BUDOWA I CZĘŚCI SKŁADOWE NARZĘDZI POMIAROWYCH.

1. Wprowadzenie.

Każde narzędzie pomiarowe może być przedstawione za pomocą schematycznego przedstawienia narzędzi /rys. 1/, które opisuje to narzędzie w postaci bloku funkcjonalnego z zaznaczeniem wielkości wejściowych /wielkość mierzona/ oraz wielkości wyjściowej /wielkość wskazywana np. przez wskazówkę/. Na przykład dla termometru termoelektrycznego wielkością wejściową jest temperatura T, a wielkością wyjściową - kąt obrotu wskazówki urządzenia wskazującego termometru α.

Energia

wielkość wejściowa wielkość wyjściowa

/mierzona/ kąt obrotu wskazówki i α

temperatura T

Rys. 1. Schematyczne przedstawienie narzędzia pomiarowego na przykładzie termometru termoelektrycznego.

Następną kolejną możliwością przedstawienia narzędzia pomiarowego jest jego schemat strukturalny. Jest to schematyczne przedstawienie łańcucha pomiarowego przyrządu z podaniem zamiany wejściowej /mierzonej/ w inne wielkości, aż do wielkości wyjściowej /rys. 2/.

Na przykład dla termometru termoelektrycznego następuje zamiana wielkości wejściowej /mierzonej/ temperatury T, kolejno na siłę elektromotoryczną E, natężenie prądu I, moment obrotowy M, kąt obrotu wskazówki α.

T E I M α

Rys. 2. Schemat strukturalny termometru termoelektrycznego.

Wyższym stopniem przedstawienia narzędzia pomiarowego jest jego schemat zasady działania. Jest to uproszczone przedstawienie zasadniczych elementów oraz ich połączeń funkcjonalnych.

Schemat zasady działania termometru termoelektrycznego odpowiadający schematowi strukturalnemu przedstawia rys. 3.

Rys. 3. Schemat zasady działania termometru termoelektrycznego.

1 - termoelement, 2 - przewody łączące, 3 - cewka miliwoltomierza, 4 - magnes trwały woltomierza, 5 - sprężyna spiralna miliwoltomierza, 6 - wskazówka, α - kąt obrotu wskazówki, I - czujnik, II - przetwornik pomiarowy, III - urządzenie wskazujące.

Biorąc pod uwagę przeznaczenie poszczególnych zespołów narzędzia pomiarowego, w każdym narzędziu możemy wyodrębnić trzy jego elementy: czujnik, jeden lub kilka przetworników, urządzenie wskazujące /rys. 4/.

wielkość wielkość wyjściowa

mierzona wskazywana

Rys. 4. Schematyczne przedstawienie narzędzia pomiarowego z uwzględnieniem poszczególnych elementów:

I - czujnik, II - przetwornik /lub układ przetworników pomiarowych/,

III - urządzenie wskazujące.

Czujnik jest to element przyrządu pomiarowego służący do odbierania informacji o wielkości mierzonej.

Na przykład dla rozpatrywanego termometru termoelektrycznego czujnikiem jest termoelement - 1 /rys. 3/.

Przetwornik pomiarowy jest to narzędzie służące do przetwarzania z określoną dokładnością i według określonego prawa wartości wielkości mierzonej /albo wielkości już przetworzonej z wielkości mierzonej/ na wartość innej wielkości lub inną wartość tej samej wielkości. Przetwornik pomiarowy stanowi z narzędziem pomiarowym jedną całość, która jednak może być użyta oddzielnie.

W narzędziu pomiarowym może wystąpić jeden przetwornik lub kilka, tworząc układ przetworników. Dla analizowanego termometru termoelektrycznego układ przetworników podaje rys. 2 i 3.

Działanie przetwornika może być opisane równaniem przetwarzania /1/

gdzie: y - wielkość wyjściowa

x₁, ..., x_n - wielkości wejściowe.

Błąd przetwarzania określany jest zależnością /2/

gdzie:
,
, ... - błędy cząstkowe wielkości wejściowych,

Δx₁, Δx₂, ..., Δx_n - maksymalne możliwe do wystąpienia błędy przypadkowe wielkości x₁, x₂, ..., x_n.

Urządzenie wskazujące jest to zespół elementów przyrządu pomiarowego przeznaczonych do wskazywania wyników pomiaru..

Składa się ono ze wskazówek i wskazów.

Wskazówka - część stała lub ruchoma urządzenia wskazującego /zwykła ruchoma strzałka, powierzchnia cieczy, pisak/, którego położenie względem wskazów wyznacza wynik pomiaru.

Wskaz - kreska lub inny znak znajdujący się na urządzeniu wskazującym, odpowiadający jednaj lub kilku określonym wartościom wielkości mierzonej.

Natomiast wskazy tworzą podziałkę. Jest to uporządkowany zbiór wskazów na urządzeniu wskazującym narzędzia pomiarowego.

Podziałka może być scharakteryzowana obszarem podziałki, zakresem podziałki oraz działką elementarną.

Obszar podziałki - zbiór działek elementarnych zawartych między dwoma określonymi wskazami podziałki.

Zakres podziałki - przedział zawarty między wskazami odpowiadającymi dolnej i górnej granicy zakresu wskazań.

Granica dolna zakresu wskazań - wartość wielkości mierzonej odpowiadająca największemu oznaczeniu podziałki.

Działka elementarna - jest to przedział między jakimikolwiek dwoma sąsiednimi wskazami podziałki.

Natomiast działka elementarna może być scharakteryzowana przez określenie jej długości i jej wartości.

Długość działki elementarnej - długość odcinka prostej lub krzywej, mierzona wzdłuż linii podstawowej podziałki i zawarta między osiami dwóch sąsiednich wskazów.

Wartość działki elementarnej - wartość wielkości mierzonej odpowiadająca działce elementarnej.

Rozróżnia się następujące rodzaje podziałek, uwzględniając sposób wskazywania wartości wielkości mierzonej: cyfrowa, kreskowa, cyfrowo-kreskowa i tzw. wykresówka.

Natomiast biorąc pod uwagę działkę elementarną rozróżnia się podziałki: jednostajna, równomierna, liniowa, regularna, nieliniowa.

Podziałka jednostajna - podziałka, której wszystkie działki elementarne mają tę samą długość.

Podziałka równomierna - podziałka, której wszystkie działki elementarne mają tę samą wartość.

Podziałka liniowa - podziałka, której działki elementarne mają tę samą długość i tę samą wartość.

Podziałka regularna - podziałka, której działki elementarne mają tę samą długość i tę samą wartość.

Podziałka nieliniowa - podziałka, której długości działek elementarnych nie są proporcjonalne do ich wartości.

2. Opis stanowisk pomiarowych.

Stanowisko pomiarowe składa się z dwóch narzędzi pomiarowych /do wyboru dla poszczególnych zespołów/, np. mikrometr, czujnik zegarowy.

3. Zadania metrologiczne.

Podstawowym zadaniem tego ćwiczenia jest poznanie budowy i części składowych narzędzi pomiarowych.

Dla wyznaczonych narzędzi pomiarowych należy wykonać schemat strukturalny, schemat zasady działania.

Dla każdego z analizowanych narzędzi pomiarowych powinno się wyodrębnić i opisać podstawowe ich elementy, tj. czujnik, przetwornik i urządzenie wskazujące.

Ponadto należy zapisać równanie przetwarzania oraz obliczyć błąd przetwarzania dla poszczególnych przetworników.

4. Protokół z ćwiczeń powinien zawierać dla poszczególnego narzędzia pomiarowego:

a/ schematyczne przedstawienie narzędzia pomiarowego,

b/ schemat strukturalny,

c/ schemat zasady działania,

d/ zaznaczenie na schemacie zasady działania czujnika, przetwornika, urządzenia wskazującego,

e/ opis czujnika i przetwornika,

f/ charakterystyka urządzenia wskazującego z podaniem:

1/ rodzaju wskazówki i wskazów,

2/ szkicowanie podziałki z zaznaczeniem działki elementarnej,

3/ określenie dla podziałki obszaru i zakresu,

4/ ustalenie długości i wartości działki elementarnej,

5/ określenie rodzaju przetwarzania,

g/ zapisania równania przetwarzania,

h/ określenie błędu przetwarzania.

4

I

II

III

IV

III

II

I

---