PRZYRZĄD POMIAROWY

•

Przyrząd pomiarowy (narzędzie miernicze) –

urządzenie

,

układ pomiarowy lub jego elementy, przeznaczone do wykonania
pomiarów samodzielnie lub w połączeniu z jednym lub wieloma
urządzeniami dodatkowymi. Również wzorce miary (etalony),

wzorce inkrementalne

i

materiały odniesienia

są traktowane jako

przyrządy pomiarowe

[1]

.

•

Miłosz Wójcicki

PRZYRZĄDY CYFROWE – POJĘCIA
PODSTAWOWE

Pierwsze przyrządy cyfrowe były budowane z przeznaczeniem do pomiaru konkretnej wielkości

fizycznej; np. napięcia lub rezystancji. Jednak już w latach 70‐ch XX wieku, intensywny rozwój

elektroniki półprzewodnikowej, a w szczególności układów cyfrowych pozwolił na integrację rożnych
funkcji w jednym urządzeniu. Multimetrami nazywa się uniwersalne, wielofunkcyjne przyrządy

pomiarowe umożliwiające pomiar kilku wielkości fizycznych. Od momentu pojawienia się

multimetrów na rynku ich ekspansja w różnych dziedzinach techniki jest bardzo duża i trwa do dziś.

Obecnie producenci prześcigają się pomysłowością, szybkością działania i dokładnością pomiarów

oferując pełną gamę multimetrów cyfrowych. Ich popularność sprawia, że w potocznym rozumieniu

terminem multimetr określa się również przyrząd cyfrowy przeznaczony do pomiaru tylko jednej

wielkości. Przyrządy cyfrowe możemy podzielić na:

• tablicowe,

• przenośne przyrządy uniwersalne,

• dokładne przyrządy laboratoryjne,

• wirtualne przyrządy pomiarowe.

MIERNIK CYFROWY

•

Miernik cyfrowy – miernik, w którym pomiar wielkości
następuje w dyskretnych odstępach czasu

[1]

. W takim mierniku

mierzona wielkość zazwyczaj jest kodowana i wyświetlana w
formie

cyfrowej

, chodź nie jest to regułą. Przykładem miernika

cyfrowego ze wskazaniem wskazówkowym jest

zegar

wskazówkowy.

•

W potocznym rozumieniu mierniki cyfrowe określa się czasem
mianem multimetru. Jest to niepoprawne określenie, ponieważ
multimetr jest to wyłącznie miernik służący do pomiaru wielu
wielkości, i może być on zarówno

miernikiem analogowym

, jak i

cyfrowym

[2]

.

4.2. Mierniki cyfrowe

Miernikiem elektronicznym nazywa się taki układ pomiarowy, w którym sygnał wejściowy

zawierający informację o wielkości mierzonej zostaje zamieniony na sygnał elektryczny

podlegający

procesowi obróbki w układach elektronicznych, a następnie przetworzony na wartość

liczbową

wielkości mierzonej. Wyróżniamy dwa rodzaje elektronicznych przyrządów pomiarowych:

analogowe i cyfrowe.

W przyrządach analogowych elementem wskazującym jest najczęściej klasyczny miernik

wskazówkowy (np. mikroamperomierz magnetoelektryczny) wyskalowany w jednostkach

wielkości

mierzonej. Mierniki cyfrowe pozwalają na bezpośredni odczyt wartości wielkości mierzonej z

e wskaźnika cyfrowego lub z rejestratorów (np. drukarki), dzięki czemu unika się błędu

popełnianego

przy odczycie wskazań.

Główną zaletą mierników cyfrowych jest ich duża dokładność. Ponadto mają one

w porównaniu z przyrządami analogowymi następujące zalety: dużą szybkość pomiarów,

automatyczny wybór polaryzacji, możliwość automatycznego wyboru zakresu, łatwość

rejestracji czy „zapamiętywania” wyników pomiarów oraz możliwość współpracy z

komputerowymi systemami

pomiarowo-kontrolnymi i sterującymi.

POJĘCIE POZIOMU WZGLĘDNEGO I
BEZWZGLĘDNEGO

Pojęcie poziomu odzwierciedla stosunki pomiędzy wielkościami
elektrycznymi - mocami,

napięciami lub prądami panujące wzdłuż układu teletransmisyjnego
(toru, urządzenia). Odpowiednio

do porównywania danych wielkości rozróżniany jest poziom mocy,
poziom napięciowy lub poziom

prądowy. Jeżeli, wartość elektryczna otrzymana w punkcie
pomiarowym jest porównywana

z wartością w punkcie wejściowym układu (będącym punktem
odniesienia), to wówczas mówimy

o poziomie wzg1ędnym, natomiast jeśli wartość ta jest porównywana
ze znormalizowaną wartością

odniesienia, wówczas mówimyo poziomie bezwzględnym.

MULTIMETR

•

Multimetr – zespolone urządzenie

pomiarowe

posiadające możliwość

pomiaru różnych

wielkości fizycznych

. Termin stosowany najczęściej w

elektrotechnice do opisania urządzenia zawierającego co najmniej:
amperomierz,

woltomierz

,

omomierz

.

•

Cechą charakterystyczną jest sposób prezentacji pomiaru – zawsze na
tym samym elemencie wyjściowym, przy użyciu:

•

wskaźnika wychyłowego napędzanego siłą elektrodynamiczną w
multimetrze

analogowym

,

•

wyświetlacza

LCD

lub

LED

sterowanego

mikroprocesorowo

w

multimetrze

cyfrowym

,

•

interfejsu elektronicznego do przekazania danych np. do

komputera

.

•

Nowoczesne multimetry potrafią m.in. realizować kilka pomiarów
jednocześnie, np. wartości napięcia i jego

częstotliwości

, zapamiętywać

mierzone wielkości, czy wyznaczać średnią z pomiarów.

AMPEROMIERZ

•

Amperomierz –

przyrząd pomiarowy

służący do pomiaru

natężenia prądu elektrycznego

. W zależności od zakresu amperomierza używane

są też nazwy: kiloamperomierz, miliamperomierz, mikroamperomierz.

•

Pomiaru natężenia prądu dokonuje się poprzez oddziaływanie przewodnika z
prądem i pola magnetycznego budując następujące rodzaje amperomierzy:

•

magnetoelektryczny

•

elektromagnetyczny

•

elektrodynamiczny

•

indukcyjny.

•

Stosowane są też amperomierze cieplne i termoelektryczne wykorzystujące efekt
nagrzewania się przewodu, w którym płynie prąd. Amperomierze cieplne stosuje
się w obwodach wielkiej częstotliwości gdzie indukcyjność cewki amperomierza
magnetycznego wprowadzałaby duże zmiany w obwodzie.

•

Specjalną odmianą amperomierzy są

amperomierze cęgowe

, których nie podłącza

się do obwodu elektrycznego, a otaczają przewód w którym jest mierzone
natężenie prądu.

WATOMIERZ

•

Watomierz jest przyrządem przeznaczonym do pomiaru

mocy czynnej

.

•

Watomierze budowane są jako mierniki:

•

elektrodynamiczne

•

ferrodynamiczne

•

indukcyjne

•

Watomierz elektrodynamiczny – najczęściej spotykany typ
miernika. Przeznaczony jest do pomiaru

mocy

w

obwodach

prądu stałego

i

przemiennego

.

WOLTOMIERZ

•

Woltomierz –

przyrząd pomiarowy

, za pomocą którego mierzy

się napięcie elektryczne (jednostka napięcia wolt). Jest włączany
równolegle do

obwodu elektrycznego

. Idealny woltomierz posiada

nieskończenie dużą rezystancję wewnętrzną.

•

Cyfrowe przyrządy tablicowe wykorzystuje się głównie do kontroli wartości
danej wielkości

fizycznej. Są budowane jako woltomierze, amperomierze, lub umożliwiają pomiar
obydwu tych

wielkości. Wynik pomiaru przyrządem tablicowym obarczony jest dużą niepewnością,
jednak jest ona

mniejsza niż w przypadku tablicowych przyrządów analogowych. Wynik pomiaru
wyświetlany jest w

postaci numerycznej. Coraz częściej można również spotkać tablicowe przyrządy
cyfrowe symulujące

ruch wskazówki analogowej. Przenośne przyrządy uniwersalne o wewnętrznym
zasilaniu, są

przeznaczone do pomiarów wykonywanych w terenie. Zazwyczaj budowane są jako
multimetry co znacznie zwiększa ich uniwersalność. Niepewność pomiaru
multimetrem przenośnym plasuje się

pośrodku stawki przyrządów cyfrowych.

MIERNIKI LABORATORYJNE

•

Odrębną klasę stanowią mierniki laboratoryjne. Cechuje je

•

bardzo mała niepewność pomiaru nawet poniżej 0,0001%. Wymagają stacjonarnego trybu pracy w

•

ustalonych warunkach otoczenia i są zasilane z sieci elektrycznej. Przyrządy laboratoryjne są

•

budowane jako multimetry, oraz mierniki o konkretnym przeznaczeniu, np.: częstościomierze, mostki

•

RLC, kalibratory napięć, itp. Inną grupę nowoczesnych przyrządów pomiarowych stanowią tak zwane

•

wirtualne przyrządy pomiarowe, które są kombinacją komputera wyposażonego w odpowiednie

•

oprogramowanie z przyrządami pomiarowymi nowej generacji (np. karty pomiarowe). Przyrząd

•

wirtualny może być budowany przez użytkownika, który definiuje jego funkcje i interfejs konstruując

•

odpowiedni program.

•

Podana klasyfikacja jest bardzo ogólna i nie obejmuje przyrządów przeznaczonych do ściśle

•

określonych zadań. Na przykład dla przemysłu motoryzacyjnego budowane są multimetry

•

samochodowe, do pomiarów linii telefonicznych multimetry telekomunikacyjne, do pracy w trudnych

•

warunkach, np. pod ziemią multimetry górnicze, a do obserwacji kształtu sygnałów multimetry

•

graficzne.

STRUKTURA MULTIMETRU

Na rysunku 4 przedstawiono schemat blokowy przyrządu cyfrowego
(Tumański 2007). Funkcja

obwodów wejściowych zmienia się w zależności od funkcji
realizowanej przez multimetr.

W przypadku woltomierza, obwody wejściowe to dzielniki
napięcia, a w amperomierzu to boczniki

prądu. Obwody te umożliwiają zmianę zakresu pomiarowego. Jeżeli
multimetr pracuje jako

omomierz, zadaniem obwodów wejściowych jest zapewnienie
odpowiedniego zasilania badanej

rezystancji.

PRZYCZYNY BŁĘDÓW I
NIEPEWNOŚCI POMIAROWYCH

•

Otrzymany na drodze doświadczalnej wynik pomiaru dowolnej
wielkości fizycznej zawsze różni

•

się od wartości rzeczywistej tej wielkości. Wartość rzeczywista jest
pojęciem abstrakcyjnym i nie jest

•

znana eksperymentatorowi (gdyby była znana to pomiar byłby
niepotrzebny). Pomiar pozwala zatem

•

na znalezienie przybliżonych wartości wielkości mierzonej, a więc
każdy wynik pomiaru obarczony

•

jest niepewnością, która wynika z:

•

• ograniczonej dokładności przyrządów pomiarowych,

•

• ograniczeń wynikających z zastosowanej metody pomiarowej,

•

• niedoskonałości zmysłów obserwatora,

•

• wpływu innych czynników, które zakłócają pomiar.