Rozwój miernictwa

Metrologia jest dziedziną wiedzy, która zajmuje się pomiarami.

Procesem poznawczym nazywamy przebieg i związane z nim okoliczności poznawania obiektywnej rzeczywistości.

Kategorie poznawcze obejmują:

1. efekty poznawcze - działania mające na celu zdobywanie wiedzy,

2. rezultaty poznawcze - zbiory informacji orzekające o rzeczywistości.

Proces poznawczy jest:

• cykliczne

• ciągły

• nieskończony.

Przebiega etapami:

• obserwacje zmysłowe,

• eksperyment,

• spekulacje rozumowe.

Przedmiotem poznania jest zawsze obiektywna rzeczywistość.

METROLOGIA

Człowiek poznaje świat przez doświadczenia i obserwację zjawisk fizycznych, które najczęściej przybierają formę pomiaru różnych wielkości, charakteryzujących każde ciało lub zjawisko. Wielkości definiowane są w różny sposób:

1. podstawowe (pierwotne),

2. pochodne (wtórne)

Metrologia jest związana przede wszystkim z fizyką i matematyką. Jej zadaniem jest zdefiniowanie wielkości podstawowych.

Rys historyczny pomiaru i metrologii.

• problem nadwyżki produkcji w początku dziejów ludzkości,

• wymiana towarowa i pojawiający się problem mierzenia,

• problem wspólnej miary dla ludzi różnych kultur,

• początki normalizacji w Średniowieczu (np. : W Anglii wprowadzenie jednostki „stopy” równej odległości od palca do łokcia),

• XVII -XVIII wiek - gwałtowny rozwój nauki,

• problem powtarzalności pomiarów w produkcji (zbyt mała dokładność związana z brakiem jednolitej miary),

• w końcu XVIII wieku wprowadzono we Francji definicję „metra”,

• definicja trzech podstawowych jednostek:

1. długości - metr,

2. masy - kilogram,

3. czasu - sekunda.

Jednostki te dobrze definiują przestrzeń liniową, w której punkty nie obracają się. Gdy przyjmowało się tylko te trzy jednostki dochodziło do absurdów w wielkościach wtórnych (np. wielkości elektryczne były podawane w jednostkach mechanicznych (np. pojemność w centymetrach)),

• do przestrzeni obrotowej wprowadzono kąt obrotu - radian,

• do chemii wprowadzono jednostkę ilości energii - mol, w przestrzeni elektrycznej wprowadzono jednostkę natężenia prądu - amper.

Definicje i okreslenia podstawowe

SYGNAŁ - cecha określonej wielkości fizycznej. Przedstawiający według przyjętej umowy informację (wg. Sposobu np. kodowania).

• przebieg x(t) w czasie dowolnej wielkości fizycznej będącej nośnikiem informacji.

Obiekt - jest to wydzielony fragment przestrzeni wraz z zawartą w nim strukturą, elementami i sygnałami.

WIELKOŚĆ FIZYCZNA - (wielkość mierzalna) jest to fizyczna właściwość zjawiska lub ciała, którą można odróżnić jakościowo od innych obiektów i wyznaczyć jakościowo.

Podział na:

• parametry bezwymiarowe (określone wartościami liczbowymi)

• wymiarowe (w jednostkach)

Wielkości:

• ekstensywne (wielkości zależne od wymiaru geometrycznego ciała: np. masa, ciężar)

• intensywne (gęstość ciała, ciężar właściwy)

Wartości:

• wektorowe - wartość, kierunek, zwrot (siły, natężenie pola)

• skalarne - (temperatura, ciśnienie)

POMIAR - działanie polegające na wyznaczeniu miary wielkości według określonej skali pomiarowej.

• rozpatrywany jest jako proces otrzymywania i przetwarzania sygnałów zawierających informacje o mierzonej wielkości w celu otrzymania wyniku ilościowego. Wynik ilościowy uzyskać można przez porównanie sygnału z jednostką miry.

• proces porównawczy polegający na porównaniu wielkości mierzonej za pomocą doświadczenia fizycznego z pewną jej wartością obraną za jednostkę.

SZUM - sygnał nie niosący informacji lub niosący informację bezużyteczną.

KANAŁ - droga przesyłania informacji. W kanale informacje są przenoszone za pomocą sygnałów.

Jednostki miar, układ SI

JEDNOSTKI MIARY:

NAZWA	SYMBOL	MNOŻNIK
Eksa	E	10^18 = 1 000 000 000 000 000 000
Peta	P	10^15 = 1 000 000 000 000 000
Tera	T	10^12 = 1 000 000 000 000
Giga	G	10^9 = 1 000 000 000
Mega	M	10^6 = 1 000 000
Kilo	K	10^3 = 1 000
Hekto	H	10^2 = 100
Deka	da	10^1 = 10
Decy	d	10^-1 = 0,1
Centy	c	10^-2 = 0,01
Mili	m	10^-3 = 0,001
Mikro	μ	10^-6 = 0,000 001
Nano	n	10^-9 = 0,000 000 001
Piko	p	10^-12 = 0,000 000 000 001
Femto	f	10^-15 = 0,000 000 000 000 001
atto	a	10^-18 = 0,000 000 000 000 000 001

UKŁAD SI:

METR - [m] - długość odpowiadająca wielokrotności 1650763.73 długości fali w próżni promieniowania odpowiadające przejściu pomiędzy dwoma poziomami (wzbudzenia) atomu kryptonu 36Kr z poziomu 2 na 5. (1metr - 0,0000001 południka ziemskiego)

- jest do droga, jaką przebywa światło w próżni w czasie 1/ 299792458 sekundy.

KILOGRAM - [kg] - masa 1 dm³ wody w temperaturze 4^oC = 277,2^oK. (punkt potrójny wody). Wzorzec - przechowywany w Międzynarodowym Biurze Miar w Sevres pod Paryżem. Wykonany jest ze stopu platynoirydowego i ma kształt walca o średnicy i wysokości 39mm.

SEKUNDA - [s] - czas trwania 9 192 631 770 okresów promieniowania, odpowiadające przejściu między dwoma niesubtelnymi poziomami stanu podstawowego atomu cezu 133Cs.

AMPER - [A] - natężenie prądu płynącego w dwóch równoległych nieskończenie długich i cienkich przewodach umieszczonych w próżni oddalonymi od siebie o 1m wywołujących siłę oddziaływania równą 2*10^-7N na metr długości przewodu.

KELWIN - [k] - 1 / 273,16 część temperatury termodynamicznego punktu potrójnego wody.

KANDELA - [cd] - światłość jaką ma w kierunku prostopadłym 1 / 600 m² powierzchni ciała doskonale czarnego promieniującego w temperaturze krzepnięcia platyny pod ciśnieniem 101,325 N/m².

RADIAN - [rad] - kąt płaski zawarty między dwoma promieniami kąta wycinającego łuk równy promieniowi kąta. (1rad = 57,29578^o)

STERADIAN - [sr] - wierzchołek w środku kuli i wycinający z jej powierzchni część mającą pole powierzchni równą kwadratowi promieniowania kuli.

MOL (liczność materii) - [n] - liczba cząsteczek lub atomów zawarta w substancji równa liczbie atomów zawartych w 0,012 kg węgla (izotopu C₁₂). 12g - gramocząsteczka

Wzorce

Ogólna struktura wzorców:

• wzorce (etalony) międzynarodowe (największa dokładność);

• wzorce krajowe;

• wzorce wtórne (np. zakładowe; branżowe, obsługujące daną gałąź przemysłu;

• wzorce użytkownika (biorą bezpośredni udział e procesie pomiarowym);

Etalonami nazywamy wzorce miar o najlepszych właściwościach metrologicznych (wykonane z największą dokładnością i uznane urzędowo), wykorzystywane są one tylko do przekazywania jednostki miary innym wzorcom.

Uwierzytelnienie i legalizację wzorców dokonuje się przez porównanie danego wzorca z wzorcem stojącym wyżej w hierarchii.

Wzorcami liczalnymi nazywamy wzorce, dla których wartość odtwarzalną można określić na podstawie wymiarów geometrycznych i stałych fizycznych (np. wzorce pojemności).

WZORZEC NAPIĘCIA

Jako wzorzec siły elektromotorycznej stosujemy nasycone ogniwo kadmowe, tzw. ogniwo wzorcowe, którego siła elektromotoryczna nieco większa od jednego wolta wykazuje bardzo dużą stałość w czasie.

Ogniwo wzorcowe umieszczone jest w szklanym naczyniu o kształcie litery H. W szkle zatopione są dwa druciki platynowe połączone biegunami ogniwa. Biegunem dodatnim jest rtęć (Hg), a biegun ujemny stanowi amalgamat kadmu (10...12,5%Cu i 90...87,5%Hg). Nad amalgamatem kadmu umieszczone są kryształy siarczanu kadmu (CdSO₄ + 8/3H₂0 ), a nad rtęcią - pasta będąca depolaryzatorem. Pasta jest mieszaniną siarczanu rtęci (HgSO₄) i kryształów siarczanu kadmu. Ogniwo wypełnione jest elektrolitem - wodnym roztworem siarczanu kadmu. Roztwór jest stale nasycony, ponieważ kryształy siarczanu kadmu znajdują się w obu ramionach naczynia rozpuszczają się w miarę podnoszenia się temperatury ogniwa. Oporność wewnętrzna prawidłowo wykonanych ogniw wzorcowych zawiera się w granicach od 500 do 1000Ω. Przepuszczenie zbyt dużego prądu lub przepuszczenie prądu niewielkiego, ale w ciągu zbyt długiego czasu powoduje polaryzację ogniwa i spadek jego siły elektromotorycznej. Po upływie pewnego czasu ogniwo depolaryzuje się i znowu nadaje się do użytku. Siła elektromotoryczna ogniwa wzorcowego zależy od jego temperatury. Ze wzrostem temperatury siła elektromotoryczna powiększa si. Temperatura ogniwa, ze względu na bardzo mały prąd, który przez ogniwo wolno przepuszczać, zależy od temperatury otoczenia. Siła elektromotoryczna ognia wyznaczana jest w temperaturze 20^oC. Siłę elektromotoryczną inną niż 20^oC można obliczyć za pomocą wzoru:

przy czym:

E_t - s.em. ogniwa w temperaturze t^oC,

E₂₀ - s.em. ogniwa w temperaturze 20^oC.

Z ogniw wzorcowych można korzystać w temperaturze otoczenia od 4 do 40^oC.

Opisanego powyżej ogniwa wzorcowego nie należy utożsamiać z ogniwem kadmowym Westona. Elektrolit ogniwa Westona jest nienasycony w temperaturach powyżej 4^oC. (Stąd też często używana nazwa - ogniwo wzorcowe nienasycone)

Stałość siły elektromotorycznej ogniwa Westona jest znacznie mniejsza niż ogniw wzorcowych. S.em. ogniwa Westona wynosi od 1,0187 do 1,0196 V, a dopuszczalna zmiana s.em. w ciągu roku 300μV. Zaletą ogniwa Westona jest bardzo mały współczynnik temperaturowy. Przy temperaturze od +10^oC do +40^oC siła elektromotoryczna ogniwa zmienia się ok. 10μV na 1^oC. Ogniwo Westona nadaje się więc dobrze do pracy w urządzeniach narażonych na gwałtowne zmiany temperatury otoczenia. Oporność ogniwa Westaona wynosi ok. 300Ω.

WZORZEC REZYSTANCJI

Wzorcami oporności są bardzo starannie wykonane i dokładnie wywzorcowane oporniki nawinięte drutem lub taśmą z materiału oporowego. Materiały oporowe używane na wzorce powinny wykazywać następujące właściwości:

• dużą oporność właściwą,

• bardzo mały współczynnik temperatury oporności,

• znakomitą siłę termoelektryczną w połączeniu z miedzią i stopami miedzi,

• dużą odporność mechaniczną,

• dużą wytrzymałość cieplną.

Wymagania te spełnia dobrze manganin, stop miedzi z manganem i niklem (84%Cu, 12%Mn, 4%Ni).

Wzorce oporności wykonuje się w postaci oddzielonych oporników, tzw. oporników wzorcowych, oraz jako zestawy opornikowe.

Opornik wzorcowy - przewód manganinowy w podwójnej izolacji jedwabnej nawinięty jest na korpus z blachy mosiężnej. Przewód jest dodatkowo odizolowany od korpusu kilku warstwami cienkiego materiału jedwabnego. Po impregnacji uzwojenia nakłada się na korpus mosiężną obudowę. Końce uzwojenia opornika przylutowane są srebrnym lutowiem do miedzianych prętów, które są zakończone dwoma zaciskami : prądowym i napięciowym. Niektóre oporniki wzorcowe mają końce prętów zagięte ku dołowi i pozbawione zacisków prądowych i napięciowych. W obwód prądu włącza się opornik za pomocą zanurzenia zagiętych końców do miseczek z rtęcią; zapewnia to znikomo małą oporność styków. Oporniki wzorcowe wykonuje się o oporności znamionowej: 0,001; 0,01; 0,1; 10; 100; 1000; 10 000 lub 100 000 Ω. Odchylenie oporności opornika wzorcowego od wartości znamionowej nie przekracza 0,02% z wyjątkiem oporników 0,001 i 0,001 Ω, dla których odchylenie wynosi ok. 0,1%.

Zestawy opornikowe - składają się z pewnej liczby oporników umieszczonych we wspólnej skrzynce. Zmiany oporności zestawu dokonuje się włączając lub wyłączając poszczególne oporniki za pomocą przełączników kołkowych albo korbkowych. Stąd podział na zestawy kołkowe i korbkowe.

WZORZEC POJEMNOŚCI

Wzorcami pojemności są kondensatory powietrzne o prostych kształtach geometrycznych elektrod, umożliwiających bardzo dokładne obliczenie pojemności. Wzorce użytkowe (wtórne) wykonane są najczęściej jako powietrzne lub mikowe. Pojemność znamionową tych wzorców określa się z uchybem rzędu 0,001% dla prądu stałego i zmiennego o częstotliwości do 1000Hz. Wartość pojemności podawana jest dal temperatury otoczenia 20^oC.

Kondensatory powietrzne stanowiące wzorce użytkowe mają zwykle większą liczbę elektrod w postaci płaskich okrągłych płyt z magnalium (stopu magnezu i aluminium). Płyty ustawione są równolegle jedna nad drugą w niewielkiej odległości od siebie (ok. 2mm) i dołączone na przemian do dwóch zacisków. Zachowanie właściwych odstępów między płytami zapewniają podkładki z bursztynu, materiału izolacyjnego o bardzo dużej oporności właściwej (e > 10¹⁸Ω cm).

Wzorce powietrzne wykonane są również jako kondensatory z zmiennej pojemności (wzorce nastawne). Dla ochrony przed wpływami obcych pól elektrycznych kondensatory powietrzne umieszcza się w metalowych obudowach, stanowiących jednocześnie ekrany elektrostatyczne. Z ekranem połączony jest zacisk O. Jeżeli zacisk ten połączyć z zaciskiem I, to pojemność wzorca (pojemność między zaciskami I oraz II) równa jest:

C = C₁₂ + C₂₀

C₁₂ - pojemność między elektrodami kondensatora,

C₂₀ - pojemność elektrod względem obudowy.

Przy połączeniu zacisku O z zaciskiem II pojemność wzorca wynosi:

C = C₁₂ + C₁₀

C₁₀ - pojemność elektrod względem obudowy.

Pojemności C₁₀ i C₂₀ podane są na tabliczce znamionowej wzorca.

Pojemność znamionowa wzorców powietrznych nienastawnych zawiera się w granicach od 10 do 100 000 pF. Najwyższe dopuszczalne napięcie pracy tych wzorców nie przekracza 5 kV. Wzorce powietrzna nastawne budowane są o pojemności do 3000 pF z regulacją od 10 do 100% wartości znamionowej.

Kondensatory wzorcowe mikowe mają stosunkowo niewielkie wymiary dzięki dużej przenikalności dielektrycznej względnej miki równej 4÷8 oraz dużej wytrzymałości na przebicie (60 kV/mm). Kondensatory te wykonane są w postaci słupka złożonego z pasków folii miedzianej lub cynowej przedzielonych paskami miki. Paski z folii są elektrodami. Całość jest impregnowana parafiną i umieszczona w szczelnej obudowie.

Wzorce mikowe buduje się o pojemności do 1 μF na napięcia pracy nie przekraczające 1 kV. Pojemność ich określa się z taką samą dokładnością jak pojemność wzorców powietrznych. Stałość pojemności wzorców mikowych jest duża. Pojemność zmienia się nie więcej niż 0,01 do 0,02% rocznie.

WZORZEC INDUKCYJNOŚĆI

Wzorce wtórne (użytkowe) indukcyjności własnej są to cewki nawinięte wielowarstwowe na korpusach marmurowych lub porcelanowych przewodem skręconym z wielu cienkich drutów izolowanych emalią. Poszczególne warstwy przekładane są papierem izolacyjnym. Gotową cewkę impregnuje się w próżni parafiną.

Wzorce wtórne (użytkowe) indukcyjności wzajemnej nawija się najczęściej podobnie jak i wzorce indukcyjności własnej, ale dwoma przewodami jednocześnie. Istnieją również wzorce, przy których oba uzwojenia umieszczone są w oddzielnych przegrodach wspólnego korpusu. Indukcyjność wzajemną mierzy się między uzwojeniami.

Wzorce indukcyjności budowane są dla wartości własnej od 0,1 mH do 1 H i dla wartości indukcyjności wzajemnej od 1 mH do 0,1 H. Odchylenia indukcyjności od wartości znamionowej wynoszą ok.. 0,001% przy 20^oC, przy prądzie stałym. Z wzorców można korzystać również i przy prądzie zmiennym o częstotliwości nie przekraczającej 10⁴ Hz.

Prócz wzorców o stałej wartości indukcyjności spotyka się również wzorce o wartości zmiennej. Do takich wzorców należy tzw. „wariometr”. Składa się on z dwóch krągłych cewek: stałej i ruchomej. Cewka ruchoma, umieszczona wewnątrz cewki stałej, daje się obracać dookoła osi. Wartość indukcyjności wzajemnej obu cewek zmienia się w zależności od kąta, pod którym przecinają się płaszczyzny cewek. Przy prostopadłym położeniu płaszczyzn cewek względem siebie indukcyjność wzajemna równa się zeru. Jeżeli natomiast kąt przecięcia się cewek jest większy niż 90^o, to indukcyjność wzajemna zmienia znak. Przy szeregowym włączeniu obu cewek można zmieniać indukcyjność wypadkową w zakresie

od

do

przy czym:

L_S, L_R - indukcyjności własne cewki stałej i cewki ruchomej,

M_SR - indukcyjność wzajemna cewki.

Z wariometru można też korzystać jako z wzorca indukcyjności wzajemnej.

Algorytm pomiaru

ALGORYTM POMIARU - czynności, które należy przeprowadzić przy pomiarze.

1. Przygotowanie pomiaru:

• wybór metody pomiaru

• wybór przyrządu pomiarowego i wzorca

• opracowanie układu pomiarowego i określenie warunku pomiaru

• montaż i kontrola układu pomiarowego

2. Pomiar właściwy:

• wybór wielkości mierzonej i sposobu pomiaru

• wybór zakresu pomiaru

• porównanie wielkości mierzonej z wzorcem

• odczyt wyniku pomiaru

• rejestracja wyniku porównania

3. Opracowanie wyników pomiaru i czynności końcowe

• obróbka matematyczna wyników pomiaru

• oszacowanie lub określenie dokładności i wiarygodności pomiaru

• interpretacja wyników pomiaru

• opracowanie dokumentacji pomiarowej

• demontaż pomiarowy

ZASADY WYKONANIA DOKUMENTACJI POMIAROWEJ

Dokumentacja pomiaru składa się z :

• protokołu pomiarowego (wykonywanego podczas dokonywania pomiaru)

• raportu

Protokół pomiarowy:

W trakcie dokonywania pomiaru wykonujemy dokumentację. Protokół wykonujemy w trakcie dokonywania ćwiczenia, musi być wykonany, aby była odtworzona droga wykonywania ćwiczenia. Wyniki pomiarowe wykonujemy bezpośrednio bez obróbek (nie należy ich przepisywać zamazywać i skreślać). Jeżeli zdarzy się nam zrobić błąd to skreślamy go jedną linią, piszemy z boku wartość poprawną podpisując z boku wynik. Protokół powinien być prowadzony bardzo starannie.

Podstawowe informacje, które powinien zawierać protokół:

1. Dane osób które przeprowadzały badania

2. Co jest przedmiotem badań i jaki jest ich cel

3. Informacje na temat danych wejściowych i aparatury(opis wielkości pomiarowych i danych technicznych przyrządów

4. Wykaz aparatury pomiarowej, z podaniem cech pozwalających ich identyfikację

5. Teoretyczne dane potrzebne do przeprowadzenia ćwiczenia

6. Schemat układu pomiarowego

7. Krótki opis czynności związanych z przygotowaniem i realizacją pomiarów

8. Wyniki pomiarowe, tabele

• Jednostki

• Wyniki pojedyncze opisujemy komentarzem

9. Wykresy wykonywać tylko te które są potrzebne

10. Wyniki ostateczne

11. Krótkie omówienie wyników pomiarów (wnioski i uwagi)

Raport pomiarowy:

Wykonuje się na podstawie protokółu pomiarowego. Wyniki zapisujemy z dokładnością na jaką to pozwala przyrząd. Obliczenia przeprowadzamy z dokładnością nie większą niż pozwalają na to dane wejściowe. Po wykonaniu obliczeń uzyskane wyniki należy zaokrąglić do takiej liczby cyfr znaczących, aby ona była nie większa od liczby cyfr znaczących jakie występują w wynikach pomiarowych.

Raport zawiera:

1. Opis metody pomiarowej

2. Wyniki doświadczenia

3. Omówienie wyników oparte na analizie błędów

WARUNKI ZNAMIONOWE

WARUNKI ZNAMIONOWE (warunki, w których przyrząd zachowuje się tak jak określił to producent):

• Temperatura otoczenia T=20°C (miernik musi znajdować się co najmniej 2 godziny w temperaturze normalnej).

• Częstotliwość (przy braku oznaczeń wynosi 50Hz).

• Wytrzymałość elektryczna izolacji - 20MΩ.

• Wytrzymałość izolacji na przebicie - 2000V.

• Wytrzymałość na wstrząsy - przyśpieszenie 30 m/s² przez dwie godziny z częstotliwością 80-120 cykli na minutę.

• Przyrząd do 400 A/m musi zachowywać klasę (wpływ pól).

• Przeciążalność przyrządu:

1. krótkoczasowa - możliwe 5-krotne przeciążenie,

2. długoczasowa - 120% nominalnej wartości.

• Rodzaj sygnału (kształt)- przy braku oznaczeń sinusoida.

• Dla watomierzy sprawdzenia dokonuje się przy napięciu znamionowym i gdy cosϕ=1.

• Ustawienie miernika w dowolnej pozycji.

• Uchyby mogą przekroczyć wartość dopuszczalną, gdy miernik pracuje w innych warunkach. Ze zmianą temperatury ΔT=10°C, uchyb nie może przekraczać dla danej klasy błędu ±δ_max (powyżej 10°C - przejście do klasy 0 jeden niżej) . Uchyb spowodowany zmianą częstotliwości:
  . Uchyb ustawienia: zmiana położenia ±5° nie może spowodować uchybu większego niż klasa. Przy skalowaniu uchybu należy wyznaczać dla wszystkich ocyfrowanych działek przyrządu. Uchyb odkształceń (sinus)- przez porównanie z sygnałem wzorcowym. Uchyb od pól zakłócających: zależą od konstrukcji miernika. Według polskich norm obce pole zakłócające o natężeniu 400A/m nie powinno powodować zakłóceń.

	Klasa 0,1; 0,2; 0,5	Klasa 1; 1,5; 2,5
Mierniki ekranowane	1,5%	3%
Mierniki inne	3%	6%

Uchyb można wyznaczyć przez porównanie wskazań przyrządu w polu ze wskazaniami poza polem. Miernik w polu sprawdza się dwa razy:

• przy polu zmiennym

• przy polu stałym

Mierników M-E (magnetoelektrycznych- dla prądu stałego) nie sprawdza się dla prądu zmiennego. Aby sprawdzić wyskalowanie miernika najczęściej bada się jego wychylenia w trzech punktach skali: na początku, środku i na końcu, uwzględniając najkorzystniejszy wpływ oddziałującego pola.

Wyznaczanie pola magnetycznego:

Pole elektryczne i magnetyczne:

-dla pojedynczego przewodu kołowego, gdy cewka posiada „z” zwojów:
.

Wytrzymałość elektryczna mierników i przyrządów pomiarowych:

1. Minimalny opór izolacji między obudową, a elementami pod napięciem to 20MΩ dla f=50Hz i napięcia probierczego 250V oraz czasu wymuszania t=1 minuta.

2. Napięcie izolacji na przebicia sprawdzane przy 2kV.

Przeciążalność przyrządów pomiarowych:

1. Długotrwała

2. Krótkotrwała

Dla klas 0,1; 0,2; 0,5 przeciążalność krótkotrwała (wytrzymałość przyrządu na pięciokrotne krótkotrwałe przeciążenie dwukrotnym prądem znamionowym). Długotrwałe przeciążenie- przekracza się przez okres, co najmniej dwóch godzin znamionowe wskazanie 120% wartości maksymalnej.

Tłumienie przyrządów pomiarowych:

Czas uspokojenia się przyrządu, który został w chwili początkowej pobudzony sygnałem o postaci uskoku jednostkowego:

W przypadku wykonania pomiaru między 1/3, a 2/3 wskazaniami skali. Czas powinien wynosić od 4 do 6s.

Odporność na wstrząsy:

Zależy od konstrukcji materiału z jakiego wykonany jest przyrząd. Powinien on wytrzymać wstrząs wywołany a=30 m/s² przy amplitudzie A=80-120 mm, przy f=0,1-10 Hz przez co najmniej 2 godz.

Typowe parametry transportowe:

• a=30 m/s² spafek z wysokości 0,5 m. na twarde podłoże.

Podstawowe dane na miernikach:

1. nazwa wytwórcy

2. numer fabryczny

3. rok produkcji

4. oznaczenie wielkości jednostki mierzalnej

5. symbol ustroju pomiarowego

6. klasa dokładności

7. symbol rodzaju prądu

8. częstotliwość znamionowa pracy

9. oznaczenie napięcia probierczego

10. temperatura pracy

11. wilgotność

12. wielkość i rodzaje skal

13. przekładnia

Osłony

1. przed zakłóceniem

2. wodoszczelna (hermetyczna)

3. gazoszczelna (hermetyczna)

4. pyłoszczelna (wyposażona w filtry)

5. mikrobiologiczna

KLASA PRZYRZADU, BŁAD PODSTAWOWY

Błąd podstawowy wskazań przyrządu wynika z niedokładności wykonania jego elementów składowych w procesie wytwórczym. Niedokładności te mają charakter przypadkowy, stąd błędy wskazań noszą ten sam charakter. Mają one różne wartości dla poszczególnych punktów podziałki i dla różnych egzemplarzy przyrządów danej serii. Określenie tych indywidualnych błędów byłoby zbyt kosztowne, dlatego producent określa dla całej serii przyrządów największy możliwy błąd wskazań, którego z wysokim prawdopodobieństwem (wynosi ono 0,9973) nie przekroczy błąd wskazań żadnego egzemplarza w żadnym punkcie podziałki. Ten największy błąd bezwzględny Δ_max = 3σ nazywamy błędem trzysigmowym wskazań. Producent odnosi go do zakresu pomiarowego przyrządu Z_p , otrzymując względny błąd maksymalny wskazań δ_max ,

(1)

Następnie nadaje całej serii wyprodukowanych przyrządów wspólną klasę dokładności k wybierając spośród ośmiu znormalizowanych wartości najmniejszą, która spełnia nierówność:

Użytkownik natomiast posługuje się następującą definicją klasy dokładności:

(2)

Klasa dokładności dana powyższą zależnością jest tylko pewnym wskaźnikiem dokładności przyrządu wskazówkowego. Jest to błąd wskazań, z którym mierzona jest wartość wielkości mierzonej w szczególnym przypadku, gdy wskazówka przyrządu odchyla się do końca zakresu pomiarowego. We wszystkich pozostałych przypadkach należy odnieść błąd |Δ_max| do wartości W wskazywanej właśnie przez przyrząd, obliczając względny błąd wskazań:

(3)

Praktyczny wzór na obliczanie względnego błędu wskazań przyrządu wskazówkowego:

(4)

gdzie:

k - klasa dokładności przyrządu

Z_p - jego zakres pomiarowy

W - wskazanie przyrządu w chwili pomiaru

Z wyrażenia (4) widać, że przy zmniejszaniu się wskazania W do zera, błąd dąży hiperbolicznie do nieskończoności, Wynika stąd ważne zalecenie, by pomiar przeprowadzać przy możliwie jak największym odchyleniu wskazówki przyrządu.

RODZAJE BŁEDÓW POMIAROWYCH

Istnieje bardzo wiele kryteriów podziału błędów pomiarowych. Błędy (między innymi) dzielimy na:

1. systematyczne, przypadkowe, grube.

2. błędy przyrządów pomiarowych:

1. błąd podstawowy przyrządu

2. błąd dodatkowy przyrządu

3. błąd wskazań przyrządu

4. błąd odczytu przyrządu

5. błąd bezpośredni

6. błąd pośredni

7. błędy resztkowe

8. niepoprawność i niepewność wyniku pomiaru

9. błąd pozorny

10. błąd rzeczywisty

11. błąd sprawdzony

Po to, aby przyrząd pomiarowy mógł być traktowany jako przetwornik informacji musi spełniać pewne warunki:

1. wielkość mierzona: błąd przetwornika mogą przyjmować nieznane wielkości. W takim przypadku przyjmujemy je jako wielkości przypadkowe (obowiązują wówczas prawa prawdopodobieństwa) przy założeniu, że rozkład błędów jest stały w czasie (przebieg stacjonarny)

2. przyjmuje się, że wyniki pomiarów są niezależne od siebie wartości błędów pośrednich. Przyjmuje się, że są one niezależne od wartości mierzonego parametru i są addytywne w stosunku do niego (dają się sumować).

BŁEDY POMIAROWE

Chcąc zmierzyć pewną wielkość q_R ze zbioru Q musimy dokonać pomiaru. W rezultacie otrzymujemy jakiś wynik pomiaru i uzyskamy pewną wielkość q_M

q_R- wielkość rzeczywista (którą mierzymy),

q_M- wielkość pozorna (uzyskana w wyniku pomiaru).

Różnicą tych wielkości : D(q)=q_M-q_R

nazywamy błędem bezwzględnym.

BŁĄD BEZWZGLĘDNY POMIARU - jest to różnica D(q) między wartością q_M otrzymaną w wyniku pomiaru, a wartością rzeczywistą q_R wielkości mierzonej.

Uchyb względny wzięty ze znakiem przeciwnym nazywa się poprawką:

P(q)=q_R-q_M=-D(q)

Aby otrzymać wartość rzeczywistą wielkości mierzonej należy dodać poprawkę do wartości otrzymanej w wyniku pomiaru:

q_R=q_M+p(q)

BŁĄD POMIARU - jest to niezgodność między wynikiem pomiaru a wartością rzeczywistą. (Wyniki pomiaru mają skończoną dokładność).

Błąd bezwzględny ma znaczenie teoretyczne, ponieważ nie znamy (z definicji) wartości wielkości rzeczywistej. Uwzględniając poprawkę możemy poprawić dokładność otrzymanego w procesie pomiaru wyniku.

BŁĄD WZGLĘDNY - jest stosunkiem błędu bezwzględnego do wartości wielkości mierzonej. Charakteryzuje on dokładność pomiaru.

Uchyb względy pomiaru podaje się często w procentach wartości rzeczywistej wielkości mierzonej:

Gdy nie znamy q_R stosujemy wartości zastępcze (przybliżone), np. średni wynik pomiarów, średnią arytmetyczną.

Błąd bezwzględny, jako liczbowa miara jakości pomiaru, często jest niedogodny w użyciu, np. przy porównywaniu jakości pomiaru różnych wielkości. Dlatego też wprowadzono pojęcie błędu względnego.

Błędy dzielimy na bezwzględne i względne z uwagi na liczbową miarę błędu.

Błąd jest miara dokładności pomiaru. Pomiar jest tym dokładniejszy im błąd jest mniejszy.

Precyzja pomiaru i dokładność pomiaru są to dwa różne określenia.

Dany pomiar, aby mógł być dokładny musi być wykonany precyzyjnie, ale nie każdy precyzyjnie wykonany pomiar jest dokładny.

Dokładność definiuje się jako odwrotność błędu pomiaru.

Błędy również możemy podzielić na podstawie tego, jak zmienia się wartość błędu (wg jakiego prawa) w kolejnych surowych wynikach powtarzanego doświadczenia pomiarowego. Na podstawie tego kryterium utworzono trzy kategorie błędów:

• błędy systematyczne,

• błędy przypadkowe,

• błędy nadmierne (grube).

Powtarzając doświadczenie pomiarowe, otrzymujemy kolejne surowe wyniki pomiaru; tworzą one serię wyników zawierających z zasady nieznane nam błędy. Analiza serii surowych wyników pomiaru jest najważniejszą metodą wykrywania i oszacowania niedokładności. Sposób powtórzenia doświadczenia pomiarowego musi być świadomie wybrany, powinien on umożliwić wykrywanie błędów jednej z wymienionych kategorii.

BŁĘDY SYSTEMATYCZNE

Błędy systematyczne możemy podzielić na:

1. błędy systematyczne stałe,

1. błędy systematyczne zmienne.

Najistotniejsze są błędy zależące od czasu lub od innych lub od innych parametrów zewnętrznych, np. od temperatury. Pojawiają się one, gdy nie możemy dokładnie zapewnić (kontrolować) warunków pracy.

Są to takie błędy, których pochodzenie jest znane mierzącemu. Błędy te mogą mięć wartość stałą lub też zmieniającą się wg określonego prawa. Obecność błędów systematycznych może być wykryta doświadczalnie. Wpływ błędów systematycznych na wynik pomiaru daje się wyeliminować przez specjalne podejście do pomiaru, lub też przez określenie wartości błędów za pomocą doświadczenia i uwzględnienia tych wartości w trakcie matematycznego opracowywania wyniku.

Przykłady błędów systematycznych:

• błędy przy wykonywaniu wzorców polegające na nieprawidłowym wywzorcowaniu,

• błędy mierników wskutek nieprawidłowego wykonania podziałki,

• błędy spowodowane zmianą warunków pomiaru ,(np. wpływem zmian temperatury).

Ilość czynników wywołujących błąd systematyczny jest niewielka. Czynniki te dają się zlokalizować (określić, przez co możemy je eliminować).

Istnieje możliwość usunięcia błędu systematycznego z wyników pomiaru przy pomocy odpowiednich poprawek, które można wyznaczyć teoretycznie lub doświadczalnie.

Jeśli przy powtarzaniu doświadczenia pomiarowego układ warunków fizycznych doświadczenia odtwarzamy używając takich samych wg naszej wiedzy, lecz fizycznie innych środków (np. innego egzemplarza przyrządu) lub mierzymy innym - wg naszej wiedzy równoważnym sposobem, to w wynikach pomiaru mogą się ujawnić błędy systematyczne. Stosowanie równoważnych środków ma na cele ujawnienie naszej niewiedzy o czynnikach i dostarcza danych co do wpływu tych czynników na wynik pomiaru. W ten sposób ujawnia się rozbieżność między przyjętymi przez założeniami co do zachowania się np. narzędzi pomiarowych, a w rzeczywistym ich zachowaniu się.

Powtórzenie doświadczenia pomiarowego w celu ujawnienia błędu systematycznego jest zawsze sprawdzeniem przypuszczenia, że dany czynnik doświadczenia (warunki fizyczne, miejsce pomiaru itp.) wpływa na wynik tj. sprawia, że wynik jest inny niż powinien być. Wyniki powtórzonego doświadczenia potwierdzają lub sugerują odrzucenie przypuszczenia.

BŁĘDY PRZYPADKOWE

Błędy przypadkowe są to błędy, których pochodzenie i wartość nie są znane mierzącemu.

Obecność błędów przypadkowych dostrzega się otrzymując przy wielokrotnym powtórzeniu pomiaru odczyty różniące się między sobą ostatnimi znaczącymi liczbami. Błędy przypadkowe występują tym wyraźniej im czulsza jest metoda pomiarowa.

Uchyby przypadkowe, nieokreślone co do wartości mogą być wyeliminowane na drodze doświadczalnej.

Posługując się teorią prawdopodobieństwa i metodami statystyki matematycznej można określić wpływ tych błędów na wynik pomiarów.

Na błąd przypadkowy składa się bardzo wiele przyczyn.

Powtarzanie doświadczenia pomiarowego, przy zachowaniu możliwie takiego samego podstawowego układu warunków, prowadzi do serii wyników, w której ujawniają się błędy przypadkowe. Praktycznie oznacza to powtórzenie przez tego samego obserwatora doświadczenia pomiarowego w bardzo krótkich odstępach czasu przy użyciu tych samych przyrządów i wg naszej wiedzy w niezmienionych warunkach.

Błędu przypadkowego nie można usuwać za pomocą poprawek. Trzeba stosować zależności wynikające z rachunku prawdopodobieństwa.

Błędy przypadkowe w wyniku działania wielu czynników, których skutki działania są tak nieznaczne, że nie można ich ujawnić i uwzględniać w wynikach pomiarów (przy danym poziomie techniki i dokładności pomiarów). Błąd przypadkowy można rozpatrywać jako sumaryczny efekt działania takich czynników.

Błędy przypadkowe są nie do usunięcia, nie można ich wykluczyć z żadnego wyniku pomiaru.

Za pomocą metod rachunku prawdopodobieństwa można tylko uwzględnić ich wpływ na ocenę wartości rzeczywistej mierzonej wielkości, a więc określić wartość mierzonej wielkości ze znacznie mniejszym błędem niż błędy poszczególnych pomiarów. Uwzględnienie wpływu błędów przypadkowych jest oparte na znajomości prawa ich rozkładu.

Błędy przypadkowe i systematyczne w doświadczeniu pomiarowym występują łącznie, nakładają się. Analiza błędów jest złożona. Błędy przypadkowe są interpretowane jako zdarzenia losowe. Błędy systematyczne muszą być badane indywidualnie. Nie dają się wykryć, błędy systematyczny traktuje się jako przypadkowe.

Błąd systematyczny, np. jeśli po dokonaniu pomiarów stwierdzono niepoprawną regulację przyrządu, która spowodowała przesunięcie początku odczytu, to wszystkie wskazania przyrządu będą przesunięte po pewną wielkość.

Generator kwarcowy jako wzorzec czasu.

Nie istnieje idealny wzorzec czasu. Występują tam zarówno błędy systematyczne jak i przypadkowe. Błąd przypadkowy jest mały w porównaniu z błędem systematycznym.

BŁĄD GRUBY (OMYŁKA)

Omyłki są to bardzo duże błędy, zniekształcające w sposób rażący wynik pomiaru. Omyłki spowodowane są zwykle przez nieuwagę, niedbalstwo lub nieumiejętność obserwatora.

Przy matematycznym opracowaniu wyników pomiaru należy odrzucić odczyty obarczone błędami grubymi.

Zewnętrzną cechą wyniku zawierającego duży błąd jest to, że różni się on znacznie od wyników pozostałych pomiarów.

Czynniki powodujące powstawanie błędów pomiarowych są dwojakiego rodzaju:

1. czynniki powodujące powstawanie błędów przypadkowych - czynniki zdeterminowane (błędy przypadkowe nazywane są też błędami zdeterminowanymi),

1. czynniki niezdeterminowane - czynniki powodujące powstawanie błędów systematycznych

Metody losowe są równoważne z deterministycznymi (przy rozwiązywaniu zagadnień);np. możliwość określania dowolnej funkcji matematycznej, całkowania, itp.

np. Zagadnienie Ruffona - wyznaczanie wartości p

KLASYFIKACJA BŁĘDÓW ZE WZGLĘDU NA ŹRÓDŁA ICH POWSTAWANIA

Na wynik pomiaru mają wpływ błędy pojawiające się na całym torze pomiarowym.

Na obserwatora również mogą wpływać pewne zakłócenia.

Rodzaje błędów:

1. błędy powodowane przez przyrządy pomiarowe,

1. błędy powodowane przez metody pomiarowe,

2. błędy powodowane przez obserwatora,

3. błędy powodowane przez obliczenia (przetwarzanie wyników pomiarów),

4. błędy powodowane przez wpływy otoczenia.

Ad.1:

Oddziaływanie przyrządu na obiekt badany przejawia się w naruszeniu (zmianie) równowagi energetycznej obiektu. Na przykład: mierząc prędkość silnika za pomocą tachometru, obciążamy go dodatkowo momentem oporowym tachometru; mierząc temperaturę powierzchni termometrem kontaktowym, zmieniamy warunki chłodzenia tej powierzchni; mierząc amperomierzem natężenie prądu w obwodzie, zmieniamy rozpływ prądu (rezystancja amperomierza nie jest równa zeru).

W każdym z tych przypadków zmienia się mierzona wielkość.

Błędy powodowane przez przyrządy pomiarowe związane są z parametrami tych przyrządów np.:

- zmiana rezystancji wewnętrznej woltomierza,

- nieliniowość charakterystyk,

- złe wyskalowanie,

- złe wzorcowanie,

- wpływ czynników zewnętrznych, np. temperatury.

Przyrząd może wprowadzić błędy gdy np. temperatura przyrządu jest inna niż znamionowa, ustawienie przyrządu jest niezgodne z instrukcją, itp.

Systematyczne błędy podstawowe przyrządów zawarte są w granicach niedokładności podanej dla przyrządu.

Ad.2:

Błąd ten zależy od wybranej metody pomiarowej. Różne metody pomiaru tej samej wielkości mogą powodować różne błędy.

Ad.3:

Błędy te są związane z ograniczoną dokładnością zmysłów ludzkich. Zależą one m.in. od:

-) odporności psychicznej,

-) braku doświadczenia,

-) nadmiernej rutyny,

-)nawyków, skłonności obserwatora.

Ad.5:

Błąd może być powodowany przez zmiany:

-) temperatury,

-) ciśnienia,

-) wilgotności,

-) zewnętrznych pól zakłócających.

SPOSOBY OGRANICZANIA I KORYGOWANIA BŁĘDÓW

1. oddziaływanie czynników zewnętrznych ograniczających powstawanie błędów, np.: ekranowanie, ścisła kontrola temperatury, usuwanie źródeł pól zewnętrznych (szczególnie przy pomiarach małych wielkości),

1. kompensowanie błędów:

Najczęściej polega na wyznaczaniu błędów systematycznych:

-) metody manualne (ręczne)

-) metody automatyczne

-) metody elektryczne

-) metody mechaniczne

Przyczyny powstawania błędów systematycznych można usunąć, np. eliminacja wpływu temperatury.

3. korygowanie wyników pomiarów:

np. wykonujemy pomiar, znamy charakterystykę przyrządu i z niej wprowadzamy poprawki.

Ad. b):

np. metoda zmiany znaku

Znajduje ona zastosowanie wtedy, gdy błąd systematyczny ma wartość stałą. W celu eliminacji błędu dąży się do tego, aby błąd połowy odczytów miał znak dodatni, a drugiej połowy - ujemny. Metodę tą można wyjaśnić na przykładzie miernika prądu stałego, którego wskazania obciążone są błędem wskutek działania pola magnetycznego ziemskiego. Wartość błędu i jego znak zależą od ustawienia miernika względem tego pola. Po odwróceniu miernika o 180^O w płaszczyźnie poziomej wartość absolutna błędu zmienia się na odwrotny.

Jeżeli połowa odczytów (przy zmienionej wartości mierzonej ) zostanie dokonana po odwróceniu miernika, to wartość średnia wszystkich odczytów będzie wolna od uchybu z pola magnetycznego ziemskiego.

METODY WYKLUCZANIA DUŻYCH BŁĘDÓW

Jeżeli przy dokonywaniu pomiarów wynik, który otrzymamy odbiega dość znacznie od pozostałych wyników serii pomiarów to możemy przypuszczać, że jest on obarczony błędem grubym.

Przyczyną błędów grubych powstałych w tych samych warunkach mogą być omyłki obserwatora (np. niewłaściwy odczyt) lub rzadkie zjawiska, o których istnieniu możemy się po raz pierwszy dowiedzieć z zaistniałej sytuacji. W przypadku stwierdzenia, że zaistniał błąd gruby należy niezwłocznie sprawdzić, czy nie są zmienione zasadnicze warunki pomiaru.

Gdy jesteśmy w trakcie pomiaru to (aby wyeliminować błąd gruby ) możemy powtórzyć pomiar i w ten sposób sprawdzić prawidłowość otrzymanego wyniku. Zagadnienie celowości wykluczenia jednego „odbiegającego” wyniku rozwiązuje się przez porównanie go z pozostałymi wynikami pomiaru. Stosowane są wtedy różne kryteria, w zależności od tego, czy znany jest średni błąd kwadratowy pomiaru s (zakłada się przy tym, że wszystkie pomiary są wykonane z tą samą dokładnością i niezależnie od siebie). Odchylenie standardowe s można wyznaczyć jedynie, gdy znamy wartość rzeczywista wartości mierzonej, co zdarza się bardzo rzadko.

BŁEDY PRZYRZĄDÓW POMIAROWYCH

1. Statyczne

1. Błąd progu czułości przyrządu pomiarowego. Wynika on stąd, że przyrząd nie jest w stanie reagować na nieskończenie małe wartości przyrostów wartości mierzonej jak i wzorcowej (pomiar przez porównanie z wzorcem w urządzeniach cyfrowych).

2. Błąd źródła wielkości wzorcowej. Spowodowany on jest użyciem elementów o skończonej dokładności.

3. Błąd zakłóceń. Spowodowany jest on istnieniem sygnałów zakłócających.

4. Błąd dyskretyzacji. Jest on określany samym charakterem metody cyfrowej.

Całkowity wypadkowy błąd statyczny jest sumą tych błędów. Pierwsze trzy błędy są to błędy przypadkowe. Błąd dyskretyzacji zależy od konstrukcji przyrządu i doboru metody.

Całkowity błąd przyrządu δ_p.:

Błędy δ_cz, δ_wz oraz δ_sz mają charakter przypadkowy. Ich wartości zależą od konstrukcji przyrządu. Przy produkcji seryjnej danego przyrządu można określić statystyczny rozkład błędu δ_p. Przyrządy cyfrowe można porównać ze względu na ilość rozróżnianych poziomów:

N_o- ilość rozróżnianych poziomów

D- dyspersja (rozproszenie)

gdzie H_o- entropia (wielkość fizyczna związana z prawdopodobieństwem stanu układu. Im prawdopodobieństwo pewnego stanu jest większe, tym większa entropia).

η- współczynnik, który pozwala na określenie sprawności przyrządu pomiarowego; H_o- entropia przyrządu idealnego; H₁- entropia przyrządu rzeczywistego.

2. Błędy dynamiczne.

Związane są z szybkością pomiaru. Na wynik pomiaru wpływa czas pomiaru T_p. oraz szybkość zmian wielkości mierzonej np.

Istnieje P_max , przy której przyrząd będzie wykonywał pomiary (jeszcze) z dokładnością narzuconą przez klasę przyrządu. Jeżeli wielkość mierzona zmienia się z szybkością

, a dokładność przyrządu pomiarowego wynosi δ=1%⇒gdy czas pojedynczego pomiaru wyniesie T_p.=0,01s wówczas wielkość mierzona ulegnie w tym czasie zmianie o 0,01%. W tym przypadku dokonano pomiaru z dokładnością dynamiczną większą od dokładności statycznej. Inaczej będzie, gdy T_p. będzie większe, np. 10s.

Najmniejszy przedział czasowy Δt równy jest stosunkowi minimalnego przyrostu wielkości wzorcowej do maksymalnej szybkości zmian wielkości mierzonej.

Na podstawie szybkości zmian przebiegu mierzonego możemy oszacować czas jaki potrzebny jest na wykonanie pomiaru. Jeżeli szybkość przebiegu ma zbliżony charakter w ciągu całego przebiegu (np. liniowy), wówczas:

Błędy dynamiczne występują wyłącznie przy pomiarze wielkości zmieniających się w czasie. Przy takich pomiarach oprócz błędów dynamicznych występują także wszystkie kategorie błędów, które występowały przy pomiarach statycznych. Błąd dynamiczny wynika z tego, że czas odpowiedzi przyrządów jest skończony. Jeżeli zmiany wielkości mierzonej są względnie szybkie, to powstaje rozbieżność wskazań dla każdej chwili w stosunku do wskazań, które byłyby przy przetwarzaniu wielkości statycznej.

BŁĘDY POJAWIAJĄCE SIĘ MIĘDZY PRZYRZĄDEM A OBSERWATOREM

Są to błędy subiektywne spowodowane przez obserwatora. Błędy obiektywne- błędy, na które obserwator nie ma wpływu (np. błędy spowodowane przez działanie przyrządów pomiarowych). Najistotniejszą przyczyną powstawania błędów subiektywnych jest sposób prezentacji wyników pomiarowych:

1. wskaźniki pomiarowe

2. wskaźniki cyfrowe

Istotnym parametrem w przyrządach pomiarowych jest tzw. czytelność wskaźnika. Zależy ona od wielu czynników:

• Ze wzrostem gęstości podziałki podziałka staje się mniej czytelna. Istnieją pewne, najkorzystniejsze typy skal, przy których błędy odczytu są minimalne.

• Kształt skali pomiarowej:

-liniowa

-łukowa

-okrągła

-wielostanowa

Skala liniowa może być pozioma lub pionowa. Przykładem skali wielostanowej jest skala okienkowa.

W zależności od kształtu podziałki różne są błędy odczytu. Największe błedy odczytu powoduje podziałka liniowa pionowa, a najmniejsze podziałka okienkowa.

• Długość zastosowanej skali (również ma optymalną wartość). Dla przyrządów kl. 0,1 wynosi 250÷300mm; kl. 0,2 wynosi 125÷150mm; kl.0,5 wynosi 50÷60mm. Jest to spowodowane tym, że skala pomiarowa przyrządu o kl. 0,5 będzie miała kilkanaście punktów pomiarowych, a skala przyrządu kl. 0,1 będzie ich miała znacznie więcej (dlatego skala ta jest dłuższa).

• Najkorzystniejszy przypadek odczytu zachodzi, gdy odległość między działkami jest 10-krotnie większa od grubości wskazówki. W przypadku, gdy odległość między działkami jest mniejsza niż 1,5 mm stasuje się specjalne lupy pomiarowe. W takim przypadku błędy odczytu mogą gwałtownie wzrosnąć.

• Kształt liter i symboli na skali. Czytelność nie tylko zależy od rozmiarów ale również od grubości linii jaką są rysowane litery i symbole oraz od stosunku wysokości znaku do jego szerokości. Najczytelniejsze są znaki, których stosunek grubości linii do wysokości wynosi:

lub

oraz stosunek szerokości do wysokości wynosi :

• Oświetlenie skali (najlepiej 70%÷80% światła dziennego)

CZYTELNOŚĆ WSKAŹNIKÓW CYFROWYCH

Czytelność wskaźników cyfrowych zależy od:

1. rodzaju generatora znaków

2. czasu ekspozycji

t_r- czas reakcji; czas ekspozycji;

p- prawdopodobieństwo wystąpienia błędu (p=0,05 1 pomiar na 20 jest błędny)

Błąd odczytu zależy od ilości jednocześnie eksponowanych cyfr (im więcej cyfr tym dłuższy potrzebny jest czas obserwacji i tym więcej występuje błędów).

Czas ekspozycji t_e powinien być dużo dłuższy od czasu reakcji t_r (t_r powinno wynosić od kilku do kilkunastu sekund).

3. Kształt wskaźnika również wpływa na odczyt

Rozdzielczość oka ludzkiego: poniżej pewnego kąta (α_min) dwa punkty zlewają się w jeden:

Typowa wartość wysokości liter wynosi 2,5 mm (przy odległości 0,8÷1m).

Podstawowe parametry mierników (oznaczenia)

1. SYMBOLE OZNACZEŃ TYPU MIERNIKA

1. 
   Magnetoelektryczny o ruchomej cewce:

2. Magnetoelektryczny ilorazowy ruchomych cewkach:

3. 
   
   Magnetoelektryczny o ruchomym magnesie:

4. 
   Magnetyczny ilorazowy o ruchomym magnesie.

5. 
   Elektromagnetyczny:

6. 
   Elektromagnetyczny ilorazowy:

7. 
   Elektromagnetyczny spolaryzowany (o magnesie trałym):

8. 
   Elektrodynamiczny:

9. 
   Elektrodynamiczny ilorazowy:

10. 
    Ferrodynamiczny:

11. 
    Ferrodynamiczny ilorazowy:

2. SYMBOLE PRZETWORNIKÓW POMIAROWYCH

1. Przetwornik termoelektryczny o termoelemencie izolowanym:

2. 
   
   Przetwornik termoelektryczny o termoelemencie nie izolowanym:

3. 
   
   Prostownik półprzewodnikowy:

4. 
   Prostownik mechaniczny:

Urządzenie elektroniczne

3) SYMBOLE KLASY DOKŁADNOŚCI

1. W przypadku, gdy dopuszczalne uchyby podane są w procentach końcowej wartości zakresu pomiarowego:

2. 
   W przypadku, gdy dopuszczalne uchyby podane są w procentach długości podziałki:

3. 
   
   W przypadku, gdy dopuszczalne uchyby podane są w procentach wartości wskazanej:

4) SYMBOLE I RODZAJE PRĄDU I LICZBY USTROJÓW POMIAROWYCH

a) Przyrząd prądu stałego:

1. Przyrząd prądu zmiennego:

2. 
   
   Przyrząd prądu stałego i zmiennego

5) SYMBOLE NAPIĘCIA POBIERCZEGO IZOLACJI

1. Przyrząd sprawdzany napięciem probierczym (np. 2kV): 2kV

2. Przyrząd sprawdzany napięciem probierczym (np. 500V): 500V

3. Przyrząd nie podlegający próbie napięciowej: bez oznaczenia

4. Znak ostrzegawczy dla przyrządów, których dotknięcie może grozić niebezpieczeństwem porażenia; kształt i barwa strzałki wg PN-53/E-08500

6) SYMBOLE EKRANOWANIA.

1. Magnetyczne:

2. 
   
   Elektrostatyczne:

MIERNIKI

MIERNIKI ELEKTRODYNAMICZNY I FERRODYNAMICZNY

Przetworniki elektrodynamiczny i ferrodynamiczny mają dwa niezależne obwody elektryczne i mogą być zasilane dwoma różnymi prądami. Jeden prąd płynie przez cewkę nieruchomą wytwarzając pole magnetyczne. W przetworniku elektrodynamicznym linie sił pola magnetycznego zamykają się w powietrzu, natomiast w przetwornikach ferrodynamicznych linie sił pola zamykają się przez niewielką szczelinę powietrzną i rdzeń z blach ferromagnetycznych. Zastosowanie rdzenia pogarsza nieco dokładność przetwarzania (występują różnice przy przetwarzaniu prądów stałych i prądów przemiennych), ale znacznie zmniejsza moc pobraną przez przetwornik przy pełnym odchyleniu i powiększa odporność na działanie obcych pól magnetycznych. Kształt pola magnetycznego zależy od wymiarów cewki (stosunku długości do średnicy) lub od kształtu szczeliny powietrznej w obwodzie ferrodynamicznym. Drugi prąd jest doprowadzany za pomocą sprężyn spiralnych do cewki ruchomej, podobnej do cewki przetwornika magnetoelektrycznego. Sprężyny te służą jednocześnie do wytwarzania momentu zwrotnego.

Miernik elektrodynamiczny:

Ma podziałkę kwadratową (nieliniową)
, gdzie I₁- prąd płynący przez cewkę pierwszą, a I₂^- prąd płynący przez cewkę drugą. Wykorzystywany jest do pomiarów mocy.

Miernik ferrodynamiczny:

Wykorzystywany głównie do pomiarów mocy (P.=UI).

W powyższy sposób łączy się cewki mierników w celu pomiaru mocy. Jedna cewka jest prądowa, druga napięciowa. Przez cewkę prądową płynie duży prąd. Przez cewkę napięciową (z dużą opornością) płynie mały prąd: α~kIU.

MIERNIKI MAGNETOELEKTRYCZNE

Stosowane są w obwodach prądu stałego lub prądu pulsującego jednokierunkowego. Mają elektromechaniczny przetwornik magnetoelektryczny, w którym źródłem momentu napędowego jest wzajemne oddziaływanie stałego pola magnetycznego wytworzonego przez magnes trwały oraz uzwojenia, przez które przepływa prąd elektryczny. Organem ruchomym przetwornika może być zarówno miniaturowy magnes trwały umieszczony wewnątrz nieruchomej cewki, jak i lekka cewka znajdująca się w nieruchomym polu magnesu trwałego. Najczęściej stosuje się drugie rozwiązanie, ponieważ te pierwsze są za mało popularne z powodu ich małej dokładności. Magnes trwały wraz z nabiegunnikami i rdzeniem stanowią ciężkie elementy nieruchome, służące do wytworzenia w szczelinie powietrznej pola magnetycznego o kierunku promieniowania i stałej w poszczególnych punktach szczeliny wartości. Organem ruchomym jest cewka, nawinięta cienkim izolowanym przewodem miedzianym. Cewka jest ułożyskowana w taki sposób, aby jej oś obrotu pokrywała się z osią szczeliny obwodu magnetycznego. Do cewki jest przymocowana wskazówka oraz dodatkowe masy, tak dobrane, że środek masy całego organu ruchomego znajduje się na osi obrotu. Dwie sprężyny spiralne są źródłem momentu zwrotnego i jednocześnie doprowadzają prąd do cewki.

Mierniki magnetoelektryczne (podziałka):

Płynący prąd jest liniową funkcją kąta (I=kα):

Miernik:

Zacisk „+” do punktu o wyższym potencjale, „-” do niższego.

Układ zmieniający napięcie:

Amperomierz powinien mieć R_we→0, a woltomierz R_we→∞.

Wychylenie wskazówki zależne jest od wartości prądu (reaguje na wartość skuteczną prądu).

Dla miernika M-E (magneto-elekrtycznego).

Dla miernika E-M (elektromagnetycznego).

Miernik E-M nadaje się do pomiarów sygnałów zmiennych i stałych (rzadziej ze względu na histerezę). Koszt jego jest dużo niższy niż miernika M-E. Wadą natomiast jest to, że nie można wprowadzić tłumienia. Stosuje się zaś:

• tłumiki pneumatyczne

• tłumiki hydrauliczne

Galwanometr

Ustrój galwanometru magnetoelektrycznego:

Galwanometr nie posiada elementu tłumiącego, jego drgania to:

k_z- sztywność elementów sprężystych, a T_o- okres.

Warunki tłumienia muszą być dobrane tak by oporność zewnętrzna (krytyczna) była taka, że czas uspokojenia t_u dąży do minimum.

Rzeczywista oporność krytyczna: R_k=R_kz+R_w, gdzie R_w- rezystancja stała, R_k- rezystancja zmienna.

1. 
   R_g<R_kz

2) R_g>R_kz

R_kz dobiera się przez czas dochodzenia do uspokojenia się elementu ruchomego galwanometru.

Dopasowanie typu T:

R₁/R₂=I₂/I₁ wyznacza się odpowiedni dzielnik napięcia dla płynącego prądu. R₁+R₂+R_s=R_k i I=I₁+I₂.

Teoretyczne zależności dla miernika:

3. Moment napędowy.
   , gdzie L- indukcyjność ustroju pomiarowego, θ- kąt obrotu, I- natężenie prądu płynącego przez miernik.
   , gdzie B- indukcja magnetyczna w szczelinie miernika, C- stałą, H- natężenie pola magnetycznego.

4. Moment zwrotny.
   , gdzie k- stała sprężyny, θ- kąt. Moment taki dla sprężyny ma charakter linowy.

Linearyzacja miernika E-M: rdzenie odpychające są tak dobrane, aby wykres charakterystyki był typu pierwiastkowego.

W łatwy sposób można zmieniać zakres miernika (poprzez cewkę z odczepami).

Problem zakłóceń: cewka powietrzna (brak rdzenia)- duże oddziaływanie pola zewnętrznego, potrzebne dodatkowe ekranowanie.

Rozwinięciem miernika M-E są:

• elektrodynamiczne

• ferrodynamiczne

wykorzystywane głównie do pomiaru prądu zmiennego.

MIERNIKI ELEKTROMAGNETYCZNE

Są stosowane głównie w obwodach prądu przemiennego. Elektromechaniczne przetworniki elektromagnetyczne wytwarzają moment napędowy w wyniku wzajemnego przyciągania się lub odpychania rdzeni wykonanych z miękkiego materiału ferromagnetycznego. Rdzenie te są magnesowane polem magnetycznym wytworzonym przez przetworzony prąd elektryczny płynący w cewce przetwornika. Ponieważ działanie powstałych w ten sposób elektromagnesów nie zależy od kierunku prądu, przetwornik elektromagnetyczny można stosować zarówno do prądu stałego, jak i do prądu przemiennego. Ze względu jednak na stosunkowo dużą moc pobieraną nie stosuje się ich praktycznie w układach prądu stałego. Wśród wielu różnych rozwiązań konstrukcyjnych obecnie spotyka się najczęściej przetworniki dwurdzeniowe mając okrągłą cewkę z uzwojeniem. Jeden rdzeń jest unieruchomiony przez zamocowanie do nieruchomej cewki, drugi rdzeń jest połączony mechanicznie z osią organu ruchomego. Moment napędowy powstaje wskutek odpychania się rdzeni znajdujących się w tym samym polu magnetycznym, a więc magnesowane jednakowo. Siły odpychające są zależne od indukcji magnetycznej w obu rdzeniach i ich wzajemnej odległości.

Wady: Niska dokładność, duży pobór mocy, trudne tłumienie,

Zalety: Przez część ruchomą nie przepływa prąd, reaguje na prąd zmienny, odporny na wstrząsy, przeciążenia, w prosty sposób można zmieniać zakres, prosta budowa, niski koszt.

WARUNKI PRACY PRZYRZADÓW POMIAROWYCH

Dla każdego przyrządu istotne są warunki pracy znamionowe (odniesienia) i użytkowe. Przez warunki znamionowe rozumie się wartości odniesienia wielkości wpływających na przyrząd. Dotrzymanie warunków znamionowych oznacza, że przyrząd pomiarowy spełnia określone wymagania dokładności.

Przykładowo warunki znamionowe miernika elektromechanicznego PN-84JE-06501 są następujące:

• temperatura pracy 293 +/- 2K

• wilgotność względna 30 - 80 %

• częstotliwość np. 50Hz

• brak zewnętrznych pól EM itp.

Warunki użytkowe są zbiorem zakresów wartości wpływających, dla których właściwości metrologiczne przyrządu ulegają pogorszeniu w określonych granicach. To pogorszenie właściwości polega głównie na pojawieniu się dodatkowych błędów wskazań. Błędy dodatkowe (błędy graniczne dodatkowe) określa się dla każdej wielkości wpływającej osobno i nazywa się je zależnie od przyczyn np. błędami temperaturowymi, częstotliwościowymi itp..

Przykładowo dla mierników analogowych każda z przyczyn takich, jak zmiana temperatury o ΔT = +/- 10K, zmiana częstotliwości o +/- 10%, odchylenie od położenia znamionowego o 5^o nie powinna powodować powstania błędów dodatkowych większych niż wartości dopuszczalne błędów podstawowych, np. +/- 0,1% dla klasy 0,1

Błąd podstawowy jest to błąd wskazań występujący w warunkach znamionowych. Dopuszczalna wartość błędu względnego podstawowego jest liczbowo równa klasie dokładności przyrządu, przy czym przez klasę dokładności należy rozumieć zbiór właściwości metrologicznych umownie oznaczonych wartością dopuszczalnego błędu podstawowego:

δ_g - klasa

Błąd δ_g wyraża się w % końcowych wartości zakresu pomiarowego (najczęściej) np. 0,5 , w % wartości wielkości mierzonej lub w % długości podziałki |0,5|

Budowa i działanie kompensatorów. Metoda kompensacyjna pomiaru napiEC i prAdów

Kompensatory - służą do pomiaru napięcia metodą zerową, przez porównanie wartości mierzonej z odpowiednio nastawioną wartością wzorcową. Pomiary kompensacyjne charakteryzują się bardzo dużą dokładnością, zależną od dokładności wytworzonego napięcia wzorcowego oraz tym, że w chwili zrównoważenia układu źródło badane nie jest obciążone prądem. Zatem nie ma błędu systematycznego spowodowanego jego impedancją wewnętrzną.

Kompensatory techniczne - przenośne o dokładności wskazówkowych mierników laboratoryjnych, których główną zaletą jest pomiar bez obciążenia źródła.

Z uwagi na rodzaj napięcia mierzonego dzieli się na:

• kompensatory napięcia stałego - w których jako wzorce występują chemiczne albo elektryczne źródła wzorcowych napięć stałych, a wskaźnikiem równowagi jest magnetoelektryczny galwanometr statyczny z szeregowym układem znieczulającym.

• kompensatory napięcia przemiennego - w których wzorcem może być odpowiednio sprawdzony laboratoryjny miernik elektrodynamiczny lub elektryczne źródło wzorcowego napięcia przemiennego, a wskaźnikiem równowagi jest galwanometr wibracyjny lub mikrowoltomierz elektryczny.

Kompensatory pomijają błąd wynikający z oporności wewnętrznej przyrządu. Metody bezprądowe i porównawcze możemy podzielić na:

• Kompensacyjne:

Jest to odmiana metody porównawczej i polega na bezpośrednim porównaniu mierzonej wielkości

fizycznej z wielkością tego samego rodzaju obraną za jednostkę i uznaną za wzorzec, np. mierzona wartość napięcia porównywana jest z napięciem uzyskiwanym w obwodzie kompensatora. Wówczas doprowadzamy do I_g=0, więc zastosowany miernik jest wskaźnikiem(w momencie kompensacji wskazanie ustalamy i ustawiamy na zero).Zasada kompensacji jest dobra dla napięć stałych i zmiennych. Najczęściej zastosowane są w takich układach ogniwa Weathsona lub inne ogniwa wzorcowe (stosuje się stabilizatory scalone o zbliżonej dokładności do ogniw profesjonalnych.

Układ kompensacji pojedynczej:

• Obwód ogniwa wzorcowego

• Obwód normalny

• Obwód pomiarowy

E_p. - ogniwo pomocnicze

E_W - ogniwo wezorcowe

Galwanometr stosujemy tylko jeden, jest on przełączany, opornik też jest regulowany. Przed pomiarem należy doprowadzić do przepływu odpowiedniego prądu I_p. tzw. Kompensacja prądu. Drugim etapem pomiaru to porównanie napięcia na oporniku R z napięciem E_­x.

E_x=I_p.∗k∗R

Następnie zostaje nam tylko odczytanie wartości mierzonej E_x.

Układ kompensacji podwójnej

Jako pierwsza kompensacja zostaje przeprowadzona dla ogniwa E_w, a następnie dla E_x.

Zaletami takiej metody jest możliwość pomiaru napięć E_x większych od napięcia E_w. Problem doboru odpowiedniego dzielnika rozwiązuje się przez zastosowanie dość dokładnego dzielnika, takiego, aby oporność jego się nie zmieniała..

Dekada Feussnera używana jest bardzo często w kompensatorach, a składa się z dziesięciu oporników. Układ zapewnia bardzo dużą precyzję oraz stałą oporność wyjściową.

Rzeczywisty układ kompensatora KT 35 składa się z układu pomocniczego, porównawczego oraz układu dzielnika:

• Trzystopniowa regulacja napięcia

• Rozdzielność 0,01

• Pomiar niewielkich napięć i prądów

Po każdej serii pomiarów należy kompensator sprawdzić.

Kompensatory mogą służyć również do pomiaru sił elektromotorycznych (na przykład termopary).Termopary stosuje się do pomiaru mocy lub wartości skutecznej sygnałów elektrycznych.

CZUŁUŚĆ KOMPENSATORA

Czułość przyrządu jest określona przez wzór:

Gdy Δα i ΔE_X mają wartość skończoną rozstrojenie (najmniejsza działka na skali) należy przyrząd rozstroić doregulować wartość wymuszającą. Dla kompensatora mamy:

gdzie: I_g - zmiana prądu płynącego przez galwanometr wywołany przez zmianę E_x=E_x+ΔE_x

S_KJ - czułość prądowa kompensatora

S_IG - czułość prądowa galwanometru

R_c - oporność całkowita obwodu kompensatora

R_g - oporność galwanometru

E_w - ogniwo wzorcowe

R_I<<R_g+R_k||(R_c-R_k)

Czułość kompensatora zależy również od użytego miernika. Błąd nieczułości jest to odwrotność czułości, czyli błąd bezwzględny.

Wyżej wymieniony wzór określa błąd kompensacji. TE WSZYSTKIE ZALEŻNOŚCI SĄ SŁUSZNE TYLKO W WARUNKACH RÓWNOWAGI, CZYLI WTEDY, GDY UKŁAD DAJE SIĘ ZLINEARYZOWAĆ. Kwadrat błędu wypadkowego jest sumą kwadratów poszczególnych kwadratów poszczególnych składowych.

Błąd dyskretyzacji napięcia skokowego U_N związany jest ze skokową regulacją napięcia.

W metodzie kompensacyjnej pomiar odbywa się bez poboru prądu. W pewnych warunkach kompensatory wykorzystuje się jako urządzenia wychłowe.

Kompensator automatyczny - w jego skład wchodzi silnik napędzający oś z suwakiem. Silnik prądu stałego, reagujący na przepływ prądu zmianą kierunku obrotu. Jest on używany w przemyśle, a jego klasa jest rzędu 0,1%.

Fotokompensator - jest stosowany głównie w laboratoriach. Na niżej pokazanym schemacie można tranzystor unipolarny zastąpić bipolarnym. Oporność wejściowa dąży do nieskończoności. Nadaje się do pomiarów szybkich zmian wielkości mierzonej. Duża częstotliwość graniczna, mówi nam, że układ można podłączyć do rejestratora.

OSCYLOSKOP

Czuły pomiarowy przyrząd elektron. Stosowany do badania i obserwowania zależności funkcyjnych między dwiema zmiennymi wielkościami elektrycznymi lub innymi wielkościami fizycznymi, przetworzonymi na wielkości elektryczne. Rozróżnia się trzy podstawowe grupy oscyloskopów:

• z ciągłym odchylaniem (okresowym),

• uniwersalne (z odchylaniem ciągłym i wyzwalanym),

• szybko działające (b. wielkiej częstotliwości).

Podstawowym członem oscyloskopu jest lampa oscyloskopowa, zwykle o elektrycznym odchylaniu wiązki elektronowej. Dwie pary elektrod odchylają wiązkę elektronową w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach, które można rozpatrywać jako osie współrzędne. W kierunku poziomym wiązka jest odchylana proporcjonalnie do czasu, a w kierunku pionowym — proporcjonalnie do wartości chwilowej badanego napięcia. Oscyloskopy są stosowane jako wskaźniki przy różnych pomiarach przez porównanie wartości wielkości mierzonej z wartością wzorcową jednostki miary, jak również do pomiarów napięć, prądów, częstotliwości, przesunięcia fazowego itp. Oscyloskop umożliwia badanie wielkości zmiennych w zakresie częstotliwości od 0 do kilku GHz. Stosując urządzenia pomocnicze, można uzyskać na ekranie oscyloskopu przebiegi charakterystyk napięciowo-prądowych, częstotliwościowych, fazowych, amplitudowych itp. badanych obwodów. Oscyloskop z urządzeniem zapisującym nazywa się oscylografem . Bywają oscyloskopy dające na ekranie trwały obraz, który można skasować po pewnym czasie (oscyloskopy z lampą pamięciową)

OSCYLOGRAF

1) Oscylograf elektroniczny - oscyloskop elektronowy wyposażony w urządzenie zapisujące (rejestrujące) obraz optyczny widoczny na ekranie lampy oscyloskopowej; w tym celu stosuje się lampę pamięciową; obecnie coraz częściej wykorzystuje się zapis „komputerowy”, np. w pamięci półprzewodnikowej (RAM), na dysku magnetycznym;

2) Oscylograf elektromechaniczny, oscylograf pętlicowy, czuły przyrząd pomiarowy elektromechaniczny, stosowany do obserwowania i zapisywania szybkozmiennego (do kilkunastu kHz) przebiegu wielkości elektrycznych lub nieelektrycznych przetworzonych na prąd elektryczny. Główne części oscylografu elektromechanicznego:

• ustrój pomiarowy (pętlica),

• układ optyczny wytwarzający wskazówkę świetlną,

Układ zapisujący oraz (nie zawsze) układ wskazujący; czułość pętlicy o częstotliwości własnej 2,5 kHz jest rzędu 0,1 A/m; dla zwiększenia czułości wykonuje się ustroje z cewką wielozwojową; w jednym oscylografie elektromechanicznym stosuje się kilka (zwykle 3, 6, 8 lub 12) niezależnych od siebie ustrojów pomiarowych, co umożliwia jednoczesne obserwowanie na matówce i zapisywanie tyluż przebiegów na jednej wykresówce (tj. taśmie z papieru lub z tworzywa sztucznego pokrytej emulsją światłoczułą).

POMIARY NAPIECIA I SIŁY ELEKTROMOTORYCZNEJ

1) WOLTOMIERZAMI:

Pomiary napięcia i siły elektromotorycznej metodą bezpośrednią za pomocą woltomierzy są bardzo dogodne i szybkie. Dokładność tych pomiarów jest stosunkowo niewielka, jest ona ograniczona dokładnością woltomierzy. Uchyb pomiaru w najkorzystniejszym przypadku jest rzędu 0,2%.

Wybór właściwego woltomierza zależy:

• od rodzaju napięcia, a przy napięciu zmiennym od częstotliwości i od tego czy mierzona ma być wartość skuteczna, wartość średnia, czy też wartość maksymalna napięcia,

• od wartości mierzonego napięcia,

• od wymaganej dokładności,

• od mocy, którą woltomierz może pobierać z obwodu kontrolowanego bez zniekształcenia kontrolowanego przebiegu.

Szczególnie duże znaczenie ma wartość poboru mocy przez woltomierz przy pomiarze siły elektromotorycznej.

Przy pomiarze siły elektromotorycznej woltomierzem występuje uchyb ujemny. Wartość bezwzględna uchybu jest tym większa, im mniejsza jest oporność woltomierza, a więc im większy jest jego pobór mocy.

Do pomiarów siły elektromotorycznej używa się woltomierzy o dużej oporności wewnętrznej. Siły elektromotoryczne stałe mierzy się najczęściej za pomocą wielko oporowych woltomierzy magnetoelektrycznych. Oporność tych woltomierzy osiąga wartość 100 kΩ na 1 V. Do pomiaru sił elektromotorycznych zmiennych stosuje się woltomierze elektrostatyczne i woltomierze lampowe.

Małe napięcia stałe od 10^-2 do 10^-5 V można mierzyć za pomocą galwanometrów magnetoelektrycznych. W tym celu włącza się galwanometr najpierw w obwód o znanym napięciu, np. w obwód ogniwa wzorcowego i określa jego stałą napięciową (napięcie przypadające na jedną działkę podziałki).

2) KOMPENSATORAMI:

Pomiary za pomocą kompensatorów należą do najdokładniejszych pomiarów elektrycznych. Pomiary kompensatorem polegają na porównaniu mierzonego napięcia czy siły elektromotorycznej z wzorcem napięcia - ogniwem wzorcowym. W czasie pomiaru energia z obwodu kontrolowanego nie jest pobierana. Budowane są kompensatory do pomiaru napięć stałych i zmiennych. Pomiar za pomocą kompensatora obciążony jest pewnym uchybem. Uchyb ten wywołany jest przez niedokładne określenie siły elektromotorycznej ogniwa wzorcowego, starzenie się ogniwa oraz przez niedokładne określenie długości odcinków drutu ślizgowego.

POMIARY PRADU

1. AMPEROMIERZAMI:

Pomiary prądu mogą być dokonywane metodą bezpośrednią za pomocą mierników elektrycznych (amperomierze, miliamperomierze i mikroamperomierze) i galwanometrów oraz metodą pośrednią, polegającą na określeniu spadku napięcia na oporniku o znanej oporności.

Najszybsze i najdogodniejsze są pomiary miernikami. Dokładność takich pomiarów jest jednak niewielka, najmniejszy uchyb pomiaru jest rzędu 0,1%.

Przy prądzie stałym korzysta się z amperomierzy magnetoelektrycznych. Prądy zmienne o częstotliwości sieciowej mierzy się amperomierzami elektromagnetycznymi i ferrodynamicznymi, a prądy średniej i wielkiej częstotliwości amperomierzami prostownikowymi i termoelektrycznymi.

Do poszerzenia zakresu pomiarowego amperomierzy magnetoelektrycznych i prostownikowych używane są boczniki. W amperomierzach innych rodzajów do poszerzenia zakresu służą przekładniki prądowe.

Najmniejszy prąd, który można zmierzyć za pomocą amperomierzy jest rzędu 1μA.

2. KOMPENSATORAMI:

Dokładne pomiary prądu dokonywane są metodą pośrednią za pomocą kompensatora. Mierzy się spadek napięcia spowodowany przez kontrolowany prąd na oporniku wzorcowym.

Oporność opornika wzorcowego należy dobrać tak, żeby spadek napięcia był zbliżony do 1 V. Wówczas pomiar dokonywany jest przy użyciu wszystkich dekad kompensatora, co pozwala na uzyskanie maksymalnej dokładności.

Prąd mierzony wynosi:

przy czym:

U_X - spadek napięcia na oporniku wzorcowym zmierzony kompensatorem prądu stałego,

R_W - oporność opornika wzorcowego.

POMIAR OPORNOSCI

1. PRĄDEM STAŁYM

1. METODĄ TECHNICZNĄ:

Metoda techniczna polega na pomiarze woltomierzem spadku napięcia na mierzonej oporności, przez którą płynie stały prąd. Wartość prądu określa się za pomocą amperomierza. Stosowane są dwa układy pomiarowe:

• do pomiaru oporności małych (rys.1),

• do pomiaru oporności dużych (rys.2).

Przy pomiarze oporności małych łączy się woltomierz równolegle z opornikiem R_o, którego oporność należy zmierzyć, a amperomierz w szereg z nim. Amperomierz mierzy wówczas prąd:

I_A = I_R + I_V

Rzeczywistą wartość oporności mierzonej można obliczyć z prawa Ohma.

Wartość oporności określona metodą techniczną jest mniejsza od wartości rzeczywistej tej oporności. Metoda daje tym lepsze wyniki (uchyb jest tym mniejszy), im większa jest oporność woltomierza w stosunku do oporności mierzonej. Korzystać, więc należy z woltomierzy magnetoelektrycznych, które pobierają mniejszą moc, a więc mają większą oporność wewnętrzną od mierników innych rodzajów.

Przy pomiarze oporności dużych łączy się amperomierz szeregowo z opornikiem R_o, a woltomierz równolegle z nim. Woltomierz mierzy więc spadek napięcia:

U_V = U_R + U_A

Uchyb jest dodatni, a więc wartość oporności określonej w układzie jest większa od wartości rzeczywistej. Uchyb jest tym mniejszy, im mniejsza jest oporność amperomierza. Należy więc stosować amperomierze magnetoelektryczne, które pobierają bardzo małą moc, a więc mają małą oporność wewnętrzną.

2. METODĄ PORÓWNAWCZĄ:

Istnieją dwie metody porównawcze pomiaru oporności:

• metoda porównawcza prądowa,

• metoda porównawcza napięciowa.

METODA PORÓWNAWCZA PRĄDOWA:

Amperomierz magnetoelektryczny o oporności wewnętrznej R_A włącza się za pomocą przełącznika najpierw w szereg z opornikiem wzorcowym R_W, a następnie w szereg z opornikiem badanym R_o. Źródło prądu należy przy tym dobrać w taki sposób, aby jego oporność była dużo mniejsza od R_W i od R_o. Można wtedy przyjąć, że napięcie U na zaciskach źródła prądu pozostaje stałe przy obu położeniach przełącznika:

I_X - wskazanie amperomierza przy włączeniu w szereg z R_o

I - wskazanie amperomierza przy włączeniu w szereg z R_W

Jeżeli oporność R_A amperomierza jest mała, to można przyjąć, że:

Wartość mierzonej oporności można określić ze stosunku wskazań amperomierza.

Opisana metoda nadaje się dobrze do pomiarów oporności rzędu 10³ do 10⁶ Ω.

METODA PORÓWNAWCZA NAPIĘCIOWA:

Przy zastosowaniu metody porównawczej napięciowej włącza się opornik kontrolowany R_o w szereg z opornikiem wzorcowym R_W. Spadek napięcia na obu opornikach mierzy się woltomierzem. W czasie pomiaru prąd I w opornikach powinien zachować stałą wartość.

Jeżeli oporność woltomierza jest znacznie większa od oporności R_o oraz R_W, można napisać:

gdzie:

U_o - spadek napięcia na oporniku R_o,

U - spadek napięcia na oporniku R_W,

Stąd:

Wartość oporności mierzonej można określić ze wskazań woltomierza. Pomiar jest najdokładniejszy dla U_o = U, a więc dla R_o = R_W. Napięcia U_o i U można również mierzyć za pomocą kompensatora prądu stałego. Uchyb pomiaru jest wtedy rzędu 0,05%.

Metodę napięciową stosuje się przy pomiarach oporności w granicach od 10^-5 do 10⁶Ω.

3. METODĄ MOSTKOWĄ:

Te metody polegają na porównaniu dwóch napięć. Mogą być zasilane ze źródła stałoprądowego oraz ze zmienno prądowego. Metodami mostkowymi można mierzyć rezystancję, impedancję, admitancje.

MOSTEK WHEATSONE`A

Wykorzystuje się do pomiaru rezystancji w zakresie od 1Ω do 10MΩ. Ramiona mostka stanowią cztery oporniki. Jednym z nich jest opornik, którego oporność należy zmierzyć, np. opornik R₁, a trzy pozostałe są opornikami nastawnymi o zmiennej oporności. W jedną przekątną mostka włączony jest galwanometr magnetoelektryczny, w drugą - źródło prądu stałego.

Przez odpowiednie nastawienie oporności oporników R₂, R₃, R₄ można sprowadzić prąd w przekątnej z galwanometrem do zera (zrównoważyć mostek). Wtedy:

Znając wartości oporności trzech ramion mostka w chwili jego równowagi (gdy galwanometr wskazuje zero), można wyznaczyć wartości oporności czwartego ramienia.

Przebieg pomiaru:

Po włączeniu opornika kontrolowanego i ustawieniu stosunku R₂/R₃ włącza się źródło prądu. Za pomocą oporników dekadowych ustala się stan równowagi mostka. Stan ten zostaje osiągnięty, gdy wskazówka galwanometru wskazuje zero. Następnie sprawdza się równowagę przez kilkakrotne włączenie i wyłączenie galwanometru. Doprowadzenie mostka do równowagi ułatwia zależność kierunku prądu w galwanometrze od oporności oporników dekadowych przy nie zmienionej wartości oporności innych oporników. Jeżeli np. wskazówka galwanometru odchyla się od zera w prawą stronę, gdy oporność oporników dekadowych jest większa niż w stanie równowagi, to odchylenie wskazówki w lewo oznacza, że oporność nastawiona na opornikach dekadowych jest zbyt mała. Mostek Wheatsone`a nie nadaje się do pomiaru oporności mniejszych od 1Ω, ze względu na znaczny uchyb wprowadzony przez oporność połączeń między opornikiem kontrolowanym R₁ a punktami węzłowymi mostka.

Jest on przydatny do pomiaru niewielkich oporności, nie jest ważna wartość doprowadzeń.

I_g=0

I=I₁+I₂

I₁=I₂+I_g

I₂=I₄+I_g

R_xI₁+R_gI_g-R₄I₄=0

R₂I₂-R₃I₃-R_gI_g=0

R₃I₃+R₄I₄+RI=U

I_g - prąd w sytuacji, gdy mostek jest niezrównoważony. Gdy dochodzi do sytuacji, że I_g=0, to wzór ma postać:

Pierwszy to względny błąd mostka pomiarowego, natomiast drugi to błąd wykonania opornika. Błąd oporności wynika ze źródła mostka R_i=E.

Należy wspomnieć, że dokładność mostka technicznego wynosi mnij niż 0,5 natomiast laboratoryjny ma klasę co najmniej 0,1. Czułość prądowa i napięciowa mostka wyraża się wzorem:

Bezwzględny błąd czułości:

R_g - oporność galwanometru

C_i - stała prądowa galwanometru

Czułość mostka zależy od źródła. Mostek jako zerowy ma największą czułość, wtedy gdy oporność zasilającego źródła dąży do zera. W przypadku mostka wychyłowego korzystne jest stosowanie zasilania o dużej oporności wewnętrznej (mostek jest bardziej liniowy, ma większą liniowość swojej pracy).

m=0,1 - 1

n=1

R→0, dla mostka w metodzie zerowej

R→∞, dla mostka w układzie wychyłowym

R - oporność źródła.

W warunkach równowagi R_x=R_o, chwila początkowa wartość wychylenia W mostka wynosi:

Gdzie A - stała, A = f(R₂,R₃,R₄,R_gR_g,R)

D - maksymalna odchyłka od wartości aproksymacyjnej w danym przedziale danej funkcji

MOSTEK THOMPSONA

Opornik kontrolowany R_X ma cztery zaciski: dwa prądowe i dwa napięciowe. Jeden z zacisków prądowych połączony jest z sąsiadującymi zaciskami opornika R_W grubym przewodem miedzianym. Do drugiego zacisku prądowego dołączone jest źródło prądu. Zaciski napięciowe połączone są z dwoma nastawnymi opornikami R₁ i R₄.oporniki nastawne R₁ i R₄ oraz R₂ i R₃ są sprzężone mechanicznie. Układ podwójnego sześcioramiennego mostka można przekształcić w układ mostka czteroramiennego. W tym celu zastępuje się trójkąt utworzony z oporności R₁ i R₂ i przewodu miedzianego o oporności r przez równoważną gwiazdę. Prawidłowy pomiar otrzymuje się dla:

Mostki Thomsona wykonane są jako laboratoryjne z opornikami dekadowymi i techniczne o drucie ślizgowym. Zakres pomiarów tych mostków leży w granicach 10^-6 do 1Ω.

W tym typie mostka stosuje się tu oporniki czterozaciskowe. R₄ jest sprzężony z R₁ w czasie zerowania mostka. R_x=0,011Ω, R_w=0,01Ω

ZAMIANA GWAIAZDY W TRÓJKĄT

2. PRĄDEM ZMIENNYM

METODA TECHNICZNA:

Metoda techniczna pomiaru oporności prądem zmiennym jest szczególnie przydatna wówczas, gdy mamy do czynienia z opornikami nieliniowymi zawierającymi nieliniową oporność czynną lub bierną.

W wyniku pomiaru otrzymuje się oporność dla określonego prądu i częstotliwości.

Podobnie jak w przypadku pomiaru oporności prądem stałym metodą techniczną, stosuje się dwa układy:

• układ do pomiaru oporności małych,

• układ do pomiaru oporności dużych.

Ze wskazań woltomierza i amperomierza można wyznaczyć oporność pozorną kontrolowanego opornika:

Oporność czynną wyznacza się na podstawie wskazań watomierza i amperomierza:

Oporność bierna równa jest:

Jeżeli badana oporność ma charakter indukcyjny, to do obliczania indukcyjności korzysta się ze wzoru:

Częstotliwość f mierzy się częstościomierzem.

Dla oporności o charakterze pojemnościowym stosuje się do wyznaczenia pojemności wzór:

POMIAR MOCY

Pomiarów mocy elektrycznej dokonuje się zarówno w obwodach prądu stałego, jak i zmiennego. W obwodzie prądu stałego pomiaru mocy można dokonać bezpośrednio watomierzem lub pośrednio mierząc napięcie woltomierzem, a prąd amperomierzem. Przy bardzo dokładnych pomiarach można zastąpić woltomierz i amperomierz kompensatorem prądu stałego.

W obwodach prądu zmiennego rozróżnia się trzy rodzaje mocy:

1. moc czynną P_R = U I cosϕ, mierzoną w watach

2. moc bierną P_X = U I sinϕ, mierzoną w warach

3. moc pozorną P_Z = U I, mierzoną w wolto amperach.

Kąt ϕ stanowi kąt przesunięcia fazowego prądu względem wywołującego ten prąd napięcia.

Stosując do pomiaru mocy prądu zmiennego metodę woltomierza i amperomierza mierzy się moc pozorną. Do pomiaru mocy czynnej i biernej używane są odpowiednio watomierze i waromierze. Układ do pomiaru mocy uzależnione są od liczby przewodów sieci.

1. POMIAR MOCY PRĄDU STAŁEGO

Zarówno moc dostarczoną przez źródło prądu, jak i też i moc zużywana przez odbiornik może być zmierzona woltomierzem i amperomierzem w jednym z układów pokazanych na rysunkach. Wybór odpowiedniego układu jest zależny od oporności odbiornika w porównaniu z opornością użytych mierników.

(rys. 1)

Moc mierzona wynosi: P = U I, natomiast moc zużywana przez odbiornik wynosi: P_r = U I_R

gdzie:

U - wskazanie woltomierza

I - wskazanie amperomierza

I_R - prąd w odbiorniku.

Uchyb bezwzględny pomiaru określa równanie:

Δ = P - P_r = UI - UI_R

ponieważ: I = I_R + I_V

I_V - prąd w woltomierzu

Więc: Δ = UI - UI_R = UI_R + UI_V - UI_R = UI_V

Ze wzoru widać, że uchyb jest spowodowany mocą pobraną przez woltomierz.

Uchyb względny pomiaru wynosi:

gdzie: R_V - oporność woltomierza

R - oporność odbiornika.

Uchyb względny pomiaru jest tym mniejszy, in mniejsza jest oporność odbiornika w stosunku do oporności woltomierza.

Przy użyciu układu (rys.2) moc zmierzona wynosi jak poprzedni: P = U I

A moc zużyta przez odbiornik: P_r = (U - IR_A)I

Uchyb bezwzględny pomiaru można obliczyć ze wzoru:

Δ = P - P_r = UI - (U - IR_A)I = I²R_A

Uchyb wywołany jest przez moc pobraną przez amperomierz. Uchyb względny pomiaru wynosi:

Uchyb jest tym mniejszy, im większa jest oporność odbiornika. Z porównania uchybów względnych obu układów można znaleźć wartość graniczną dzielącą ich zakresy stosowania:

stąd:

Podobne rozumowanie można przeprowadzić również i dla pomiarów mocy dostarczonej przez źródło. Wyniki rozumowania przedstawione są w tabeli.

Układ według rysunku:
Rys.1	Pom. Mocy zużywanej	Pom. Mocy dostarczonej
Rys.2	Pom. Mocy dostarczonej	Pom. Mocy zużywanej

Wyniki te pozostają słuszne również i w przypadku pomiarów mocy watomierzami. Obwód napięciowy watomierza odpowiada przy tym woltomierzowi, a obwód prądowy watomierza - amperomierzowi. Jeżeli do pomiaru dysponuje się watomierzem tej samej klasy, co woltomierz i amperomierz, wówczas korzystniejsze jest zastosowanie watomierza. Uchyb pomiaru jest wówczas mniejszy.

2. POMIAR MOCY W OBWODZIE JEDNOFAZOWYM

W obwodach prądu zmiennego mierzy się moc watomierzami elektrodynamicznymi, ferrodynamicznymi i indukcyjnymi, a przy wielkiej częstotliwości - termodynamicznymi.

Przy pomiarach niewielkich mocy należy się liczyć z mocą pobraną przez watomierz. Na rysunku przedstawiony jest układ do pomiaru mocy czynnej i mocy pozornej w obwodzie jednofazowym. Moc czynną P wskazuje watomierz. Moc pozorną określa się na podstawie wskazań woltomierza i amperomierza: P_Z = U I

Znają moc czynną i pozorną można obliczyć współczynnik mocy:

oraz moc bierną:

3. POMIAR MOCY W OBWODZIE TRÓJFAZOWYM

W obwodzie o niesymetrycznym zasilaniu i obciążeniu mierzy się moc czynną każdej fazy. Moc czynną poszczególnych faz określają następujące wzory:

gdzie: U_R, U_S, U_T - napięcia fazowe

I_R, I_S, I_T - prądy w przewodach

ϕ_R, ϕ_S, ϕ_T - kąty przesunięcia między napięciami fazowymi i prądami w przewodach.

Moc całkowita obwodu trójfazowego wynosi:

Ze wzoru widać, że do pomiaru mocy całkowitej należy użyć trzech watomierzy i zsumować ich wskazania.

Zamiast trzech watomierzy można użyć jednego watomierza o trzech ustrojach. W takim watomierzu momenty napędowe ustrojów dodają się do siebie, tak że wskazania jego są zależne od mocy całkowitej. Zasilanie w sieciach energetycznych jest zwykle symetryczne. Jeżeli obciążenie jest również symetryczne, wówczas prądy oraz kąty przesunięcia fazowego są symetryczne.

Pomiaru mocy można więc dokonać jednym watomierzem i pomnożyć jego wskazanie przez 3.

POMIARY INDUKCYJNOSCI

1. WŁASNEJ:

Pomiar indukcyjności cewek powietrznych (cewek, których pole magnetyczne przebiega w powietrzu) sprowadza się do znalezienia oporności czynnej i oporności pozornej.

Oporność czynna cewki powietrznej zbliżona jest do jej oporności przy prądzie stałym. Oporność przy prądzie stałym mierzy się w układzie pokazanym na rysunku. W tym celu ustawia się przełącznik P w położeniu 1. Wówczas przez badaną cewkę płynie prąd stały I₁ mierzony amperomierzem magnetycznym A₁. Potrzebną wartość prądu nastawia się opornikiem R_r. Spadek napięcia na badanej cewce wskazuje woltomierz magnetoelektryczny V₁. Oporność tego woltomierza powinna być dużo większa od oporności cewki. Na podstawie wskazań amperomierza i woltomierza oblicza się oporność cewki.

Następnie ustawia się przełącznik P w położeniu 2, włączając w ten sposób badaną cewkę w obwód prądu zmiennego o częstotliwości sieciowej. Wartość prądu I₂ wskazuje amperomierz A₂, a spadek napięcia U₂ na cewce woltomierz prądu zmiennego V₂. Oporność pozorną cewki oblicza się ze wzoru:

Wartość indukcyjności badanej cewki równa jest:

Jeżeli wstawić do wzoru f w hercach, Z i R w omach, wówczas wynik otrzymuje się w henrach.

Dokładność metody zależna jest od dokładności użytych mierników, uchybu spowodowanego prądem pobieranym przez woltomierze oraz wpływem obcych pól magnetycznych. Uchyb pomiaru nie przekracza na ogół 5%.

Indukcyjność cewek z rdzeniem ferromagnetycznym zależy od stanu namagnesowania rdzenia. Wynik pomiaru jest więc zależny od prądu w cewce.

Oporność czynna cewki z rdzeniem ferromagnetycznym jest większa od jej oporności przy prądzie stałym ze względu na straty w rdzeniu.

Pomiary indukcyjności cewki z rdzeniem ferromagnetycznym powinny być dokonywane prądem zmiennym, którego wartość równa jest wartości prądu zmiennego w czasie użytkowania cewki.

2. WZAJEMNEJ:

Układ do pomiaru indukcyjności wzajemnej przez porównanie z wzorcem pokazany jest na rysunku.

Układ ten składa się z indukcyjności wzajemnej mierzonej M_x (indukcyjność wzajemna cewki o dwu uzwojeniach pierwotnym i wtórnym), nastawnego wzorca indukcyjności wzajemnej M_w, amperomierza i źródła prądu zmiennego. Uzwojenia pierwotne cewki badanej i wzorca indukcyjności włączone są szeregowo w obwód źródła prądu, uzwojenia wtórne włączone są szeregowo przeciwsobnie w obwód amperomierza.

W uzwojeniach wtórnych indukowane są siły elektromotoryczne:

I₁ - prąd w uzwojeniach pierwotnych.

Pomiaru dokonuje się przez takie nastawienie wartości indukcyjności wzajemnej wzorca, żeby w amperomierzu A nie płynął prąd.

Wtedy:

Zakres pomiaru uzależniony jest od zakresu wzorca. Dokładność pomiaru zależy od dokładności wzorca i czułości amperomierza.

KLASYFIKACJA SYGNAŁÓW POMIAROWYCH

Informacje I można przenosić w sygnale w bardzo różny sposób (np. jako amplitudę lub kąt fazowy).

PARAMETRY SYGNAŁÓW

Dla wszystkich rodzajów sygnałów określa się szereg parametrów:

1) Wartość skuteczna sygnału:

dla sygnałów okresowych wartość skuteczną możemy obliczyć ze wzoru:

RMS (ang.)- wartość skuteczna określa w jaki sposób sygnał przenosi energię oraz ilość przenoszonej energii.

TRMS- true RMS- rzeczywista wartość skuteczna (dotyczy ona dowolnego sygnału).

2. Wartość średnia sygnału:

dla sygnałów okresowych:

W sposób pośredni wyznacz ona właściwości energetyczne sygnału. Wyznacza ona składową stałą sygnału. Ma ona duże znaczenie w przypadku, gdy sygnał jest zakłócany. Wartość średnia sygnału zakłócającego jest równa zero.

Pole zawarte pod przebiegiem sinusoidalnym, a linią przerywaną jest równe polu pod tą linią.

x(t)- sygnał właściwy; z(t)- sygnał zakłócający.

3. Wartość średnia wyprostowana:

W większości detektorów w prostownikach występujących w miernikach chcąc wyskalować miernik w wartościach skutecznych napotykamy trudności. Prostujemy wówczas sygnał, obliczamy x_w i poprzez odpowiednie współczynniki wyznaczamy x_sk i skalujemy miernik w wartościach skutecznych.

4. Wartość szczytowa sygnału:

Zdarzenia losowe

Zdarzenie losowe obserwowane w ciągu długiego czasu powtarza się z określoną częstością (częstość jest to liczba wymierna w zakresie od 0 do 1).

Wzór określający statystyczną miarę informacji zawartej w realizacji wiadomości S=S_j wylosowanej z prawdopodobieństwem p_j :

I(p_j)=-log_a(p_j), gdzie a=2

np.

a) przesyłanie liter ze zbioru 64

wynik oznacza 6 bitów informacji

2. 
   w kodzie [0;1] zdarzenie dwustronne (ma właściwości zwrotne)

jest to najprostszy przypadek przesyłania informacji zwanej BITEM (w praktyce najmniejsza ilość informacji)

Ilość informacji będzie mała, gdy informacja będzie pewniejsza.

Informacja przenoszona przez sygnał 8 bitów jest równa 1BAJTOWI

Szybkość przesyłania informacji podaje się w jednostkach: [bit/s]=bod

1[kb]=1000 bitów

np. duża biblioteka zawiera 10¹²-10¹⁴ bajtów informacji, mózg człowieka może zawierać 10¹⁵ bajtów informacji

Transmisja obrazu telewizyjnego:

Ludzki mózg wybiera tylko pewne informacje, zawierające istotne szczegóły do zrozumienia widzianego obrazu.

PODSTAWY MIERNICTWA

SPIS TREŚCI

1. ROZWÓJ MIERNICTWA......................................................................... 1

- METROLOGIA..................................................................................... 1

2. DEFINICJE I OKREŚLENIA PODSTAWOWE........................................ 2

3. JEDNOSTKI MIAR, UKŁAD SI............................................................... 3

4. WZORCE................................................................................................... 4

- NAPIĘCIA............................................................................................. 4

- REZYSTANCJI..................................................................................... 5

- POJEMNOŚCI....................................................................................... 5

- INDUKCYJNOŚCI................................................................................ 6

5. ALGORYTM POMIARU.......................................................................... 8

6. ZASADA WYKONYWANIA DOKUMENTACJI PMIAROWEJ............ 9

7. WARUNKI ZNAMIONOWE..................................................................... 10

8. KLASA PRZYRZĄDU, BŁĄD PODSTAWOWY..................................... 13

- RODZAJE BŁĘDÓW POMIAROWYCH............................................... 14

9. BŁĘDY POMIAROWE ............................................................................. 15

- BŁĘDY SYSTEMATYCZNE................................................................ 16

- BŁĘDY PRZYPADKOWE..................................................................... 17

- BŁĄD GRUBY (OMYŁKA).................................................................. 19

- KLASYFIKACJA BŁĘDÓW.................................................................. 20

- SPOSOBY OGRANICZANIA I KORYGOWANIA BŁĘDÓW.............. 21

- METODY WYKLUCZANIA DUŻYCH BŁĘDÓW ........................... 22

- BŁĘDY PRZYRZĄDÓW POMIAROWYCH........................................ 23

- BŁĄDY MIĘDZY PRZYRZĄDEM A OBSERWATOREM................... 24

- CZYTELNOŚĆ WSKAŹNIKÓW CYFROWYCH................................. 25

10. PODSTAWOWE PARAMETRY MIERNIKÓW (OZNACZENIA)........ 26

- SYMBOLE PRZETWORNIKÓW POMIAROWYCH............................ 27

- SYMBOLE DOKŁADNOŚCI................................................................ 27

- SYMBOLE I RODZAJE PRĄDU .................................................... 27

- SYMBOLE NAPIĘCIA POBIERCZEGO IZOLACJI............................ 27

- SYMBOLE EKRANOWANIA.............................................................. 28

11. MIERNIKI............................................................................................... 29

- ELEKTRODYNAMICZNY I FFERODYNAMICZNY.......................... 29

- MAGNETOELEKTRYCZNY................................................................ 29

- ELEKTROMAGNETYCZNY................................................................ 33

12. WARUNKI PRACY PRZYRZĄDÓW...................................................... 34

13. KOMPENSATORY................................................................................. 35

- UKŁAD KOMPENSACJI POJEDYŃCZEJ........................................... 36

- UKŁAD KOMPENSACJI PODWÓJNEJ.............................................. 36

- DEKADA FEUSSNERA .................................................................. 37

- CZUŁOŚĆ KOMPENSATORA............................................................. 38

14. OSCYLOSKOP....................................................................................... 41

15. POMIARY NAPIĘCIA I S.EM................................................................ 42

- WOLTOMIERZAMI............................................................................. 42

- KOMPENSATORAMI.......................................................................... 42

16. POMIARY PRĄDU................................................................................. 43

- AMPEROMIERZAMI........................................................................... 43

- KOMPENSATORAMI.......................................................................... 43

17. POMIAR OPORNOŚCI........................................................................... 44

A) PRĄDEM STAŁYM

- METODA TECHNICZNA.................................................................... 44

- METODA PORÓWNAWCZA.............................................................. 45

- METODA MOSTKOWA...................................................................... 46

a) MOSTEK WHEATSONE`A................................................. 46

b) MOSTEK THOMPSONA..................................................... 50

B) PRĄDEM ZMIENNYM

- METODA TECHNICZNA................................................................... 51

18. POMIAR MOCY ........................................................................... 53

- PRĄDU STAŁEGO............................................................................. 53

- W OBWODZIE JEDNOFAZOWYM................................................... 54

- W OBWODZIE TRÓJFAZOWYM...................................................... 55

19. POMIAR INDUKCYJNOŚCI................................................................ 56

- WŁASNEJ........................................................................................... 56

- WZAJEMNEJ...................................................................................... 57

20. KLASYFIKACJA SYGNAŁÓW POMIAROWYCH.......................... 58

- PARAMETRY SYGNAŁÓW.............................................................. 59

21. ZDARZENIA LOSOWE....................................................................... 61

10

---