkowa wartość błędów narzędzia pomiarowego w okreslonych
warunkach użytkowania, zawierająca błędy poprawności i wierności wskazań.
Błąd względny – definiowany jest jako stosunek błędu bezwzględnego do wartości rzeczywistej;
Błąd bezwzględny – definiowany jest jako różnica wyniku pomiaru i wartości rzeczywistej,
niedokładność pomiaru wynika głównie z: istnienia dopuszczalnego błędu systematycznego
narzędzia pomiarowego określonego jego klasą dokładności;
Błąd systematyczny – błędy, które podczas pomiarów tej samej wartości pewnej wielkości,
wykonywanych w tych samych warunkach, pozostają stałe zarówno co do wartości bezwzględnej
jak i co do znaku lub błędy zmieniające się według określonego prawa wraz ze zmianą warunków;
źródłami błędów systematycznych są:
a) metody i przyrządy pomiarowe;
b) niezachowanie wymaganych warunków pomiaru;
c) obserwator;
Charakterystyczną cechą błędów systematycznych jest możliwość całkowitego lub częściowego ich
usunięcia z wyniku pomiaru.
Czujnik elektrooporowy – wymagania stawiane:
a) dobra przewodność cieplna (dobre odprowadzenie z czujnika ciepła wytworzonego przez
płynący prąd);
b) niewrażliwość na odkształcenia poprzeczne do kierunku odkształceń mierzonych;
c) wysoka oporność izolacji;
zalety
a) duża dokładność;
b) możliwość stosowania w miejscach trudnodostępnych;
c) rozłączność czujnika i układu rejestrującego możliwość pomiarów statycznych i dynamicznych;
wady
a) podatność na wpływy temperatury i wilgoci;
b) duża cena czujników (czujniki raz naklejone nie mogą być usunięte i ponownie użyte);
c) rozłączność czujnika i układu rejestrującego - zdalny pomiar;
d) kosztowne badania (kwalifikowana obsługa);
Czułość narzędzia pomiarowego – właściwość narzędzia pomiarowego dla danej wielkości
mierzonej wyrażająca się ilorazem przyrostu obserwowanej zmiennej dl przez odpowiedni przyrost
wielkości;
Drut elektrooporowy
Wymagania stawiane:
a) liniowa zależność między zmianą oporu, a przemieszczeniem;
b) wysoki współczynnik czułości (stała tensometryczna) k;
c) wysoka oporność właściwa pozwalająca budować czujniki o małych wymiarach;
d) niski współczynnik termicznej zmiany oporności;
Eksperyment – procesy odpowiednio przygotowane i kierowane przez uczonych, których
zadaniem jest odpowiedź na określone pytania;
Etalon – narzędzie pomiarowe przeznaczone do określenia lub zrealizowania, zachowania albo
odtworzenia jednostki miary określonej wielkości (albo jej wielokrotności lub podwielokrotności)
w celu przekazywania tej jednostki, przez porównanie, innym narzędziom pomiarowym; etalony
dzielimy na:
a) etalon pojedynczy;
b) etalon zespołowy;
c) etalon podstawowy – etalon o najwyższej dokładności, służący m.in. do ustalania wartości tzw.
etalonu wtórnego;
d) etalon odniesienia – etalon służący tylko do porównywania z etalonem o mniejszej dokładności;
e) etalon kontrolny – etalon wywzorcowany przez porównanie z etalonem odniesienia, służący do
sprawdzania narzędzi pomiarowych użytkowych o mniejszej dokładności;
Podstawy Techniki Pomiarowej
4
Etalon międzynarodowy – uznany umową międzynarodową za podstawę do ustalania wartości
wszystkich innych etalonów danej wielkości;
Etalon państwowy – uznany urzędowo w danym państwie (zwykle jest to etalon podstawowy w
danym państwie);
Grawitacja – zjawisko fizyczne polegające na wzajemnym przyciąganiu się ciał Grawitacja na
powierzchni Ziemi;
Jednostka miary – wielkość mierzalna danego rodzaju, której umownie przypisuje się liczbę
jeden, nadaje nazwę i oznacza symbolem;
Legalizacja narzędzia pomiarowego – czynności wykonywane przez organ państw; służby
metrologii prawnej lub przez inny organ do tego upoważniony, polegające na stwierdzeniu i
zaświadczeniu, że narzędzie pomiarowe całkowicie spełnia wymagania przepisów legalizacyjnych;
obejmuje sprawdzenie i ocechowanie narzędzia pomiarowego lub wydanie świadectwa
legalizacyjnego; w Polsce legalizacje narzędzi pomiarowych przeprowadza Główny Urząd Miar
(GUM) lub podległe mu placówki, a także instytucje upoważnione przez GUM;
Masa – skalarna wielkość charakteryzująca obiekty fizyczne, służąca do ilościowego opisu ich
bezwładności i oddziaływania grawitacyjnego; pomiar masy przeprowadza się korzystając z II
zasady dynamiki Newtona bądź wykorzystując zjawisko grawitacji (porównuje się siły ciężkości
działające na ciała materialne w tym samym – w przybliżeniu – punkcie pola grawitacyjnego
Ziemi);
Metoda Brinella
a) polega na wciskaniu wgłębnika (kulka o średnicy D) w powierzchnię badanej próbki;
b) mierzy się średnicę odcisku d powstałego na powierzchni po usunięciu siły obciążającej F;
c) na podstawie wartości pomierzonej średnicy d oblicza się twardość z wzoru:
HB =
gdzie:
F – siła obciążająca [kG];
D – średnica kulki [mm];
d – średnica odcisku [mm];
0,102 – współczynnik przeliczeniowy układu SI;
Wartość siły obciążającej F należy obliczyć według wzoru: F=9,807 KD2 ,gdzie średnica
wgłębnika (kulki): D= 2,5 mm Siła obciążająca powinna być wybrana tak, aby średnica odcisku d
znajdowała się między wartościami 0,24 D i 0,6 D.
Zalety metody Brinella:
a) Możliwość pomiaru twardości stopów jednorodnych;
b) Jedna skala twardości;
c) Istnieje relacja między twardością a wytrzymałością;
d) Możność uzależnienia twardości Brinella dla materiałów ciągliwych od wytrzymałości na
rozciąganie Rm. ( zależności te kształtują się następująco: stal o twardości 125 < HB < 175 - Rm
0,343 HB; stal o twardości HB > 175 – Rm 0,362 HB; staliwo Rm ( 0,3 0,4 ) HB; żeliwo szare Rm
( HB - 40 ) / 6; aluminium Rm 0,26 HB;
e) Możność stosowania tej metody do pomiaru twardości o strukturze niejednorodnej;
Wady metody Brinella:
a) Niemożność stosowania go do pomiaru twardości wyrobów twardych, drobnych oraz cienkich
warstw utwardzonych i powierzchni niepłaskich;
b) Znaczne uszkodzenie powierzchni;
c) Kłopotliwość pomiaru średnicy odcisku i konieczności odczytywania wyników z tablic, co
wpływa na długi czas pomiaru;
d) Nie nadaje się do pomiarów twardości warstw utwardzonych i bardzo małych przedmiotów;
e) Pomiary nie są zawsze porównywalne;
f) Odniesienie twardości do powierzchni, czaszy kulistej, co utrudnia wprowadzenie poprawek;
g) Nie nadaje się do pomiarów twardości materiałów twardych;
h) Pomierzona twardość jest zależna od siły nacisku;
Podstawy Techniki Pomiarowej
5
Metoda analogowa – wartość wielkości mierzonej, która zmienia się w sposób ciągły, odpowiada
również wielkość wyjściowa (wskazanie) o ciągłych wartościach;
Masy pomiary:
a) bezpośrednie – przez porównanie ze wzorcem, np. waga szalkowa;
b) pośrednie – najczęściej poprzez pomiar siły, ciśnienia, wydłużenia;
Każde przetwarzanie jednej wielkości w drugą może być potencjalnie źródłem błędów.
Metoda cyfrowa ciągłym przedziałom wartości wielkości mierzonej są przyporządkowane
nieciągłe (dyskretne) przydziały wartości wielkości wyjściowej to znaczy, że wartości wyjściowe
mają formę cyfrową; jeśli odbiorca wyniku jest obserwator, to stosowany jest dziesiętny system
zapisu cyfr, jeśli maszyna cyfrowa – system kodowany dwójkowo; gdy w układzie pomiarowym
tylko urządzenie wskazujące pracuje cyfrowo, a proces pomiarowy przebiega analogowo, wówczas
metoda taka nie może być uważana za w pełni cyfrową;
Metoda zerowa – metoda różnicowa, w której różnicę wartości wielkości mierzonej i znanej
wartości tej samej wielkości z nią porównywanej sprowadza się do zera; przykładem może być:
pomiar oporu elektrycznego za pomocą mostka Wheatstone'a i wskaźnika równowagi; metody
pomiarowe zerowe są najdokładniejszymi metodami porównania bezpośredniego; porównanie
wartości mierzonej z wartością wzorcową (lub z zespołem wartości wzorcowych) odbywa się w
nich za pomocą układu pomiarowego, w którym przez zmianę parametrów elementów składowych
doprowadza się do zaniku (do zera) napięcia lub prądu w kontrolowanej gałęzi układu; dokładność
zerowych metod pomiaru jest bardzo duża, zależy od dokładności wykonania zastosowanych w
układzie wzorców oraz od czułości wskaźnika równowagi; zastosowanie bardzo dokładnych
wzorców oraz zastosowanie wskaźnika równowagi o wysokiej czułości ogranicza błędy
systematyczne metody do wartości pomijalnych wobec błędów przypadkowych; podczas pomiarów
dokładnych wykonuje się zwykle serię pomiarów i statystyczną obróbkę wyniku pomiaru;
Metodą Rockwella
W metodzie Rockwella stosowane są dwa wgłębniki:
a) stożkowy wgłębnik diamentowy o kącie 1200±0,5° i promieniu krzywizny wierzchołka 0,2 mm;
b) wgłębnik kulkowy stalowy lub z węglików spiekanych o średnicy 1,587 5 mm i lub 3,175 mm;
kulki stalowe powinny być w stanie obrobionym cieplnie o twardości nie mniejszej niż 850 HV10;
Pomiar twardości oblicza się na podstawie trwałego przyrostu głębokości odcisku h pod działaniem
określonej siły po usunięciu głównej siły obciążającej. W metodzie Rockwella określenie liczby
twardości zostało oparte na pomiarach głębokości odcisków trwałych uzyskiwanych w różnych
materiałach za pomocą ustalonego wgłębnika (stożka diamentowego lub kulki stalowej) i
ustalonego nacisku.
Zalety metody Rockwella:
a) Możność stosowania go do badania wyrobów twardych i niektórych warstw utwardzonych;
b) Szybkość i łatwość pomiaru;
c) Bardzo prosta obsługa twardościomierza;
d) Odczytywanie twardości bezpośrednio na twardościomierzu bez konieczności stosowania tablic;
e) Małe odciski pozostawione przez ten pomiar;
f) Możność stosowania go do zautomatyzowania pomiarów;
Wady metody Rockwella:
a) Bardzo duży wpływ niepoprawnego ustawienia przedmiotu na wynik pomiarów;
b) Bardzo duży wpływ zanieczyszczeń śruby podnośnej i podstawek, stolika przedmiotowego i
kształtu na samego wyrobu na wynik pomiaru;
c) Niemożliwość pomiaru twardości bardzo cienkich przedmiotów i cienkich warstw nawęglonych,
azotowanych itp.;
d) Niemożność dotrzymania dużej dokładności pomiaru wskutek niekorzystnych warunków
metrologicznych (wiele mechanicznych przełożeń);
e) Znaczna ilość skal twardości i kłopotliwe ich porównanie ze sobą, jak również z wynikami
innych sposobów;
f) Nierównomierność poszczególnych skal, np.: przy porównywaniu twardości stali węglowej;
Podstawy Techniki Pomiarowej
6
Metodą Vickersa
a) jest jedną z najdokładniejszych metod pomiaru twardości;
b) Polega ona na wciskaniu w metal siłą F ostrosłupa diamentowego o podstawie kwadratowej i
kącie wierzchołkowym między przeciwległymi ścianami 136°; po odciążeniu mierzy się długość
przekątnych d powstałego odcisku i oblicza się powierzchnię boczną odcisku;
Diamentowy wgłębnik pozwala na badanie materiałów wszelkich twardości. Kształt ostrosłupowy
wgłębnika powoduje, że wszystkie odciski są do siebie geometrycznie podobne i że liczba
twardości obliczona jak w metodzie Brinella nie zależy od wartości zastosowanego nacisku. Dobór
siły nacisku uzależniony jest od rozmiarów (grubości) próbki. Czas działania siły wynosi 15 sek.
[kG/mm
2
]
gdzie:
F – siła nacisku [kG];
d – średnia arytmetyczna obu przekątnych odcisku po odciążeniu [mm
2
];
Zalety metody Vickersa:
a) Duża porównywalność tej metody z metodą Brinella ( aż do 300 jednostek twardości HB są ze
sobą zgodne; powyżej stosuje się zależność HB = 0,95 HV );
b) Możność uzależnienia twardości HV od wytrzymałości na rozciąganie Rm;
c) Możność stosowania tej metody zarówno do materiałów miękkich, jak i bardzo twardych;
d) Małe głębokości odcisków;
e) Zmiana ustawienia nie wpływa na wynik pomiaru;
f) Duża dokładność odczytu przekątnych;
g) Wynik pomiaru twardości przy zastosowaniu większych obciążeń nie zależy od zastosowanego
obciążenia;
Wady metody Vickersa:
a) Skomplikowana konstrukcja twardościomierza wymagającego bardzo fachowej obsługi;
b) Mała wydajność pomiaru;
c) Niemożność pomiaru niektórych materiałów niejednorodnych, np. żeliwa ze względu na jego
porowatość, w związku z tym może nastąpić uszkodzenie ostrza wgłębnika;
d) Dość znaczny wpływ chropowatości na wynik pomiaru;
e) Większy koszt twardościomierza;
Metodę wychylona – wartość wielkości mierzonej określa się w niej na podstawie odchylenia
wskazówki lub innego wskazania (np. cyfrowego) narzędzia pomiarowego; odchylenie to jest miarą
wielkości mierzonej; podczas pomiaru wzorzec wielkości mierzonej nie występuje bezpośrednio,
natomiast przy produkcji narzędzia pomiarowego cały szereg wartości wzorcowych został
wykorzystany do odpowiedniego wykonania podziałki (wzorcowanie podziałki); metoda ta jest
najprostsza, najłatwiejsza w zastosowaniu, daje natychmiastowe wyniki, ale przy wykorzystaniu
analogowych narzędzi pomiarowych jest stosunkowo mało dokładna; dokładność metody znacznie
zwiększyła się z chwilą zastosowania bardzo dokładnych przyrządów cyfrowych; niedokładność
pomiaru wykonywanego tą metodą wynika głównie z istnienia dopuszczalnego błędu
systematycznego narzędzia pomiarowego określonego jego klasą dokładności; jest ona stosowana
podczas pomiaru ciśnienia za pomocą manometru z elementem sprężystym, pomiaru masy za
pomocą wagi uchylnej, a także napięcia woltomierzem z analogowym urządzeniem wskazującym;
w każdym z tych przykładów występuje niezgodność rodzaju wielkości mierzonej i wzorcowej cała
wartość wielkości mierzonej jest wtedy przetwarzana w przyrządzie na wielkość tego samego
rodzaju co wzorcowa, a następnie porównania; zwykle metoda wychyleniowa polega na wywołaniu
momentu siły, zależnego od wartości wielkości mierzonej; moment ten jest równoważony przez
przeciwnie skierowany moment wytworzony elementem sprężystym, którego odkształcenia
powodują ruch części ruchomej urządzenia wskazującego; wychylenie tej części wskazuje wartość
wielkości mierzonej na podziałce wywzorcowanej w jednostkach wielkości mierzonej;
Moment bezwładności – mechaniczna wielkość fizyczna będąca miarą bezwładności bryły
sztywnej w ruchu obrotowym;
Podstawy Techniki Pomiarowej
7
Metody ilościowe – metody badawcze, w których określa się parametry liczbowe (w odpowiednich
jednostkach), charakteryzujących badane zjawisko lub obiekt badań; niekiedy badania metodami
ilościowymi poprzedzane są przez badania metodami jakościowymi;
Metoda pomiarowa różnicowa – metoda pomiarowa porównawcza oparta na porównaniu wartości
wielkości mierzonej z niewiele różniącą się od niej znaną wartością tej samej wielkości i pomiarze
różnicy tych wielkości;
Metrologia – dziedzina wiedzy o pomiarach; obejmuje wszystkie teoretyczne i praktyczne
problemy związane z pomiarami, niezależnie od rodzaju wielkości mierzonej i dokładności
pomiaru; w zakres metrologii wchodzą zagadnienia dotyczące jednostek miar oraz ich etalonów,
pomiarów, narzędzi pomiarowych oraz cech obserwatorów; metrologia obejmuje również
wyznaczanie stałych fizycznych oraz określanie właściwości materiałów i tworzyw;
Metrologia dzieli się na:
a)
metrologię ogólną, zajmującą się wspólnymi problemami wszystkich zagadnień
metrologicznych, niezależnie od rodzaju wielkości mierzonej (np. ogólne zagadnienia teoretyczne i
praktyczne dotyczące jednostek miar, błędów pomiarów, właściwości metrologicznych narzędzi
pomiarowych);
b) metrologię stosowaną, odnoszącą się do określonego rodzaju wielkości mierzonej (np.
metrologię długości, czasu, masy, temperatury) lub obejmującą pomiary w określonych dziedzinach
nauki i techniki (m.in.; metrologia elektryczna, mechaniczna, przemysłowa, techniczna,
warsztatowa, medyczna, sportowa);
c) metrologię teoretyczną, zajmującą się teoretycznymi zagadnieniami pomiarów (np. ogólną teorią
pomiarów, teorią wielkości oraz jednostek miar, błędów pomiarów, przetwarzaniem oraz
przekazywaniem informacji pomiarowej);
d) technikę pomiarów - to sposób wykonania pomiarów, a w tym użyta aparatura badawcza i
narzędzia pomiarowe (zwłaszcza ich niedokładność, np. technika pomiaru zakłóceń, technika
pomiaru ścieków, technika pomiarów ciała ludzkiego, technika pomiaru tętna itp.);
e) metrologię prawną, formułującą urzędowo obowiązujące wymagania techniczne i prawne,
mające na celu zapewnienie jednolitości jednostek miar, bezpieczeństwa i należytej dokładności
pomiarów;
Mierzenie – polega na porównaniu cechy o nieznanym stanie ze znanymi stanami tej samej cechy,
aż do ustalenia takiego stanu o znanej mierze, który jest równoważny stanowi mierzonemu; jako
miarę cechy przyjmuje się miarę równoważnej jej cechy wzorcowej;
Mostek Wheatstone’a –obwód elektryczny do pomiaru oporu stosujemy;
Narzędzia pomiarowe – środki techniczne przeznaczone do wykonywania pomiarów, obejmujące
wzorce miar, przyrządy pomiarowe, przetworniki pomiarowe, układy pomiarowe, systemy
pomiarowe; rozróżnia się: np. użytkowe przeznaczone do pomiarów użytkowych (lecz nie do
sprawdzania innych narzędzi), np. waga handlowa, licznik energii elektrycznej; np. kontrolne
(etalon) przeznaczone do sprawdzania innych np., podlegające kontroli organów państwowej służby
metrologii prawnej (w Polsce Głównemu Urzędowi Miar lub podległym mu placówkom); kontrola
n.p. obejmuje: badanie typu, legalizację narzędzi pomiarowych lub uwierzytelnienie oraz nadzór
metrologiczny (m.in. kontrola napraw i właściwego użytkowania);
Narzędzia pomiarowe dzielimy:
Ze względu na przeznaczenie:
a) użytkowe;
b) kontrolne;
c) do wzorcowania;
Ze względu na możliwości pomiarowe:
a) jednomiarowe;
b) wielomiarowe;
Niepewność rozszerzona pomiaru – jest to przedział wokół wyniku pomiaru, wynikający z
błędów pomiaru, których nie udało się wyeliminować, wewnątrz którego znajduje się z dużym
prawdopodobieństwem wartość rzeczywista mierzonej wielkości;
Podstawy Techniki Pomiarowej
8
Narzędzia pomiarowe obejmują:
a) wzorce;
b) przyrządy pomiarowe;
c) przetworniki pomiarowe;
d) układy pomiarowe;
e) systemy pomiarowe;
Niepewnością standardową – serii pomiarów jest eksperymentalne odchylenie standardowe
średniej arytmetycznej poszczególnych wyników serii; jeżeli seria zawiera zbyt mało pomiarów
(N<6 ), wynik dany powyższym wzorem należy pomnożyć przez współczynnik z rozkładu Studenta
zależny od ilości pomiarów i przyjętego poziomu ufności;
Niepewności pomiaru źródła:
a) niepełna definicja wielkości mierzonej;
b) niedoskonała realizacja definicji wielkości mierzonej;
c) niereprezentatywne pobieranie próbek, tzn. Mierzona próbka nie jest reprezentatywna dla
definiowanej wielkości mierzonej;
d) niepełna znajomość wpływu warunków środowiskowych na procedurę pomiarową lub
niedoskonały pomiar parametrów charakteryzujących te warunki;
e) subiektywne błędy w odczytywaniu wskazań przyrządów analogowych;
f) skończona rozdzielczość lub próg pobudliwości przyrządu;
g) niedokładnie znane wartości przypisane wzorcom i materiałom odniesienia;
h) niedokładnie znane wartości stałych i innych parametrów, otrzymanych ze źródeł zewnętrznych i
stosowanych w procedurach przetwarzania danych;
i) upraszczające przybliżenia i założenia stosowane w metodach i procedurach pomiarowych;
j) rozrzut wartości wielkości mierzonej uzyskanych podczas obserwacji powtarzanych w warunkach
pozornie identycznych;
Normalizacja – działalność polegająca na analizowaniu wyrobów, usług i procesów w celu
zapewnienia:
a) funkcjonalności i użyteczności;
b) zgodności (kompatybilności) i zamienności;
c) bezpieczeństwa użytkowania;
d) ograniczenia (zbędnej) różnorodności;
Wyniki tych analiz podawane są do publicznej wiadomości pod postacią norm lub przepisów
technicznych. Niektóre rozwiązania są traktowane jako faktyczne standardy (standard de facto)
pomimo braku formalnych norm. Celem normalizacji jest zastosowanie w produkcji przemysłowej
jednolitych wzorców, np. Znormalizowanie niektórych wyrobów pod względem wymiarów i
wykorzystywanych materiałów. Takie działania wpływają na obniżenie kosztów, umożliwiają
masową produkcję, współpracę urządzeń różnych producentów i wymianę zużytych części oraz
ułatwiają dokonywanie zamówień handlowych; etapy normalizacji to:
a) klasyfikacja, czyli grupowanie według podobieństwa cech charakterystycznych dla produktu,
unifikacja, czyli ujednolicanie cech konstrukcyjnych i wymiarowych części maszyn w celu
umożliwienia ich zamienności;
b) typizacja, czyli ujednolicenie konstrukcji w celu uproszczenia produkcji (i obniżenia kosztów)
oraz ułatwienia eksploatacji;
Działalnością normalizacyjną zajmują się agendy państwowe, grupy zainteresowania (na ogół
tworzone z inicjatywy producentów), oraz niezależne organizacje międzynarodowe.
Noniusz - urządzenie pozwalające na zwiększenie dokładności pomiaru długości i kątów; jest to
suwak z dodatkową podziałką, przesuwający się wzdłuż podziałki głównej przyrządu. Podziałki są
różnej gęstości, ale pojedyncze ich działki mają wspólną wielokrotność -to umożliwia powstanie
długości różnicowych (kątów różnicowych), które odpowiadają wzrostowi dokładności pomiaru.
Rozróżniamy noniusze liniowe, służące do pomiarów związanych z długościami (jak również np. z
głębokościami), oraz noniusze kątowe -do mierzenia kątów.
Podstawy Techniki Pomiarowej
9
Niepewności przenoszenia – prawdopodobieństwem, z jakim w zadanym przedziale znajdzie się
dowolny pomiar z serii, nazywa się poziomem ufności, a przedział przedziałem ufności;
Niepewność pomiaru – jest parametrem związanym z wynikiem pomiaru charakteryzującym
rozrzut wartości, które można w sposób uzasadniony przypisać wielkości mierzonej;
Obserwacja – proces przyjmowania przez obserwatora sygnałów uzyskiwanych ze źródła
obserwowanego zjawiska i przyporządkowanie wrażeń występujących w świadomości człowieka
zjawiskom fizycznym powodowanym przez rzeczy i istoty; to bierne przyglądanie się przebiegowi
zjawisk; wyniki obserwacji są:
a) subiektywne;
b) niejednoznaczne;
c) niekompletne;
d) jakościowe;
e) pośrednie;
Odchylenie standardowe – klasyczna miara zmienności, obok średniej arytmetycznej najczęściej
stosowane pojęcie statystyczne; odchylenie standardowe mówi, jak szeroko wartości jakiejś
wielkości (takiej jak np. wiek, inflacja, kurs akcji itp.); są rozrzucone wokół jej średniej; im
mniejsza wartość odchylenia tym obserwacje są bardziej skupione wokół średniej;
Paralaksa – efekt niezgodności różnych obrazów tego samego obiektu obserwowanych z różnych
kierunków; w szczególności paralaksa odnosi się do jednoczesnego obserwowania obiektów
leżących w różnych odległościach od obserwatora lub urządzenia obserwującego, a objawia się
tym, że obiekty te na obu obrazach są oddalone od siebie o odmienną odległość kątową lub też
nachodzą na siebie na tych obrazach w odmiennym stopniu;
Partia – ustalona ilość jednakowego produktu (np. wytworzonego w ustalonym czasie przez
jednego producenta, z jednakowych materiałów, w jednakowm procesie) przewożona i
przechowywana w jednakowych warunkach.
Próbka – zbiór jednostek produktu pobranych z partii produktu lub procesu technologicznego w
celu uzyskania informacji o tej partii lub procesie, z którego próbka została pobrana.
Plan badania – przepis okreslający liczność próbki (lub liczność próbek) oraz wartości parametrów
stanowiących podstawę do podejmowania decyzji o zgodności lub niezgodności partii produktu z
wymaganiami.
Pomiar – proces oddziaływania przyrządu pomiarowego z badanym obiektem, zachodzący w
czasie i przestrzeni, którego wynikiem jest uzyskanie informacji o własnościach obiektu; pomiar to
zespół czynności wykonywanych w celu ustalenia miary określonej wielkości fizycznej lub
umownej, jako iloczynu jednostki miary oraz liczby określającej wartość liczbową tej wielkości,
inaczej mówiąc porównywanie wartości danej wielkości z jednostką miary tej wielkości;
Pomiar bezpośredni – to takie, w wyniku których otrzymuje się bezpośrednio wartość wielkości
mierzonej bez potrzeby wykonywania dodatkowych obliczeń opartych na zależnościach
funkcjonalnych; przykładami takich pomiarów jest pomiar napięcia woltomierzem, pomiar
rezystancji omomierzem, pomiar częstotliwości częstościomierzem;
Pomiar jednokrotny – gdy dostępny jest tylko jeden wynik pomiaru albo gdy wyniki nie wykazują
rozrzutu, niepewność standardową ocenia się na podstawie niepewności wzorcowania;
Pomiar pośrednie – to takie, w których otrzymuje się wartości innych wielkości związanych
funkcjonalnie z wielkością mierzoną i znając zależność funkcjonalną oblicza się wielkość
mierzoną; przykładami pomiarów pośrednich jest pomiar rezystancji przez pomiar amperomierzem
natężenia prądu płynącego przez rezystor i woltomierzem napięcia na rezystorze, pomiar energii
elektrycznej na podstawie pomiarów napięcia, prądu i czasu, pomiar indukcyjności cewki przez
pomiar napięcia i natężenia prądu przy przepływie prądu stałego i zmiennego;
Urządzeń do pomiaru – wspólną cechą sił we wszystkich ich postaciach jest wytworzenie siły
równoważącej w taki sposób, aby sama ta siła lub towarzyszące jej zjawisko były miarę mierzonej
wielkości;
Przyrząd pomiarowy – pojęcie ogólne określające całą gamę narzędzi (urządzeń) służących do
dokonywania pomiarów fizycznych, chemicznych, geodezyjnych i innych;
Podstawy Techniki Pomiarowej
10
Pomiaru cechy:
a) wiarygodność;
b) dokładność;
c) jednolitość w skali krajowej i międzynarodowej;
Pomiaru metoda – sposób postępowania przy porównaniu parametrów badanego zjawiska z
wzorcem celem wyznaczenia wartości danej wielkości fizycznej; metody pomiarowe klasyfikuje się
według różnych kryteriów; najczęściej dzieli się je ze względu na sposób:
a) uzyskania wyniku pomiaru;
b) porównania dokonywanego w trakcie procesu pomiarowego;
c) przetwarzania sygnału pomiarowego;
Pomiaru niepewności rozróżnia się dwie metody wyznaczania:
Metoda A – obliczanie niepewności drogą analizy statystycznej wyników serii pojedynczych
pomiarów;
Metoda B – obliczanie niepewności sposobami innymi niż analiza serii obserwacji;
Pomiaru sposoby wyznaczania wyniku: klasyczną metodą jest rachunek błędów, obecnie wyparty
przez obowiązujący; rachunek niepewności, który powstał na bazie prac organizacji
standaryzacyjnych i jest ujęty w normach; pomiaru sposób określa kolejność czynności
koniecznych do wykonania pomiaru;
Pomiaru wynik – to wartość przypisana wielkości mierzonej uzyskana drogą pomiaru; w realnych
warunkach wynik pomiaru jest tylko pewnym przybliżeniem lub estymatą (oszacowaniem) wartości
wielkości mierzonej;
Proces pomiaru:
ETAP I: przejęcie sygnału ze źródła; wyselekcjonowanie interesującej nas wielkości; przetworzenie
wielkości mierzonej na porównywalną; dopasowanie wartości wielkości porównywalnej do zakresu
urządzenia porównującego;
ETAP II: (podstawowa struktura procesu pomiarowego) odszukanie wzorca w pamięci; porównanie
przetworzonej wielkości mierzonej z wzorcem; przekazanie sygnału o wyniku porównania;
ETAP III: przetworzenie surowego wyniku na wielkość do dalszego opracowania; dopasowanie
wielkości; opracowanie wyniku pomiaru według modelu matematycznego;
ETAP IV: przetworzenie wyniku dla ujawnienia wartości; ujawnienie wyniku: analogowe
(wychylenie wskaźnika, wykres); cyfrowe (wyświetlacz cyfrowy, wydruk, zapis w pamięci);
Próby technologiczne – mają na celu sprawdzenie własności technologicznych danego materiału.
Wyniki, w zależności od rodzajów przeprowadzanych prób, podaje się w jednostkach umownych
lub tylko na podstawie obserwacji badanego materiału podczas przeprowadzania próby. Próbom
technologicznym możemy poddawać bednarki, blachy, druty, pręty i walcówkę, kształtowniki i
rury.
Najczęściej stosowane próby technologiczne:
1. dla drutów i walcówki:
1.1. próba dwukierunkowego przeginania;
1.2. próba jednokierunkowego skręcania;
1.3. próba nawijania drutu;
2. dla blach , bednarki, prętów:
2.1. próba tłoczności metodą Erichsena;
2.2. technologiczna próba zginania metali;
2.3. próba dwukierunkowego przeginania;
2.4. próba zwijania ze zginaniem;
2.5. próba podwójnego zginani;
2.6. próba spęczania;
3. dla rur:
3.1 próba spłaszczania rur;
4. dla kształtowników:
4.1. próba rozginania i zginania kształtowników;
Podstawy Techniki Pomiarowej
11
Próby korozyjne – badania korozyjne, zarówno powłok ochronnych jak też samych metali,
polegają na poddawaniu próbek, będących przedmiotem badań, działaniu mniej lub bardziej
złożonego naturalnego lub sztucznego środowiska korozyjnego, którego składniki oddziałują
chemicznie, elektrochemiczne i mechanicznie na metal, względnie powłokę ochronną;
Przyrządy elektryczne lub elektroniczne – obecnie najczęściej stosuje się:
a) odczyt;
b) rejestracja;
c) dokładność;
Przymiar - jest to forma metalowej, taśmowej miary zwijanej w obudowie. Służy do mierzenia
odległości z milimetrową dokładnością. Wykorzystywany najczęściej w budownictwie.
Przelew: jest to mała budowla hydrotechniczna lub narzędzie przenośne, umieszczane na małych
ciekach, o małych głębokościach i prędkościach przepływu w celu częstego lub ciągłego
wykonywania pomiarów natężenia przepływu. Pomiar natężenia przepływu polega na zmierzeniu
wysokości spiętrzenia wywołanego przez szczelną przegrodę ustawioną pionowo i prostopadle do
osi cieku lub kanału. W warunkach przelewu prostego (tj. usytuowanego prostopadle do osi cieku),
nie zatopionego (tj. takiego, przy którym poziom wody dolnej znajduje się poniżej dolnej krawędzi
przelewu) i o ostrej krawędzi, natężenie przepływu jest funkcją wysokości spiętrzenia. Zakres
pomiarowy przelewów obejmuje przepływy od 0,0005 do 10 m
3
/s, przy czym dany przelew może
pracować w dość wąskich granicach. W przypadku gdy amplituda wahań natężenia przepływu jest
większa, stosuje się kombinowane przelewy lub przelewy dwudzielne. Jest on stosowany
najczęściej na małych rzekach i potokach górskich, gdzie ze względu na warunki naturalne
niemożliwe jest stosowanie innych urządzeń. Przelew mierniczy jest to mała budowla
hydrotechniczna lub narzędzie przenośne. Pomiar natężenia przepływu polega na zmierzeniu
wysokości spiętrzenia wywołanego przez szczelna przegrodę ustawioną pionowo i prostopadle do
osi cieku lub rzeki. W zależności od charakterystyki przepływów stosuje się różne przelewy
miernicze (np. kombinowane przelewy lub przelewy dwudzielne). Do najczęściej stosowanych
przelewów mierniczych należą:
1) przelew prostokątny bez zwężenia bocznego (przelew Bazina),
2) przelew prostokątny z obustronnym zwężeniem bocznym (przelew Ponceleta),
3) przelew trapezowy (przelew Cipollettiego),
4) przelew trójkątny (przelew Thomsona).
Przelew mierniczy znajduje zastosowanie również w przypadku, gdy nie jest możliwe wykonanie
pomiaru metodą młynkową lub objętościową.
Przyrząd optyczny: urządzenie optyczne – urządzenie służące do zmieniania drogi promieni
świetlnych,
a
czasem
także
promieni
niektórych
innych
form
promieniowania
elektromagnetycznego. W zależności od konstrukcji, służyć może do różnych celów, jak np.
obserwacji obiektów trudno lub wręcz w ogóle nierozpoznawalnych za pomocą nieuzbrojonego
ludzkiego oka (obiektów zbyt małych), obserwacji obiektów zasłoniętych dla bezpośredniej
obserwacji, projekcji lub ekspozycji obrazów, nadania oświetleniu odpowiedniego kierunku i
kształtu, lub też korekty wad wzroku.
Rodzaje: aparat fotograficzny, camera obscura, diaskop, epidiaskop, episkop, grafoskop, lorneta,
Teleskop (refraktor, luneta), lupa, kamera filmowa lub kamera wideo, kamera reprodukcyjna,
mikroskop, monokl, okulary, peryskop, powiększalnik, projektor, reflektor, rzutnik przezroczy,
teleskop, zwierciadło optyczne;
Do elementów aktywnych (zmieniających drogę promieni) wchodzących w skład bardziej
skomplikowanych przyrządów optycznych należą: obiektyw, okular, soczewka, układ optyczny,
zwierciadło. Do elementów pomocniczych należą m.in.: pierścień pośredni, tubus.
Próby CTOD (crack tip opening displacement) – odporności materiału spoiny na pękanie;
Pomiar kątów i kształtów:
a) kątomierze;
b) poziomice;
c) wzorniki;
Podstawy Techniki Pomiarowej
12
Pomiar długości:
a) czujniki zegarowe;
b) indukcyjne przetworniki pomiarowe;
c) mikromierze;
d) pneumatyczne przetworniki pomiarowe;
e) pojemnościowe przetworniki pomiarowe;
f) przymiary;
g) przyrządy optyczne;
h) sprawdziany;
i) suwmiarki;
j) wzorce;
Pomiary masy, siły i momentu:
a) wagi;
b) dynamometr;
c) momentomierze;
Pomiary ciśnień:
a) manometry cieczowe;
b) manometry mechaniczne;
c) manometry tensometryczne;
Pomiary prędkości i przepływu.
a) prędkościomierze;
b) logi;
c) przelewy;
d) zwężki;
Pomiary temperatury i cieplą.
a) termometry dylatacyjne;
b) termometry elektryczne;
c) pirometry;
d) wskaźniki barwne;
e) elementy topliwe;
f) ciepłomierze;
Punkt koincydencji -miejsce, w którym pokrywają się kreski podziałek głównej i noniusza
nazywamy punktem koincydencji. W konkretnych przykładach zwykle mówi się, że punkt
koincydencji znajduje się na n - tej kresce noniusza (a nie podziałki głównej), dla podkreślenia
znaczenia noniusza w zwiększaniu dokładności pomiaru.
Rachunek błędów – zespół zagadnień na pograniczu metrologii, statystyki i matematyki
stosowanej, obejmujący zasady opracowywania i prezentacji wyników doświadczalnych; analiza
błędów obejmuje dyskusje zasadności stosowanych metod pomiarowych, dyskusje ich dokładności
i powtarzalności oraz właściwą analizę wielkości błędów, czyli właśnie rachunek błędów; wszelkie
wyniki pomiarów pozbawione dyskusji błędów, a zwłaszcza określenia błędu pomiarowego, są w
istocie wyłącznie wskazaniami;
Regresja – metoda statystyczna pozwalająca na badanie związku pomiędzy wielkościami danych i
przewidywanie na tej podstawie nieznanych wartości jednych wielkości na podstawie znanych
wartości innych;
Seria pomiarów – ocena niepewności pomiaru wielokrotnego opiera się na analizie statystycznej
serii składającej się z n wyników pojedynczych pomiarów; za wynik pomiaru przyjmuje się średnią
arytmetyczną wszystkich wyników poszczególnych pomiarów z serii;
Sił skupionych pomiar – siły, z jakimi mamy do czynienia w miernictwie przemysłowym
zawierają się w granicach od około 1 N do 107 N, o przebiegu czasowym od quasi-stacjonarnego
do niskich częstotliwości rzędu 1000 Hz;
Podstawy Techniki Pomiarowej
13
Siła – wektorowa wielkość fizyczna będąca miarą oddziaływania ciał materialnych; jednostką siły
w układzie SI jest Niuton [N]; siła ma wartość jednego Niutona (1 N) jeżeli ciału o masie jednego
kilograma (1 kg) nadaje przyspieszenie jeden metr na sekundę do kwadratu (1 m/s2): F=m*a;
Siła bezwładności, - siła występująca w nieinercjalnym układzie odniesienia, niezwiązana z
oddziaływaniem żadnych konkretnych ciał; np. siła Coriolisa, siła odśrodkowa;
Siły rozłożone – to przede wszystkim ciśnienie wywierane prze płyny na ściany;
Siły skupione – źródłem sił skupionych jest sprężyste odkształcenie lub przyspieszenie działające
na masę;
Skala pomiarowa – zbiór uporządkowanych liczb, którym odpowiadają wartości mierzonej cechy
obiektu. Skalę pomiarową budujemy w oparciu o wzorce;
Skala termometryczna – skala pomiarowa wyskalowana w jednostkach temperatury (stopniach
temperatury); skalę termometryczną, zwaną także skalą temperatur, określa się punktami
termometrycznymi, odpowiadającymi zwykle zmianie stanów skupienia pod ciśnieniem; nazwy
skal tworzone są zazwyczaj od nazwy wybranego ciała termometrycznego (np. skala
termometryczna rtęciowa, helowa, wodorowa, gazu doskonałego) lub od nazwisk badaczy, którzy
pewnym stanom skupienia przyporządkowali określone wartości temperatury; w poszczególnych
skalach tej samej temperaturze przyporządkowane są różne wartości; T = T -273,16 Skala Kelvina,
Celsjusza;
Skale pomiarowe – nauki przyrodnicze opisują świat w sposób ilościowy, dlatego muszą one
korzystać z metod ilościowego pomiaru badanych parametrów; pomiar ilościowy wymaga skali,
czyli wyróżnionego, ustalonego wzorca, z którym porównuje się wartość mierzonego parametru,
otrzymując wynik liczbowy, który można dalej przetwarzać matematycznie, zgodnie z prawami
danej teorii; istnieje kilka rodzajów skal, zależnych od własności mierzonej wielkości; system
symboli kodujących wyniki pomiaru, lub ogólniej dowolne dane; symbole te charakteryzują
mierzone obiekty pod względem określonej zmiennej; skale pomiarowe klasyfikuje się według
sposobu w jaki można zestawiać wyniki dwóch pomiarów;
Statystyczna kontrola jakości – kontrola wyrywkowa (części jednostek produktu wchodzących w
skład odbieranej partii), w której są stosowane metody statystyczne do wnioskowania o jakości
partii produktu lub stabilności procesu technologicznego na podstawie wyników badania jednej lub
wielu próbek;
Sprawdzian – przyrząd pomiarowy przy pomocy, którego stwierdzamy, czy dany wymiar
przedmiotu jest prawidłowy i nie przekracza wartości granicznej (dolnej i górnej). W zależności od
rodzaju zadania sprawdziany możemy podzielić na sprawdziany wymiaru i kształtu. Do najczęściej
stosowanych sprawdzianów wymiaru zalicza się sprawdziany:
a) do otworów: tłoczkowy walcowy, tłoczkowy kulisty, łopatkowy walcowy, łopatkowy walcowy o
zmiennej powierzchni pomiarowej, łopatkowy kulisty, średniówkowy;
b) do wałków: pierścieniowy, szczękowy, szczękowy składany, szczękowy ze szczękami
wstawianymi, szczękowy nastawny;
c) do stożków;
d) do gwintów;
W każdej grupie sprawdzianów można wyodrębnić sprawdziany jedno i dwugraniczne.
Sprawdziany jednograniczne odwzorowują jeden ograniczony wymiar: największy lub najmniejszy.
Sprawdziany dwugraniczne odwzorowują oba wymiary graniczne. Wymagania stawiane
sprawdzianom określa Polska Norma. Sprawdzian zazwyczaj wykonany jest z nierdzewnej,
hartowanej stali narzędziowej i nie pozwala na stwierdzenie rzeczywistego wymiaru.
Stała czasowa T – w układzie automatyki, miara osiągania stanu ustalonego przez sygnał
wyjściowy, związana z czasem trwania stanu nieustalonego następującego po zmianie sygnału
wejściowego.
W obwodach elektrycznych jest to czas, po którym składowa przejściowa maleje e-krotnie
względem swojej wartości początkowej. Czas trwania stanu nieustalonego szacuje się na 3 do 5
stałych czasowych. Odwrotnością stałej czasowej jest stała tłumienia σ.
Podstawy Techniki Pomiarowej
14
Skali pomiarowej tworzenie wymaga dwóch zasadniczych kroków:
1. Powołania do życia jednostki miary;
2. Obmyślenie i realizacja doświadczenia, w wyniku którego można byłoby stwierdzić
równoważność dwóch cech tego samego rodzaju, np. Przyłożenie linijki, pomiar mas na wadze
szalkowej;
Skali pomiarowej rodzaje:
a) skala nominalna – wartości na tej skali nie mają oczywistego uporządkowania (np. Nazwy
miejscowości). Jedyną dozwoloną relacją porównującą dwie wartości na skali nominalnej jest
równość;
b) skala interwałowa (przedziałowa) – różnice pomiędzy wartościami mają sensowną interpretację,
ale ich iloraz nie, np. daty;
c) skala ilorazowa (stosunkowa) – nie tylko różnice, ale także ilorazy wielkości mają interpretację.
Przykładem jest masa (coś może być dwa razy cięższe). Wielkości na skali ilorazowej można
dodawać odejmować i dzielić przez siebie;
d) skala absolutna – skala w której dla danej zmiennej istnieje tylko jeden sensowny sposób
zakodowania wyników pomiaru;
Wartości na wszystkich skalach można zapisywać za pomocą liczb, wartości na skalach
dychotomicznej, nominalnej i porządkowej także za pomocą innych symboli, np. tekstów;
Świadectwo Wzorcowania – oficjalny dokument wydawany zwykle przez akredytowane
laboratorium pomiarowe zawierający wyniki wzorcowania i poświadczający, że wzorcowany
przyrząd spełnia określone wymagania metrologiczne; świadectwo wzorcowania może także nie
zawierać zapisu o zgodności wzorcowanego przyrządu z wymaganiami metrologicznymi; takie
poświadczenie laboratorium pomiarowe może wydać tylko, gdy spełnione są razem dwa warunki:
a) suma wartości bezwzględnej błędu oraz niepewności rozszerzonej pomiaru jest mniejsza bądź
równa wyspecyfikowanej tolerancji we wszystkich punktach pomiarowych;
b) stosunek niepewności rozszerzonej pomiaru do wyspecyfikowanej tolerancji we wszystkich
punktach pomiarowych jest odpowiednio mały (zleca się aby znacząco przekraczał on wartość 1:10
i nie był mniejszy od wartości 1:3);w przypadku nie spełnienia tego punktu zwykle umieszcza się
zastrzeżenie co do niemożności wydania opinii o zgodności z wymaganiami metrologicznymi
właśnie z uwagi na ten fakt;
Temperatura – skalarna wielkość fizyczna, będąca miarą energii bezładnego ruchu cząsteczek
ciała (średniej energii kinetycznej cząsteczek ciała), charakteryzująca stan jego równowagi
termodynamicznej, czyli określająca jego stan cieplny (stopień nagrzania); temperatura określa
zdolność ciał do wymiany energii w postaci ciepła, która może zachodzić jedynie między ciałami o
różnych wartościach temperatury; w odróżnieniu od większości wielkości fizycznych, temperaturę
można wyznaczać (mierzyć) jedynie w sposób pośredni, przez pomiar zmian wielkości fizycznych
ciał termometrycznych. Temperaturę ciała podaje się w stopniach, a jej wartość zależy od przyjętej
skali termometrycznej; temperatura jest podstawowym parametrem wszystkich procesów
technologicznych, w których występuje wymiana ciepła miedzy obrabianym materiałem a
otoczeniem; w szczególności dotyczy to procesów, w których ciepło wykorzystywane jest do
intensyfikacji przemian fizycznych i chemicznych metali i stopów w stanie stałym, oraz zmian
stanu skupienia; dokładna znajomość temperatury we wszystkich etapach procesu technologicznego
jest podstawowym elementem jego prawidłowej realizacji; warunkuje nie tylko jakość produktu, ale
pozwala również na ocenę energetyczną procesu;
Tensometrów podstawowe typy tensometrów ze względu na technologię wykonania:
a) drucikowe (drut o średnicy od 0,02 do 0,05mm) – odporne na wysoką temperaturę (wężykowe
lub kratowe);
b) foliowe (folia metalowa o grubości od 0,002 do 0,02mm) – używane najczęściej;
c) półprzewodnikowe (wysoka stała k, od 100 do 150), silny wpływ temperatury, delikatne;
Termometryczne farby – sole metali ciężkich (przeważnie Hg, Co, Cr, Mo, oraz V, Ni, Cu)
zmieniają swą barwę wraz z temperaturą; zmiana ta polega na zachodzeniu reakcji chemicznej w
określonej temperaturze;
Podstawy Techniki Pomiarowej
15
Tensometr:
a) Czujnik (tensometr przyklejony jest na powierzchni obciążanego elementu);
b) Zmiana wymiaru przedmiotu ~ zmiana wymiaru tensometru (na ogół zmniejszenie średnicy
drucika tensometru);
c) Zmiana wymiaru tensometru to zmiana jego rezystancji;
d) Mierzymy wielkość elektryczną – rezystancję -np. przy stałym natężeniu prądu I, mierzymy
napięcie U dla prądu stałego: R = U/I;
e) Rejestrujemy na ogół odpowiednio wzmocniony sygnał napięcia;
f) Ponieważ na zmianę rezystancji wpływa zmiana temperatury stosuje się często kilka tensometrów
tak połączonych aby te zmiany niwelować kompensować – mostek tensometryczny z tensometrami
kompensacyjnymi (tak ustawionymi, żeby nie ulegały odkształceniu na skutek obciążenia siłą, a
jedynie na skutek zmiany temp.);
Tensometria elektrooporowa – wykorzystuje się zjawisko zmiany oporności elektrycznej
przewodnika wynikającej z jego wydłużenia lub skrócenia;
Tensometr – czujnik, służący do pomiaru naprężenia; w praktyce pomiar tensometryczny polega
na pomiarze odkształcenia i obliczeniu naprężenia w oparciu o przyjęty związek fizyczny (np.
prawo Hooke'a); tensometry wykorzystuje się także pośrednio do pomiaru innych wielkości
nieelektrycznych (np. siły, ciśnienia, przyspieszenia, masy); najczęściej stosowanym rodzajem
tensometrów są tensometry oporowe, zmieniające swoją rezystancję wraz ze zmianą wymiarów; ze
względu na budowę rozróżnia się tensometry oporowe: wężykowe, zygzakowe, kratowe, foliowe,
półprzewodnikowe; pomiar dokonuje się naklejając tensometr na badany przedmiot prostopadle do
działającego odkształcenia; najlepszym przykładem takiego zastosowania jest statyczna próba
rozciągania;
Tensometria zajmuje się: metodami odkształceń ciał stałych; metody tensometryczne (MT) są
podstawowym sposobem określania naprężeń w punktach na powierzchni konstrukcji; w praktyce
laboratoryjnej pomiary odkształceń ogranicza się najczęściej do mierzenia wydłużeń na
powierzchni ciała; wynika to bezpośrednio z charakteru przyrządów pomiarowych jak również
faktu, iż ekstremalne wartości odkształceń (naprężeń) występują zazwyczaj na powierzchni ciała;
pomiaru odkształceń wewnątrz ciała, ze względu na jego kłopotliwość, dokonujemy bardzo rzadko;
Tensometr zasada działania W tensometrii elektrooporowej wykorzystuje się zjawisko zmiany
oporności elektrycznej przewodnika wynikającej z jego wydłużenia lub skrócenia. Zależność
opisuje wzór:
gdzie:
p – jest opornością właściwą (rezystywnością) materiału przewodnika;
L – długość przewodnika;
A – pole przekroju;
Z powyższego wzoru wynika zależność na względny przyrost oporności:
gdzie:
R – przyrost oporności;
– stały współczynnik zależny od wymiarów materiału, (typowa wartość 2);
– odkształcenie;
Termometryczne narzędzie termometryczne – narzędzie pomiarowe do ustalania lub
sprawdzania wartości temperatury; narzędzia termometryczne dzielą się na:
a) wskaźniki termometryczne;
b) termometry;
c) pirometry;
d) termowizory;
Podstawy Techniki Pomiarowej
16
Tensometryczne zastosowanie techniki skupia się wokół trzech zastosowań:
a) analiza naprężeń powstających w elementach konstrukcji podczas ich pracy w obiekcie lub
podczas prób w laboratorium;
b) analiza naprężeń własnych w elementach konstrukcji nie poddanych obciążeniom, (np. metodą
wierconego otworu; metoda jest stosowana i propagowana przez firmę HBM);
c) budowa przetworników wielkości mechanicznych – wówczas tensometry naklejone są na
materiał o znanych parametrach wytrzymałościowych i o określonym kształcie (np. belka zginana -
przetworniki siły lub wagi, membrana – przetworniki ciśnienia);
Termometryczne kredki 60 – 670
o
C;
Termometryczne papiery 40 – 260
o
C;
Termometrów podział ze względu na zasadę działania:
a) sposób określania temperatury (stykowe, bezstykowe);
b) charakter zmian właściwości pomiarowych ciała termometrycznego:
1. nieelektryczne (poprzez zmianę wielkości nieelektrycznych: barwy, stanu skupienia,
rozszerzalności płynów i ciał stałych);
2. elektryczne (np. siły termoelektrycznej, rezystancji);
c) możliwości pomiarowe:
1. wskazujące przybliżoną wartość temp (termoskopy, wskaźniki);
2. mierzące, zwykle w sposób ciągły (termometry, pirometry);
3. pozwalające uzyskiwać obrazy pól temperatur (termografy);
Tensometry kompensacyjne służą zniwelowaniu wpływu temperatury na pomiar;
Termometryczne folie 50 – 600
o
C – odporne na działanie środowisk gazowych i ciekłych, czas
ich reakcji nie przekracza 1 sek. ,uzyskiwana dokładność pomiaru wynosi ok. 1 % wartości
mierzonej;
Tolerancja wymiaru – wymiary pokazywane na rysunku technicznym są wymiarami
nominalnymi, pożądanymi przez konstruktora; ze względu na nieuniknione niedokładności
wykonawcze wymiary rzeczywiste odbiegają od nominalnych; konstruktor projektując element
musi sobie zdawać sprawę jaką klasę dokładności będą reprezentować maszyny wykonujące dany
element; w wielu przypadkach, dla krytycznych wymiarów wymusza się tolerancję wykonania,
dodając wielkość tolerancji do wymiaru;
Tolerancja kształtu - maksymalna dopuszczalna odchyłka rzeczywistego kształtu od jego
idealnego, prawidłowego odpowiednika; w budowie maszyn wyróżnia się kilka odmian tolerancji
kształtu; poniżej zostały opisane ich znaczenia oraz pokazane ich symbole graficzne używane w
rysunku technicznym maszynowym; każdy z symboli zawiera graficzny kod rodzaju tolerancji i
wielkość tolerancji wyrażoną w milimetrach;
Tolerancja prostoliniowości
– określa największą dopuszczalną odchyłkę rzeczywistej linii do
linii przylegającej;
Tolerancja płaskości
– określa największą dopuszczalną odchyłkę rzeczywistej płaszczyzny od
płaszczyzny przylegającej;
Tolerancja okrągłości
– określa największą dopuszczalną odchyłkę rzeczywistego okręgu od
okręgu przylegającego; zarys rzeczywistego okręgu powinien mieścić się między dwoma okręgami
współśrodkowymi oddalonymi od siebie o wartość tolerancji;
Tolerancja walcowości
– określa największą dopuszczalną odchyłkę rzeczywistego walca od
walca przylegającego;
Twardości badania dostarczają o materiale cennych informacji o:
a) strukturze;
b) jakości obróbki cieplnej;
c) jednorodności;
d) obrabialności;
e) pozwalają oszacować zawartość węgla w stalach węglowych, głębokość warstwy nawęglanej,
stopień zgniotu;
Podstawy Techniki Pomiarowej
17
Tolerancja położenia – maksymalna dopuszczalna odchyłka rzeczywistego położenia i
usytuowania elementu lub jego osi od wymaganego; przykład oznaczania tolerancji położenia na
rysunku technicznym (tolerancja równoległości dwóch osi); każdy z symboli zawiera graficzny kod
rodzaju tolerancji i wielkość tolerancji wyrażoną w milimetrach lub w stopniach, jeśli odnosi się do
kąta; tolerancję położenia najczęściej specyfikuje się na rysunkach złożeniowych; ponieważ jest to
tolerancja położenia dwóch elementów względem siebie, należy je wyspecyfikować: albo podać
bazę względem której tolerancja ma być liczona - za pomocą dużej litery (np. A) - lub za pomocą
dwóch strzałek łączących się z tabelkę z sygnaturą symbolu tolerancji, każdą wskazującą na jeden z
elementów pary, do których odnosi się tolerancja położenia; rysunek obok jest błędny, ponieważ
nie podaje, gdzie usytuowana jest baza A (dodatkowo gdyby to podawał, byłoby o jedną strzałkę za
dużo);
Tolerancja równoległości
– określa największą dopuszczalną odchyłkę kątową od
równoległości dwóch linii, najczęściej osi symetrii wałów;
Tolerancja prostopadłości
– określa największą kątową dopuszczalną odchyłkę kątową od
prostopadłości dwóch linii, najczęściej osi symetrii;
Tolerancja nachylenia
– określa największą dopuszczalną odchyłkę rzeczywistego kąta
nachylenia dwóch linii;
Tolerancja współosiowości
– określa największą dopuszczalną odchyłkę współosiowości
dwóch linii (osi);
Tolerancja pozycji
– określa największą dopuszczalną odchyłkę pozycji położenia elementu;
Tolerancja przecinania się osi
– określa największą dopuszczalną odchyłkę położenia
przecięcia dwóch osi symetrii;
Twardości badanie w laboratorium –próbki
Metoda Brinella i metoda Vickersa:
Badanie 3 rodzajów próbek (po co najmniej 2 pomiary na każdej próbce):
a) Stal
b) Stop miedzi
c) Stop aluminium
Odczyt wyników z norm na podstawie średnicy lub przekątnej (dla odpowiedniej siły, wsp. K,
średnicy kulki itp.).
Metoda Rockwella
Pomiary twardości 4 materiałów:
a) Stal hartowana (HRA lub HRC) – wgłębnik stożek;
b) Stal ZW (HRB) – wgłębnik kulka 1/16 cala;
c) Stop miedzi (HRB) – wgłębnik kulka 1/16 cala;
d) Stop aluminium HRF wgłębnik kulka 1/16 cala;
Odczyt twardości bezpośrednio z twardościomierza.
Twardości próba:
Statyczne próby twardości – podczas których opór materiału spowodowany działaniem obciążenia
statycznego jest związany z odkształceniem plastycznym (Brinell, Vickers, Rockwell);
Dynamiczne próby twardości – podczas których opór materiału spowodowany działaniem
obciążenia udarowego jest związany z odkształceniem plastycznym lub sprężystym (Poldi, Shore);
Próby zarysowania – opór materiału związany jest z jego zarysowaniem;
Twardość – miara oporu materiału, jaki wykazuje podczas wciskania w nie wgłębnika przy
odkształceniach plastycznych; twardość jest jedną z cech materiału, która może wpływać na
działanie elementu pod względem konstrukcyjnym i technologicznym; źle dobrana twardość może
spowodować skrócenie czasu eksploatacji lub wręcz ją uniemożliwić – zbyt duża może
spowodować szybsze zużycie współpracujących elementów, natomiast zbyt mała – trudność w
uzyskaniu wymaganej gładkości;
Tolerancja kształtu wyznaczonego zarysu – określa największą dopuszczalną odchyłkę
rzeczywistego profilu zarysu od obwiedni okręgu przylegającego;
Podstawy Techniki Pomiarowej
18
Tolerancja kształtu wyznaczonej powierzchni – określa największą dopuszczalną odchyłkę
rzeczywistej powierzchni od powierzchni sferycznej przylegającej;
Twardość – cecha ciał stałych świadcząca o odporności na działanie sił punktowych (skupionych).
Efektami oddziaływania sił skupionych mogą być odkształcenia powierzchni, zgniecenie jej lub
zarysowanie. Definicja twardości jest dość ogólna, stąd mnogość metod i skal pomiarowych.
Metody pomiaru twardości można podzielić na trzy grupy:
a) pomiar poprzez zarysowanie - metoda Mohsa (dla minerałów), sklerometr;
b) pomiar poprzez wciskanie twardszego od badanego materiału wgłębnika – metody Rockwella,
Brinnella, Vickersa,(dla metali) Shore'a (dla elastomerów i gum);
c) pomiar straty energii przy odbiciu się bijaka od badanej powierzchni - metoda Leeba, skleroskop;
Twardość materiału mierzy się za pomocą przyrządów nazywanych twardościomierzami
(mikrotwardościomierzami), skleroskopami lub durometrami. Budowane są przyrządy zarówno
stacjonarne jak i przenośne. Twardość jest istotną charakterystyką materiałów konstrukcyjnych. Dla
każdego typu materiałów utworzono odpowiednie metody klasyfikacji i pomiarów twardości. W
zależności od rodzaju badanego materiału stosowane są różne metody pomiaru i skale pomiarowe.
Wartości twardości uzyskane różnymi metodami na ogół nie są ze sobą porównywalne. Jedynie w
obrębie tego samego materiału wyznaczane są doświadczalnie tablice i wzory porównawcze.
Udarność – odporność materiału na obciążenie dynamiczne; udarność określa się jako stosunek
pracy potrzebnej do złamania normalizowanej próbki z karbem do pola powierzchni przekroju
poprzecznego tej próbki w miejscu karbu:
U – udarność;
L – praca potrzebna do złamania znormalizowanej próbki z karbem;
A – pole powierzchni przekroju poprzecznego próbki w miejscu karbu;
Udarność materiałów kruchych jest mała, a ciągliwych duża.
Miarą udarności zgodnie z PN jest stosunek energii zużytej na złamanie próbki za pomocą
jednorazowego uderzenia do pola przekroju poprzecznego próbki w miejscu karbu:
KC – udarność [J/cm
2
];
K – praca uderzenia [J];
S –pole powierzchni początkowej przekroju poprzecznego próbki w miejscu karbu [cm
2
];
Próby udarowe wykonuje się w celu określenia wpływu prędkości obciążenia i odkształcenia na
własności mechaniczne materiałów przy obciążeniach dynamicznych. Wzrost prędkości obciążenia
powoduje podwyższenie granicy plastyczności i wytrzymałości materiału oraz zmniejszenie
odkształceń plastycznych. Materiał staje się bardziej kruchy.
Do wykonywania tych badań wykorzystuje się urządzenia umożliwiające przyłożenie dużej siły w
krótkim czasie, zwane najczęściej młotami udarowymi. Najczęściej spotykanym urządzeniem jest
młot Charpy'ego.
Układy jednostek miar:
a) Oparte o układ wielkości LMT (długość - masa - czas) uzupełniony ewentualnie o temperaturę,
natężenie prądu elektrycznego i inne wielkości podstawowe: CGS; CGS ES i CGS EM; MKS;
MKSA; MTS; SI; Anglosaski układ jednostek miar;
b) Oparte o układ wielkości LFT (długość - siła - czas): MKGS (ciężarowy); Układ jednostek miar
jest spójny, gdy zależności między jednostkami układu wyrażają się wzorami, w których
współczynniki liczbowe są zawsze równe jedności;W polskiej dokumentacji pomiarowe zamiast
terminu warunki odniesienia używa się częściej terminu warunki środowiskowe. Zwykle termin ten
zawężony jest tylko dla temperatury i wilgotności odniesienia, w której odbywane były pomiary.
Układ SI (franc. Systeme International d'Unités) – międzynarodowy Układ Jednostek Miar
zatwierdzony w 1960 (później modyfikowany) przez Generalną Konferencję Miar, w Polsce układ
SI obowiązuje od 1966;
Podstawy Techniki Pomiarowej
19
Układ jednostek miar – to uporządkowany, utworzony według określonych zasad, zbiór jednostek
miar, za pomocą których można mierzyć wielkości fizyczne, wchodzące w skład układu wielkości
fizycznych, na którym jest on oparty;
Układ SI zawiera:
a) 7 jednostek podstawowych:
metr - m - podstawowa jednostka długości;
kilogram - kg (oryginalnie graw - G) - podstawowa jednostka masy;
sekunda - s - podstawowa jednostka czasu;
amper - A - podstawowa jednostka natężenia prądu elektrycznego;
kelwin - K - podstawowa jednostka temperatury;
kandela - cd - podstawowa jednostka światłości, natężenia światła;
mol - mol - podstawowa jednostka liczności materii;
b) jednostki pochodne – spójne z jednostkami podstawowymi i uzupełniającymi (radian - rad -
jednostka miary kąta płaskiego, steradian - sr - jednostka miary kąta bryłowego);
c) przedrostki SI;
Waga aerodynamiczna – jest przyrządem służącym do pomiaru sił oraz momentów, które działają
na dany obiekt, umieszczony w strumieniu powietrza tunelu aerodynamicznego; obiekt jest
połączony z elementami wagi w taki sposób, że umożliwia to zmianę jego położenia; do pomiaru
wykorzystuje się czujniki m. in. mechaniczne, tensometryczne, hydrauliczne oraz pneumatyczne;
Warunki normalne – to ściśle określona temperatura i ciśnienie otoczenia, które stanowią rodzaj
punktu odniesienia do niektórych obliczeń fizykochemicznych; warunki te to:
a) ciśnienie: p = 101,325 kpa = 1013,25 hpa = 1 atm;
b) temperatura: T = 273,15 K = 0°C;
Warunki odniesienia – zbiór wartości określonych ze znaną niepewnością, jakie powinny mieć
wielkości wpływające na wynik pomiaru;
Warunki standardowe – to ściśle określona temperatura i ciśnienie otoczenia, które stanowią
rodzaj punktu odniesienia do rozmaitych obliczeń fizykochemicznych; warunki te to:
a) ciśnienie: p = 1 bar = 1000 hpa (np.. 1013,25 hpa);
b) temperatura: T = 298,15 K = 25°C (np. T = 298,16 K);
Wielkości mierzone – są szczególnymi wielkościami, których wartość należy określić poprzez
pomiar; przy wzorcowaniu mamy zwykle do czynienia tylko z jedną wielkością mierzoną,
nazywaną również wielkością wyjściową Y, która jest związana z wielkościami wejściowymi;
Wielkość fizyczna, – mierzalna, to właściwość zjawiska lub ciała, którą można rozróżnić
jakościowo i wyznaczyć ilościowo; wielkość taka posiada swoją jednostkę miary;
Wielkość mierzona – to konkretny stan wielkości fizycznej, którego wyznaczenie jest celem
pomiaru;
Wielkość wpływająca – to każda wielkość lub czynnik, poza mierzoną wielkością, które mogą
oddziaływać na wyniki pomiaru; rodzaj wielkości wpływających zależy od rodzaju wielkości
mierzonej; mogą to być np. temperatura, wilgotność, ciśnienie atmosferyczne, natężenie pola
elektrycznego, natężenie pola magnetycznego, przyspieszenie ziemskie itp.; niektóre wielkości (np.
temperatura czy wilgotność) są często zależne od obserwatora i mogą być regulowane podczas
pomiaru;
Właściwości materiałowe – cecha każdego materiału zdefiniowanego jako kompozycja chemiczna
w określonych warunkach fizycznych. Zależnie od warunków fizycznych, wartości właściwości
materiałowych dla pojedynczego materiału mogą być różne. Nie są to więc własności materiału
takie, jak np. skład chemiczny;
Klasy właściwości materiałowych:
a) fizyczne: mechaniczne, termiczne, elektryczne, magnetyczne optyczne, akustyczne;
b) chemiczne;
c) biologiczne;
Podstawy Techniki Pomiarowej
20
Właściwości elektryczne – grupa właściwości materiału powiązana z jego przewodnictwem
elektrycznym:
a) oporność;
b) tłumienie;
Właściwości mechaniczne – grupa właściwości materiału powiązana z jego wytrzymałością -
pracą jaką można na nim wykonać:
a) moduły sprężystości: podłużnej E (potocznie zwany Younga), poprzecznej G (zwany Kirchoffa),
objętościowej K (zwany Helmholtza), wyrażone w MPa;
b) liczba Poissona wyrażona bezjednostkowo;
c) granicę sprężystości R0.01, plastyczności Re, umowną granicę plastyczności R0.2,
wytrzymałości na rozciąganie Rm, urwania Ru, wyrażone w jednostkach MPa;
d) udarność;
e) twardość;
f) wiązkość;
Wskaźnikiem równowagi – do zaobserwowania czynność doprowadzania do zaniku napięcia lub
prądu nazywa się równoważeniem układu (np. Galwanometr);
Wskaźnik barwny: urządzenie stacjonarne, wykorzystywane do wizualizacji podstawowych
wielkości parametrów procesów technologicznych; za pomocą wskaźników można określać
;wartości: wielkości fizycznych, takich jak np. temperatura, ciśnienie, przepływ i inne;
podstawowych wielkości elektrycznych, jak natężenie, napięcie, rezystancja oraz wielkości
wyliczanych na ich podstawie, jak np. moc, energia prądu elektrycznego, współczynnik mocy itp.;
Wzornik: w technice przyrząd, za pomocą którego nadaje się pożądany kształt obrabianym
przedmiotom. Ma zazwyczaj kształt odpowiednio wymodelowanej płytki lub bryły - w przypadku
obróbki skrawaniem na kopiarkach zwany jest kopiałem. Mianem wzornika określa się też szablon,
którego zarysy nanosi się przy trasowaniu.
Wytrzymałość zmęczeniowa, granica zmęczenia lub wytrzymałość trwała na zmęczenie –
najwyższy poziom cyklicznego naprężenia który nie powoduje zniszczenia próbek poddanych
badaniu do umownej, granicznej liczby cykli. Na wykresie zmęczeniowym granica zmęczenia
uwidacznia się w postaci części poziomej; jedynie materiały żelazne oraz czysty węgiel wykazują
efekt granicy zmęczenia; jednak w przypadku tych materiałów efekt ten może zostać zniwelowany
przez działanie środowiska korozyjnego lub zmiennej amplitudy. Inne materiały nie wykazują
efektu wytrzymałości trwałej;
Wymagania metrologiczne – dokument lub przepis określający sposoby użytkowania i
sprawdzania przyrządu pomiarowego oraz ich cechy i sposoby konstrukcji zapewniające określoną
dokładność pomiarów w obecności zmieniających się w szerokim zakresie czynników
zewnętrznych. wymagania są formułowane przez międzynarodowe lub krajowe organizacje
metrologiczne, w Polsce przez Główny Urząd Miar; Celem wymagań metrologicznych jest z jednej
strony zapewnienie możliwości porównywania wyników pomiarów wykonywanych w różnych
miejscach i czasie, z drugiej zaś zapewnienie podobnej dokładności pomiarów wykonywanych
różnymi przyrządami pomiarowymi, dla których określono wymagania odpowiadające klasom
dokładności; w Unii Europejskiej podstawowym dokumentem regulującym wymagania
metrologiczne jest Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2004/22/WE z dnia 31 marca
2004 r. w sprawie przyrządów pomiarowych, w skrócie MID (Measuring Instruments Directive);
Wytrzymałość statyczna – rozciągania jest jedną z podstawowych prób stosowanych do określenia
jakości materiałów konstrukcyjnych wg kryterium naprężeniowego w warunkach obciążeń
statycznych. Pozwala bowiem na obserwację zachowania się materiału w całym zakresie
odkształceń (sprężystym, sprężysto – plastycznym aż do zerwania), można na jej podstawie
określać nie tylko cechy wytrzymałościowe, ale także plastyczne materiału. Próba ta polega na
osiowym rozciąganiu próbek o ściśle określonym kształcie (zależnym od rodzaju badanego
materiału) w specjalnych uchwytach dostosowanych do próbek.
Wzorzec miary – jest narzędziem, substancją lub zjawiskiem fizycznym odtwarzającym w
granicach znanej niedokładności przejaw wielkości o określonej wartości;
Podstawy Techniki Pomiarowej
21
Właściwości termiczne – grupa właściwości materiału powiązana z jego zachowaniem się pod
wpływem temperatury:
a) przewodność cieplną zdefiniowaną przez współczynnik przewodnictwa cieplnego k;
b) ciepło właściwe przy stałej temperaturze ct, przy stałej objętości cv, przy stałym ciśnieniu cp;
c) temperatura (topnienia, wrzenia, skraplania);
Wzorców hierarchia:
a) Etalony (wzorce międzynarodowe, wzorce państwowe, I rzędu, II rzędu);
b) Wzorce użytkowe;
Wzorzec inkrementalny – wzorzec ten charakteryzuje się naniesionymi na szklane lub metalowe
liniały stref, na przemian: aktywnych i pasywnych; najprostszy wzorzec zbudowany jest w ten
sposób, że z jednej strony liniału umieszczone jest źródło światła, z drugiej czujnik (np.
fotodetektor); przesuwając liniał można zliczać impulsy; znając liczbę impulsów i długość stref
aktywnej i pasywnej, możemy określić odległość;
Wzorce – są to narzędzia pomiarowe odtwarzające jednostki miary lub ich wielokrotności; Od
wzorców wymaga się niezmienności w czasie, dużej dokładności, łatwego odtwarzania i
stosowania; wzorce charakteryzują się następującymi parametrami:
a) nominalna miara wzorca – wartość podana na nim, którą on powinien odtwarzać;
b) niedokładność miary wzorca;
c) okres zachowania niedokładności miary wzorca;
d) warunki, w których miara i dokładność są zachowane;
Powyższe dane podaje się bądź bezpośrednio na wzorcu lub w jego metryce. Każdy wzorzec jest
obarczony błędem – o jego wartości decyduje niedokładność miary wzorca oraz warunki w jakich
wzorzec został użyty. Wzorzec gwarantuje określoną niedokładność miary wzorca tylko przez
ściśle określony czas;
Wzorców klasyfikacja:
a) wzorzec użytkowy – biorący bezpośredni udział w procesach pomiarowych;
b) wzorzec kontrolny – służący do okresowej kontroli wzorców użytkowych;
c) wzorzec odniesienia – służący do sprawdzania przez Główny Urząd Miar wzorców kontrolnych,
sprawdzany przez wzorzec pierwotny;
d) wzorzec pierwotny – wzorzec o najwyższej dokładności, mający rangę wzorca państwowego,
służący do sprawdzania wzorców odniesienia;
e) wzorzec świadek – o tej samej dokładności co wzorzec pierwotny, dublujący go w razie
potrzeby;
Wzorzec jednostki miary (inaczej etalon):
a) wzorzec miary;
b) przyrząd pomiarowy;
c) materiał odniesienia lub układ pomiarowy przeznaczony do zdefiniowania;
d) zrealizowania;
e) zachowania lub odtwarzania jednostki miary albo jednej lub wielu wartości pewnej wielkości i
służący jako odniesienie;
Wzorcowanie – ogół czynności ustalających relację między wartościami wielkości mierzonej
wskazanymi przez przyrząd pomiarowy a odpowiednimi wartościami wielkości fizycznych,
realizowanymi przez wzorzec jednostki miary wraz z podaniem niepewności tego pomiaru.
W najprostszym przypadku polega to na określeniu różnicy pomiędzy wskazaniem przyrządu
wzorcowego a wskazaniem przyrządu wzorcowanego z uwzględnieniem niepewności pomiaru
dokonanego przy pomocy przyrządu wzorcowego.
Celem wzorcowania jest określenie kondycji metrologicznej wzorcowanego przyrządu, określającej
jego przydatność do wykonywania pomiarów, w tym również przekazywania jednostki miary, lub
poświadczenie, że wzorcowany przyrząd spełnia określone wymagania metrologiczne przy czym
wynik wzorcowania poświadczany jest w świadectwie wzorcowania. Podczas wzorcowania musi
być zachowana spójność pomiarowa, czyli nieprzerwany ciąg odniesień do wzorca krajowego lub
międzynarodowego.
Podstawy Techniki Pomiarowej
22
Wartość działki elementarnej – wartość wielkości mierzonej odpowiadająca działce elementarnej.
Zakres pomiarowy – zakres wartości wielkości mierzonej, dla których wskazania przyrządu
pomiarowego otrzymane w normalnych warunkach użytkowania i z jednego tylko pomiaru nie
powinny być obarczone błędem większym od granicznego błędu dopuszczalnego;
Zwężka: dysza pomiarowa, wbudowany w rurociąg element powodujący zwężenie
przepływającego strumienia cieczy, służący do pomiaru natężenia przepływu. Ilość płynu
przepływającego w jednostce czasu określana jest na podstawie zmierzonej różnicy ciśnień przed i
za zwężką pomiarową. Zwężki pomiarowe dzielą się na: kryzy pomiarowe, dysze pomiarowe oraz
zwężki Venturiego.
Podstawy Techniki Pomiarowej
23
Ciepłomierz;
właściwości przyrządu: licznik ciepła; jego wskazanie jest podstawą do rozliczania się między
dostawcą a odbiorcą tej energii; jednostką miary energii cieplnej w układzie SI jest dżul (symbol J)
równy 1wat – 1sekunda (watosekunda); jest ona zbyt mała do użytku praktycznego, dlatego
powszechnie używaną w rozliczeniach jednostką energii jest gigadżul [GJ]; elektroniczne
ciepłomierze obliczają ilość zużytego ciepła na podstawie wielkości przepływu oraz temperatury na
zasilaniu i powrocie; licznik ciepła jest uniwersalnym wysoko rozwiniętym systemem pomiaru
ciepła; ciepło nie jest mierzone w sposób bezpośredni, ale obliczone przez układ zliczający
(całkujący) jako suma iloczynów chwilowych pomiarów różnicy temperatur zasilania i powrotu
czynnika grzewczego, oraz przepływu masowego tego czynnika; temperatura zasilania i powrotu
obwodu cieplnego jest mierzona za pomocą czujników cyfrowych lub analogowych; sygnał
(analogowy lub częstotliwościowy) wielkości przepływu jest przeliczany na wartość przepływu
objętościowego; wyliczona ilość energii jest sumowana w pamięci RAM podtrzymywanej
bateryjnie; suma energii cieplnej wyświetlana jest na wyświetlaczu fluorescencyjnym; w pamięci
RAM zapamiętane też są wszystkie dane pomiarowe (temperatury i przepływy) i operacyjne (ilość
ciepła); licznik ciepła posiada wewnętrzny zegar czasu rzeczywistego;
zastosowanie: przyrząd pomiarowy przeznaczony do pomiaru ilości przepływającej energii
cieplnej;
budowa: na licznik ciepła jako złożony system pomiarowy składają sie następujące moduły:
a) licznik wolumetryczny (objętościowy) lub ultradźwiękowy pomiaru objętości przepływającego
czynnika grzewczego;
b) czujniki pomiaru temperatury zasilania i powrotu czynnika grzewczego;
c) cyfrowy (lub analogowy, obecnie nie stosowany) układ przeliczający mierzone wartości na ilość
przepływającego ciepła;
Podstawy Techniki Pomiarowej
24
Czujnik zegarowy;
właściwości przyrządu: urządzenie pomiarowe, na którego podzielni znajduje się podziałka
rozmieszczona na okręgu, tak jak w tradycyjnym zegarku; czujniki zegarowe wyposażone są
najczęściej w przekładnię zębatą, a ich wskazówka wykonuje kilka obrotów w całym zakresie
pomiarowym; najczęściej spotykane są znormalizowane czujniki zębate zegarowe wykonane
według normy DIN czy PN; obwód podzielni takiego czujnika jest podzielony na 100 równych
części, z których każda odpowiada przesunięciu się końcówki pomiarowej o 0,01 mm; wartość
działki elementarnej wynosi 0,01 mm, natomiast zakres pomiarowy 0 – 10 mm; najczęściej
spotykanymi czujnikami są czujniki dostarczające informację w jednej z wielkości elektrycznych,
takich jak: napięcie, natężenie prądu, opór elektryczny; przyczyną tego jest fakt, że prąd
elektryczny to sygnał, który łatwo wzmocnić, przesłać na duże odległości, poddać dalszemu
przetwarzaniu przy użyciu technik cyfrowych i komputerów, a także zachować; dopuszczalne błędy
zawierają się od 0,5 działki w zakresie ±10 działek do 2 działek w całym zakresie;
zastosowanie: czujniki zegarowe znalazły szerokie zastosowanie w pracach warsztatowych do
pomiarów średniej dokładności, wówczas gdy inne przyrządy pomiarowe nie zapewniają
wymaganej dokładności; wykorzystywane są także w produkcji przy kontroli wymiarów, do
ustawienia obrabianych przedmiotów i narzędzi na obrabiarkach oraz do sprawdzania maszyn
(pomiary odchyłek kształtu i położenia);
budowa: 1 - Uchwyt do podnoszenia i opuszczania trzpienia pomiarowego; 2 - Pierścień do
ustawiania tarczy; 3 - Mała wskazówka [mm]; 4 - Ustawne wskaźniki tolerancji; 5 - Duża
wskazówka; 6 - Obudowa; 7 - Tuleja trzpienia; 8 - Trzpień pomiarowy; 9 - Końcówka pomiarowa;
10 - Podziałka pomocnicza [mm];
Podstawy Techniki Pomiarowej
25
Dynamometr;
właściwości przyrządu: miernik siły; w zależności od konstrukcji rozróżnia się dynamometry
mechaniczne, hydrauliczne i elektromechaniczne; przyrząd do pomiaru wartości działającej siły;
zasada jego działania najczęściej opiera się na prawie hooke'a, które mówi, że odkształcenie
elementu sprężystego jest proporcjonalne do wartości działającej siły;
zastosowanie: dynamometry wykorzystuje się w wielu dziedzinach życia: w technice (pomiary sił i
momentów), w antropometrii (do pomiaru siły mięśni dłoni), w gospodarstwie domowym (wagi
sprężynowe) oraz w geodezji (mierzenia siły naciągu taśm stalowych przy mierzeniu odległości);
budowa: zasadniczą częścią siłomierza jest sprężyna, która wydłuża się pod wpływem działających
na nią sił; obok sprężyny zamocowana jest podziałka, wycechowana w niutonach; natomiast w
typowych siłomierzach szkolnych sprężyna znajduje się wewnątrz plastikowej, przezroczystej
obudowy; podziałka naniesiona jest na obudowie;
Kątomierz;
właściwości przyrządu: przyrząd pomiarowy używany do określenia miary kąta; są to narzędzia
pomiarowe przeznaczone do bezpośredniego pomiaru wymiarów kątowych. W technice pomiarów
warsztatowych spotyka się kątomierze zwykłe i uniwersalne. Kątomierz zwykły ma wartość działki
wynoszącą 1°. Jeżeli jednak dokonujący pomiaru ma odpowiednią wprawę może odczytać wynik z
dokładnością do ok. 20 minut.
Kątomierzami uniwersalnymi można mierzyć kąty z dokładnością do +-10 lub +-5 minut.
Kątomierz uniwersalny ma dwie współśrodkowe na osi osadzone podzielnie. Podzielnia główna ma
podziałkę w stopniach. Noniusz kątowy znajduje się na podzielni mniejszej, która może się obracać
wokół osi. Mniejsza tarcza jest połączona sztywno ramieniem z linijką ze ściętymi końcami. Linijka
po zluzowaniu zacisku może być przesuwana i unieruchamiana zaciskiem w dowolnym miejscu.
Podzielnia główna jest stanowi całość z korpusem i jest podzielna na cztery łuki po 90° każdy,
działka odpowiada 1°. Łuk noniusza jest podzielony na dwanaście działek;
zastosowanie: używany podczas wykonywania rysunków technicznych; do zastosowań kreślarskich
ma postać półkolistej bądź kolistej płytki z naniesioną podziałką kątową;
budowa: do stosowania w pracach traserskich i ślusarskich jest wykonany z metalu, posiada
podziałkę z noniuszem, zamocowane obrotowo ramiona pomiarowe i często z dodatkową lupą dla
zwiększenia precyzji odczytu;
Podstawy Techniki Pomiarowej
26
Log;
właściwości przyrządu: przyrząd pomiarowy określający prędkość poruszania się jednostki
pływającej oraz przebytą przez nią drogę w stosunku do otoczenia. Pierwotnie miał postać
wyskalowanej linki nawiniętej na kołowrót z drewnianym klockiem przymocowanym do jej końca.
Pomiar dokonywał się poprzez wyrzucenie za rufę lub burtę klocka i pomiar szybkości, z jaką
rozwinęła się linka. Prędkość tradycyjnie mierzona była w węzłach.
Rodzaje logów:
a) ręczny – miał postać wyskalowanej linki nawiniętej na kołowrót z drewnianym klockiem
przymocowanym do jej końca. Pomiar dokonywał się poprzez wyrzucenie za rufę lub burtę klocka i
pomiar szybkości, z jaką rozwinęła się linka. Szybkość tradycyjnie mierzona była w węzłach;
b) turbinowy – oparte są o turbinę znajdująca się poniżej linii wodnej i mierzą prędkość na
podstawie liczby obrotów;
c) burtowy;
d) ciśnieniowy – (SAL) działa na zasadzie rurki pitota, mierząc zmiany ciśnienia wody, pochodzące
od prędkości statku;
e) elekromagnetyczny;
f) hydroakustyczny (Dopplerowski) – mierzący zmiany częstotliwości dźwięku rozchodzącego się
w wodzie (efekt Dopplera);
g) mechaniczny (Walkera) – mierzący liczbę obrotów specjalnej śruby holowanej za statkiem;
Możliwe jest także satelitarne mierzenie prędkości albo w oparciu o technologie radarowe itp.
Na wielkich jednostkach oprócz logu mierzącego prędkość do przodu instaluje się (na dziobie i na
rufie) dodatkowe logi, o dużej dokładności, mierzące prędkość poprzeczną. Logów tych używa się
w czasie manewrów portowych.
zastosowanie: najczęściej spotykanym w żeglarstwie sposobem pomiaru prędkości jest log burtowy.
W zasadzie nie jest to urządzenie, lecz sposób pomiaru. Wadą tej metody jest angażowanie się
dwóch członków załogi (rzucający i sygnalizujący trawers pierwszego ruchu) oraz ryzyko posyłania
żeglarza na dziób w trudnych warunkach atmosferycznych. Zaletą dobrze przeprowadzonego
pomiaru jest zadziwiająca dokładność i brak awarii - log burtowy po prostu nie psuje się;
budowa: większość logów mierzy prędkość poruszania się statku względem wody. Prędkość
bezwzględną (w stosunku do dna) podaje tylko log Dopplerowski. Log mechaniczny, log złożony
ze śruby umieszczonej na loglinie (długiej na 50-100 m) i mechanicznego licznika obrotów,
pokazującego na tarczy przebytą drogę i (po przeliczeniu na jednostkę czasu) prędkość statku;
Podstawy Techniki Pomiarowej
27
Manometr;
właściwości przyrządu: przyrząd do pomiaru ciśnienia; precyzyjny pomiar różnych wartości
ciśnienia; jest miernikiem służącym do pomiaru ciśnienia cieczy i gazów; urządzenia te
wykorzystują właściwość przemieszczania się cieczy w naczyniach połączonych pod wpływem
różnicy ciśnień; ciśnienie mierzone jest w odniesieniu do ciśnienia odniesienia; ciśnieniem
odniesienia jest ciśnienie atmosferyczne, natomiast miernik pokazuje wartość, o jaką ciśnienie
mierzone jest wyższe lub niższe od danego ciśnienia atmosferycznego (tj. nadmiarowy przyrząd
pomiarowy);
zastosowanie: manometr jest podstawowym miernikiem stosowanym w: ciepłownictwie,
gazownictwie, energetyce cieplnej, wodociągach i kanalizacji, przemyśle spożywczym, hydraulice i
hydraulice siłowej, rolnictwie etc.;
budowa: pierścień (pokrywa) zamykający; szyba; podkładka uszczelniająca; podzielnia;
mechanizm; rurka Bourdona; oprawa; korek; króciec; podkładka pod króciec; wskazówka;
a) cieczowy
b) mechaniczny;
c) tensometryczny;
Podstawy Techniki Pomiarowej
28
Mikromierz;
właściwości przyrządu: przyrząd pomiarowy służący do mierzenia przedmiotów z rozdzielczością
rzędu 0,01 mm (z interpolacją "na oko" do 1 μm). Zasadniczą częścią mikrometru jest precyzyjnie
wykonana śruba mikrometryczna o skoku 0,5 mm (rzadziej 1 mm) i zakresie 25 mm (czasem 50
mm). Według PN dopuszczalny błąd wykonania pary gwintowej (tzn śruby wraz z nakrętką) nie
przekracza 4 μm/25 mm co limituje osiąganą niepewność pomiaru przyrządów mikrometrycznych;
działanie mikrometru opiera się na użyciu śruby mikrometrycznej oraz noniusza. Śruba
mikrometryczna to bardzo precyzyjnie wykonana śruba o skoku gwintu 0,5 lub 1 mm połączona z
bębnem mikrometru, na obwodzie którego wygrawerowano podziałkę (noniusz). Z bębnem
mikrometru połączone jest sprzęgłem spadkowym pokrętło zapewniające odpowiedni, stały docisk
szczęk (na fotografii to mniejsze pokrętło). Nieodpowiedni docisk powoduje znaczne
niedokładności pomiaru.
Szczęki mikrometru to:
a) szczęka stała;
b) młoteczek - szczęka ruchoma będąca przedłużeniem śruby mikrometrycznej lub z nią połączona;
Najczęściej stosowane są przyrządy mierzące z dokładnością nieco mniejszą tj. do 0,01 mm.
Poniższy opis dotyczy przyrządów pokazanych na fotografiach. Przy skoku gwintu śruby 0,5 mm,
dla rozsunięcia szczęk na odległość 1 mm, pokrętło musi wykonać dwa pełne obroty. Skala
pozioma (podstawowa) składa się z linii poziomej rozdzielającej dwie podziałki milimetrowe. Nad
linią jest umieszczona jedna podziałka milimetrowa, pod linią druga identyczna, ale przesunięta o
0,5 mm w stosunku do górnej. Na obwodzie bębna znajduje się skala noniusza z podziałką od 0 do
49. W stanie kiedy szczęki mikrometru przylegają do siebie, krawędź bębna pokrywa się z zerową
kreską podziałki, natomiast zerowa kreska noniusza pokrywa się z poziomą linią rozdzielającą
podziałki milimetrowe na skali podstawowej. Odczyt w tym położeniu wynosi więc 0,0. Podczas
pomiaru należy mierzony przedmiot umieścić między szczękami, lekko dokręcić bęben i
ostatecznie dokręcić przy użyciu pokrętła, aż do momentu kiedy słychać przeskakiwanie zapadki
sprzęgła. Na poziomej skali odczytuje się wymiar z dokładnością do 0,5 mm. Miejsce odczytu
wskazuje krawędź bębna. Punkt podziałki noniusza (od 0 do 49), który pokrywa się z poziomą linią
na podziałce podstawowej daje odczyt dodatkowy. Pełny odczyt daje suma obydwu odczytów.
Niektóre mikrometry zawierają też dodatkowe pokrętło lub śrubę dociskową do blokowania
nastawy mikrometru
zastosowanie: przyrząd mierniczy przeznaczony do mierzenia wymiarów wewnętrznych w
miejscach położonych w pobliżu powierzchni przedmiotów;
budowa: kabłąk; kowadełko; nieruchoma tuleja z podziałką wzdłużną; obrotowy bęben; podziałka
poprzeczna; wrzeciono; zacisk ustalający; pokrętło sprzęgła ciernego;
Podstawy Techniki Pomiarowej
29
Momentomierz;
właściwości przyrządu: przeznaczone do pomiarów momentu obrotowego (także prędkości
obrotowej do 30.000obr/min) o różnym charakterze przebiegu w funkcji czasu lub prędkości
obrotowej, poczynając od zmian stacjonarnych aż do przebiegów dynamicznych o charakterze
udarowym i dużej częstotliwości zmian. Dzięki małej masie wirującej części momentomierza,
zakłócenie rzeczywistego przebiegu momentu jest minimalne. Momentomierze tensometryczne
pracują w systemie cyfrowego przekazywania sygnałów pomiarowych osiągając klasę dokładności
0.2.
zastosowanie: pomiar momentu śruby nakrętki kosmetyków, opakowań kosmetyków; pomiar oporu
obracanego wałka; w przemyśle motoryzacyjnym do wyznaczania charakterystyki napędowej
silnika, w układach wspomagania kierownicy lub sterowania skrzynią biegów, zarówno na etapie
projektowania i badania prototypu, jak i podczas eksploatacji gotowego wyrobu; maszyny
skrawające z systemem DniPS, czyli automatycznej diagnostyki narzędzia i procesu skrawania lub
przemysłowe wkrętarki o regulowanym momencie dokręcania śrub;
budowa: wał; stojan; elektronika wraz z cewkami; mostek tensometryczny;
Podstawy Techniki Pomiarowej
30
Pirometr;
właściwości przyrządu: przyrząd pomiarowy służący do bezdotykowego pomiaru temperatury.
Działa w oparciu o analizę promieniowania cieplnego emitowanego przez badane ciała. Wszystkie
ciała o temperaturze wyższej od temperatury zera bezwzględnego emitują promieniowanie cieplne
o podobnej charakterystyce zwanej promieniowaniem ciała doskonale czarnego. Proste pirometry
mierzą ilość energii emitowanej poprzez pomiar temperatury elementu, na który pada
promieniowanie. Do pomiaru temperatur powyżej 600°C używane są pirometry optyczne, w
których jasność świecenia badanego obiektu jest porównywana z jasnością obiektu wzorcowego
(np. żarnika). W pirometrach najwyższej klasy mierzących w zakresie niskich temperatur stosuje się
optykę zwierciadlaną, analogiczną do stosowanej w aparatach fotograficznych - tzw. lustrzankach.
W pirometrach, w których zastosowano optykę zwierciadlaną nakierowanie pirometru na pole
pomiarowe odbywa się w taki sam sposób w tradycyjnych aparatach fotograficznych - operator
przez okienko widzi obiekt. W niektórych rozwiązaniach na czas pomiaru włącza się wskaźnik
laserowy. Problem z właściwym ustawieniem pirometru nie występuje w pirometrach
światłowodowych w których promieniowanie wnika do światłowodu przy powierzchni
promieniującej. W pirometrach stosuje się dwie grupy detektorów: termiczne i fotoelektryczne.
Pirometr używany jest między innymi przez straż pożarną do mierzenia temperatury w momencie
gdy nie ma możliwości podejścia do źródła ciepła.
zastosowanie: znajduje zastosowanie w takich dziedzinach jak: rolnictwo - warunki wzrostu i
przechowywania płodów rolnych, motoryzacja - kontrola układów chłodzenia i klimatyzacji,
przemysł - kontrola warunków pracy, BHP, kontrola temperatury w procesach technologicznych,
klimatyzacja i ciepłownictwo - kontrola działania systemów klimatyzacyjnych, nauka i badania;
budowa: pirometr składa się: systemu optycznego, przetwornika termometrycznego (detektora),
układu pomiarowego z wyświetlaczem;
Podstawy Techniki Pomiarowej
31
Przetwornik pomiarowy;
a) indukcyjny;
właściwości przyrządu: przetworniki indukcyjne charakteryzuje solidność wykonania i duża
odporność mechaniczna na wstrząsy, co pozwala je używać tam, gdzie występują drgania i wibracje
z dużymi przyspieszeniami; również przemieszczenia oscylacyjne z bardzo małym zakresem ruchu
rzędu poniżej 1 mm dają się wygodnie mierzyć za pomocą przetworników indukcyjnych; ten typ
pomiaru dlatego tak dobrze spełnia swe obowiązki, gdyż pomiar odbywa się w zasadzie
bezstykowo, tzn. element ruchomy z metalu (rdzeń) jest przemieszczany pomiędzy wielokrotnymi
szpulami w korpusie w zasadzie go nie dotykając; zmienne jest sprzężenie pomiędzy korpusem
metalowym a rdzeniem suwaka; to wyjaśnia dlaczego możliwy jest bezproblemowy pomiar z dużą
prędkością przesuwu i dla małych przemieszczeń; przetwornik LVDT jest różnicowym
transformatorem położenia, zasilanym prądem przemiennym (AC) i wytwarzającym sygnał
zmiennoprądowy; dlatego najczęściej przetwornik indukcyjny współpracuje z odpowiednią
elektroniką jak IMA – LVDT lub M102-LVDT; jeśli jednak np. dla potencjometrycznego
przetwornika do dyspozycji jest stałoprądowa elektronika wzmacniacza, to możliwe jest użycie jej
przy wykorzystaniu wewnętrznej elektroniki przetwornika LVDT przekształcającej napięcie
przemienne oscylatora w sygnał napięciowy stałoprądowy (demodulator); przetwornik indukcyjny
DC zasilany może być napięciem stałym +/-15V lub 24V a dostarczać może na wyjściu sygnał w
postaci napięcia stałego 0-5V, 0-10V lub prądowy 0-20mA;
zastosowanie: przemysł spożywczy i farmaceutyczny; kontrola produktów (oddzielanie faz
produkt/mieszanka produktów/woda) przy produkcji napojów, w browarnictwie i mleczarniach;
sterowanie (np. oddzielanie faz środki czystoci/ woda płucząca) procesami czyszczenia np.
urządzenia do czyszczenia butelek i pojemników; regulacja stężenia przy kwasowaniu i ługowaniu
np. w galwanizerni i chemii procesowej; zastosowanie w urządzeniach CIP; technologie
nawadniania i usuwania cieków np. kontrola wody użytkowej; dozowanie chemikaliów; wskaźnik
przeciekania przy odizolowanych obiegach np. instalacja ogrzewnicza i chłodniczej;
budowa: przetwornik ten działa na zasadzie pomiaru odkształcenia sprężystego wałka, metoda
zmiany indukcji własnej; składa się z: wałka; transformatorowego układu zasilania; obudowy
cewek mierniczych; indukcyjnego układu mierniczego; tarczy zabierakowej; transformatorowego
układu wyjściowego;
Podstawy Techniki Pomiarowej
32
b) pneumatyczny;
właściwości przyrządu: przetwornik umożliwia w zakresie od 0-250 mm WS do 0-4 bar
przetwarzanie ciśnienia płynnych, papkowatych lub gazowych mediów na stosunku 1:1 w sygnał
powietrzny, który może być przekazywany do wskaźników, przetworników lub regulatorów.
Podstawowym elementem przetwornika jest belka równoważni sił, umocowana wahliwie na
płaskiej sprężynie. Pod belka są umieszczone cztery membranowe przetworniki ciśnienia,
wywierające na nią siły proporcjonalne do ciśnienia doprowadzonego powietrza. Odpowiednie
ciśnienia powietrza mierzą u-rurkowe manometry cieczowe;
zastosowanie: przetwornik preferowany jest dla pośredniego mierzenia i regulowania poziomu
względnie zawartości zbiorników oraz pomiarów ciśnienia i ciśnienia różnicowego. Zakres jego
zastosowań rozszerza się, z powodu dopasowanych do mediów wykonań w różnych materiałach, na
wszystkie obszary przemysłu, szczególnie w przemysłu chemicznego, spożywczego, cukierniczego
i papierniczego itp., jak również na takie obszary, gdzie mierzone i regulowane muszą być nie tylko
ciecze i gazy, lecz także media papkowate oraz zawierające cząstki stałe. Sprawdza się on także
doskonale jako przetwornik dzielący (szczególnie przy mediach agresywnych) dla przetworników
pomiarowych ciśnienia i różnicowych.
budowa: komora, zwężka ciśnieniowa, wskaźnik przemieszczenia, głowica pomiarowa,
powierzchnia mierzonego przedmiotu;
c) pojemnościowy;
właściwości przyrządu: Czujniki pojemnościowe używane są do bezdotykowego wyczuwania
wszelkiego typu materiałów. Czujnik pojemnościowy aktywowany jest w zależności od pojemności
w stosunku do materiału. który chcemy wyczuć. Im mniejsza stała dielektryczna materiału, tym
bliżej materiału należy umieścić czujnik (patrz: współczynniki korekcji);
zastosowanie: Typowe zastosowania to liczenie ilości detali, nadzór nad poziomem cieczy lub
wskazanie położenia materiału;
budowa: Trzpień pomiarowy, Sprężyna dociskowa, Okładka dielektryka, Okładka dielektryka,
Układ wskazujący;
Podstawy Techniki Pomiarowej
33
Poziomica;
właściwości przyrządu: przyrząd pomiarowy z wbudowanymi jedną lub wieloma (wtedy pod
różnymi kątami) libellami rurkowymi, wykorzystujący siłę grawitacji ziemskiej do wyznaczania (z
niewielką dokładnością) poziomości płaszczyzn (n . podłóg) lub pionowości (np. ścian) w
budownictwie. Dokładność poziomicy zależy w pierwszej kolejności od przewagi libelli a następnie
od jakości jej osadzenia, jakości wykonania samej poziomicy i użytego materiału oraz jej długości.
Nazwa poziomica jest także stosowana do przyrządów laserowych realizujących tę samą funkcję,
tyle że przy pomocy widzialnej wiązki światła laserowego. W przypadku umieszczenia poziomicy
laserowej na statywie zaciera się różnica pomiędzy tym instrumentem aniwelatorem laserowym pod
względem funkcji ale nie dokładności pomiaru. Odmienną budowę ma poziomica wężowa. Składa
się ona z dwóch pionowych rurek szklanych, bądź z tworzywa sztucznego, z podziałką,
połączonych giętkim przewodem. Ten typ poziomicy był dawniej stosowany powszechnie w
budownictwie. Poziomica ta jest nadal stosowana, gdyż doskonale nadaje się do wypoziomowania
oddalonych od siebie dwóch punktów. Ze względu na konstrukcję i zastosowanie wyróżnia się
główne typy poziomic:
a) murarskie (popularne, podłużne, drewniane lub aluminiowe);
b) ramowe (kwadratowe, metalowe) służące do ustawiania poziomu maszyn – obrabiarek;
zastosowanie: do wyznaczania (z niewielką dokładnością) poziomości płaszczyzn (n . podłóg) lub
pionowości (np. ścian) w budownictwie;
budowa: najważniejszym elementem każdej poziomicy jest niewielki prostopadłościan wykonany z
tworzywa sztucznego. Wnętrze wydrążone jest z wielką precyzją w specyficzny sposób. Wnętrze
wypełnia się niezamarzającym płynem, a uwięziony pęcherzyk powietrza wskazuje położenie.
Element ten wystarczy zamontować w aluminiowym profilu – i już poziomica jest gotowa. Za tą
prawie oczywistą prostotą kryje się spora liczba bardzo skomplikowanych i niezwykle
precyzyjnych obrabiarek i urządzeń, często sterowanych przez komputery. Dla wygody
użytkownika i precyzji odczytu we wnętrzu komory pomiarowej wykonuje się pierścieniowe
nacięcia. W niektórych modelach może być ich nawet trzy po każdej ze stron pęcherzyka;
Podstawy Techniki Pomiarowej
34
Prędkościomierz;
właściwości przyrządu: urządzenie służące do pomiaru prędkości pojazdu kołowego (np.
samochodu). Prędkościomierz jest najczęściej umieszczany na tylnej części wału napędowego,
gdzie specjalny czujnik przekształca obroty mechaniczne na impulsy elektryczne. Starsze typy
samochodów posiadają w tym miejscu giętki obrotowy drut, którego drugi koniec jest podłączony
do prędkościomierza, który jest specjalnie skalibrowanym tachometrem. Czułość tego tachometru
oraz jego kalibracja numeryczna musi uwzględniać redukcję biegów na tylnej części wału
napędowego, ostateczną szybkość obrotów w mechanizmie różnicowym (dyferencjale) i średnicę
kół pojazdu. Mechanizm, w którego skład wchodzi prędkościomierz zawiera również licznik do
pomiaru przebytej drogi (tzw. chodometr albo drogomierz).
Bardzo często prędkościomierze są skalibrowane w taki sposób aby pokazywać prędkość większą
niż jest ona w rzeczywistości po to aby zapobiegać przekraczaniu przez kierowców dozwolonej
prędkości. Przyczyną niedokładności prędkościomierza może być głównie różnica w średnicy kół,
która będzie wynikać ze stanu ciśnienia znajdującego się w nich powietrza.
Prędkościomierze mogą być również elektroniczne. Działają one za pomocą czujnika obrotów,
który dostarcza impuls wraz z zakończeniem pełnego obrotu. Komputer natomiast przekształca
przerwę pomiędzy impulsami na wynik w postaci cyfr. Liczba impulsów jest również
przekształcana na obliczenie przebytej drogi (funkcja chordometru).
Także system GPS może spełniać funkcję prędkościomierza. Jest on z reguły bardziej dokładny niż
prędkościomierze samochodowe.
zastosowanie: pomiar prędkości przy użyciu czujnika VSS, pomiar przepływu, pomiar prędkości
wiatru (przy pomocy enkodera);
budowa: z licznikiem kilometrów: obudowa, śruba, plomba, złącze żarówki, końcówka linki
napędowej, ucho na plombę, tarcza prędkościomierza, licznik kilometrów;
Podstawy Techniki Pomiarowej
35
Suwmiarka;
właściwości przyrządu: jest jednym z podstawowych warsztatowych narzędzi pomiarowych
służącym do szybkiego pomiaru wytwarzanych elementów. Zakresy pomiarowe suwmiarek
obejmują przedział od 150 mm (standardowo) do nawet 3000 mm;
zastosowanie: zadaniem jest precyzyjnym przyrządem pomiarowym, służącym do pomiarów
podzespołów maszyn i urządzeń technicznych;
budowa: zasadniczymi częściami konstrukcyjnymi suwmiarek są: prowadnica i przesuwny suwak
(stąd nazwa suwmiarka), powierzchnie pomiarowe (szczęki, wysuwka głębokościomierza) oraz
urządzenie odczytowe. W zależności rodzaju urządzenia odczytowego rozróżnia się:
suwmiarki analogowe z podziałką kreskową na prowadnicy i noniuszem na suwaku;
suwmiarki czujnikowe z listwą zębatą na prowadnicy i czujnikiem zegarowym;
suwmiarki cyfrowe z naklejonym na prowadnicy liniałem pojemnościowym i elektronicznym
wskaźnikiem cyfrowym;
Suwmiarki w zależności od kształtu powierzchni pomiarowych używane są do pomiaru wymiarów
zewnętrznych, wewnętrznych i mieszanych (wysokość , głębokość, rozstaw itp.) Produkuje się
także suwmiarki: specjalne, np. do kanałków wewnętrznych i zewnętrznych oraz do pomiaru
grubości zębów kół zębatych tzw. suwmiarki modułowe .
Suwmiarką z noniuszem można dokonywać pomiarów z rozdzielczością do 0,1 mm (noniusz 9 lub
19 mm), 0,05 mm (noniusz 19 lub 39 mm), 0,02 mm (noniusz 49 mm). W sprzedaży można także
spotkać suwmiarki z czytnikiem elektronicznym lub zegarowym o dokładności odczytu nawet 0,01
mm. Jednakże podawana przez producentów niepewność pomiaru suwmiarkami jest większa niż
rozdzielczość i silnie zależy od rodzaju pomiaru, urządzenia odczytowego, a także długości
mierzonego wymiaru.
Budowa suwmiarki:
1 - Stała szczęka do pomiaru wymiarów zewnętrznych;
2 - Ruchoma szczęka do pomiaru wymiarów zewnętrznych;
3 - Stała szczęka do pomiaru wymiarów wewnętrznych;
4 - Ruchoma szczęka do pomiaru wymiarów wewnętrznych;
5 - Noniusz zwiększający dokładność pomiarową do 0,1[mm];
6 - Noniusz zwiększający dokładność pomiarową do 1/128 cala;
7 - Podziałka calowa;
8 - Dźwignia zacisku ustalającego położenie przesuwnej szczęki;
9 - Podziałka milimetrowa;
10 - Głębokościomierz, do pomiarów głębokości i wymiarów mieszanych.
Podstawy Techniki Pomiarowej
36
Termometr
właściwości przyrządu: przyrząd do pomiaru temperatury metodą pośrednią, na podstawie zmiany
pod wpływem temperatury właściwości termometrycznej ciała termometrycznego zastosowanego w
termometrze. Zakres mierzonych temperatur i zastosowań termometru w znacznym stopniu zależy
od ciała termometrycznego i właściwości termometrycznej. Termometr może służyć do pomiaru
dowolnej temperatury w określonym zakresie lub wskazywania tylko wybranych wartości
temperatury (wskaźniki temperatury);
a) dylatacyjny: zasada działania termometrów dylatometrycznych polega na tym, ¿e wykorzystuje
się w nich róże współczynniki rozszerzalności liniowej dwu różnych materiałów np. inwar lub
kwarc jako jeden materiał. A z drugi materiał to zwykle mosiądz. Sygnałem wyjściowym z takiego
przetwornika temperatury jest niewielkie przemieszczenie końca pręta o większym współczynniku
rozszerzalności linowe. Które to przemieszczenie za pomoc± dźwigienki o zakończonej
wskazówek± o dużym przełożeniu mechanicznym może pokazywać na skali tego termometru
mierzą± temperaturę. Termometry te jako mierniki temperatury znajdowały dawniej bardzo duże
zastosowanie w układach automatycznej regulacji temperatury pieców gazowych;
b) elektryczny: najczęściej termometr elektroniczny posiada jeden przycisk, którym włącza się
termometr (i w razie potrzeby wyłącza). Po włączeniu termometru jego końcówkę umieszczasz w
miejscu pomiaru i czeka na sygnał dźwiękowy, który oznacza koniec pomiaru. Wówczas na
wyświetlaczu pojawia się wynik, który wyświetla się do momentu wyłączenia termometru. Z reguły
jeśli termometr nie zostanie wyłączony ręcznie przyciskiem, to po jakimś czasie (1-2 minuty,
zależnie od modelu termometru) wyłącza się automatycznie. Przy kolejnym włączeniu termometru
pojawia się przez kilka pierwszych sekund wynik poprzedniego pomiaru;
Podstawy Techniki Pomiarowej
37
Waga;
właściwości przyrządu: przyrząd do wyznaczania masy ciał na zasadzie równoważenia sił lub
wykorzystania zjawisk fizycznych. W prostej wadze szalkowej jedną z sił jest ciężar ciała o
mierzonej masie, drugą – ciężar odważników lub inna wyskalowana siła.
Z uwagi na konstrukcję rozróżnia się m.in. wagi dźwigniowe, sprężynowe, elektryczne,
elektroniczne.
Konstrukcja i dokładność pomiaru masy jest zależna od przeznaczenia wagi. Do najczęściej
spotykanych można zaliczyć:
a) wagę kuchenną – umożliwia pomiar masy danego produktu z uwzględnieniem masy opakowania
– tary
b) wagę sklepową – w wersji elektronicznej umożliwia ona równoczesne określenie kosztu
ważonego towaru, często jest sprzężona z kasą fiskalną, tego rodzaju wagi podlegają kontroli
prawnej ze względu na ochronę praw konsumenta
c) wagę sprężynową – np. wędkarską
d) wagę samochodową – często montowaną w jezdni, do ważenia pojazdów, określania nacisku na
oś
e) wagę laboratoryjną
f) wagi przemysłowe – często automatyczne wagi elektroniczne stosowane przy dozowaniu i
pomiarze produktów masowych
W laboratoriach używa się różnej konstrukcji wag precyzyjnych. Współcześnie, najbardziej
rozpowszechnione laboratoryjne wagi elektroniczne działają poprzez pomiar kąta skręcenia włókna
kwarcowego i są tłumione mechanicznie albo pneumatycznie, aby przyspieszyć pomiar.
zastosowanie: ważenie;
budowa: do ważenia potrzebny jest wzorzec masy, który obecny jest przez cały czas na jednej z
szal. Na drugiej szali umieszcza się przedmioty których masę chcemy ustalić. W przypadku
nowoczesnych systemów wyznaczania masy (wag elektronicznych) do dyspozycji mamy tylko
jedną szalkę.
Konstrukcja:
nośnia ładunku (może nią być mała szalka, większa platforma, zbiornik etc. etc.)
mechanizm wraz z siłownikiem i systemem zawieszek oraz cięgieł
odważniki do kalibracji wewnętrznej
płytka przetwornika cyfrowo-analogowego (A/D)
płytka główna wraz z wyświetlaczami
klawiatura oraz zestaw złącz do komunikacji z komputerem itp.
poziomica