Zadania i metodyka realizacji czynności metrologicznych

Metrologia jest to nauka zajmująca się sposobami dokonywania pomiarów oraz zasadami interpretacji uzyskanych wyników. Można wyróżnić następujące rodzaje metrologii: ogólną, stosowaną, teoretyczną, a także zajmującą się jej uregulowaniami prawnymi. Podstawą metrologii są jednostki miar. Jednostki grupowane są w układy. Obecnie najpowszechniej używanym standardem jest układ SI. Część metrologii zajmująca się praktycznym uzyskiwaniem wyników pomiarów to miernictwo. Dlatego metrologia zajmuje się również narzędziami służącymi do pomiaru czyli narzędziami pomiarowymi. Interpretacja uzyskanych wyników, głównie pod względem ich dokładności i poprawności, oparta jest o rachunek błędów. Rozróżnia się metrologię: - metrologia ogólna, obejmuje zagadnienia pomiarów wspólne dla wszystkich zastosowań (np. układy jednostek miar, właściwości narzędzi pomiarowych), - metrologia stosowana, odnosi się do określonego rodzaju wielkości mierzonej lub obejmującą pomiary w określonych dziedzinach (np. metrologia warsztatowa, metrologia elektryczna), - metrologia prawna, zajmuje się zagadnieniami odnoszącymi się do jednostek miar, metod pomiarów i narzędzi pomiarowych z punktu widzenia urzędowo ustalonych wymagań technicznych i prawnych, - metrologia teoretyczna, zajmuje się teoretycznymi zagadnieniami pomiarów (np. błędami pomiarów) oraz technikami pomiarów.

Definicje: pomiaru, mierzonej wielkości, jednostki miary

Pomiar to zespół czynności wykonywanych w celu ustalenia miary określonej wielkości fizycznej lub umownej, jako iloczynu jednostki miary oraz liczby określającej wartość liczbową tej wielkości, inaczej mówiąc porównywanie wartości danej wielkości z jednostką miary tej wielkości.

Wielkość mierzona – określona wielkość fizyczna stanowiąca przedmiot pomiaru. Celem pomiaru jest określenie wartości wielkości mierzonej. W realnych warunkach wynik pomiaru jest tylko pewnym przybliżeniem lub estymatą (oszacowaniem) wartości wielkości mierzonej. Dlatego też jest on pełny jeśli podamy także niepewność

Jednostka miary wielkości fizycznej lub umownej – określona miara danej wielkości służąca za miarę podstawową, czyli wzorzec do ilościowego wyrażania innych miar danej wielkości metodą porównania tych miar, za pomocą liczb. Wartość liczbową takiej miary wzorcowej przyjmuje się umownie (w danym układzie jednostek miar), jako równą jedności, stąd jej nazwa – jednostka miary. Konkretne wartości wielkości można przedstawiać zarówno wielokrotnościami, jak i ułamkami jednostek, a same wartości, o ile to możliwe, mogą być zarówno dodatnie, jak i ujemne.

Jednostki układu Si - podstawowe i ewentualne pochodne

Układ SI (franc. Système International d'Unités) – Międzynarodowy Układ Jednostek Miar zatwierdzony w 1960 (później modyfikowany) przez Generalną Konferencję Miar. Jest stworzony w oparciu o metryczny system miar. Jednostki w układzie SI dzielą się na podstawowe i pochodne.

Obecnie układ SI zawiera 7 jednostek podstawowych^[1].

Nazwa	Jednostka	Wielkość fizyczna
metr	m	długość
kilogram	kg	masa
sekunda	s	czas
amper	A	natężenie prądu elektrycznego
kelwin	K	temperatura
kandela	cd	natężenie światła, światłość
mol	mol	liczność materii

Jednostkami pochodnymi nazywamy wszystkie pozostałe jednostki wielkości fizycznych, zarówno te posiadające własne nazwy jak np. wat (W) czy dioptria (δ), jak i te, które ich nie posiadają i są wyrażane za pomocą jednostek podstawowych, np. przyspieszenie nie posiada swojej nazwy jednostki i wyrażane jest za pomocą metra i sekundy2

Środki techniczne służące do wykonywania pomiarów - rodzaje, definicje

Rodzaje pomiarów Pomiar ciągły – rodzaj pomiaru, dostarczającego wyniki w sposób ciągły. Wyniki te mogą być dostępne na bieżąco (np. prędkościomierz w pojeździe mechanicznym) lub z pewnym opóźnieniem (np. termometr pokojowy reagujący z opóźnieniem na zmiany temperatury) Pomiar dyskretny (łac. discretus – oddzielny)– rodzaj pomiaru dostarczającego wyniki w sposób punktowy. Pomiar ten może być prowadzony w sposób cykliczny, lub nieregularny. Przykładem tego typu pomiaru jest kontrola poziomu oleju w samochodzie przy pomocy bagnetu lub pomiar temperatury ciała termometrem lekarskim. Pomiar bezpośredni Pomiar pośredni

Błędy pomiarowe - rodzaje, definicje

Błąd pomiaru – odstępstwo wyniku jednostkowego pomiaru od wartości prawdziwej, której wielkości na ogół nie znamy. Nie należy go rozumieć jako powstałego wyłącznie w wyniku pomyłki, a jako nieodłączny czynnik procesu pomiarowego. Błąd pomiaru jest bezpośrednio związany z metodą pomiaru. Wykonując pomiary nawet tym samym przyrządem otrzymamy często różne wyniki. Błędy przy pomiarach podzielone są na:

systematyczne, przypadkowe. Błędy można również podzielić na: względne , bezwzględne

Niepewności pomiaru - rodzaje, definicje

Niepewność pomiaru – parametr, związany z wynikiem pomiaru, charakteryzujący rozrzut wartości, które można w uzasadniony sposób przypisać wartości mierzonej pomiaru ^[1]. Charakteryzuje ona rozrzut wartości (szerokość przedziału), wewnątrz którego można z zadowalającym prawdopodobieństwem usytuować wartość wielkości mierzonej. Z definicji niepewności pomiarowej wynika, że nie może być ona wyznaczona doskonale dokładnie. Można natomiast dokonać jej oszacowania (np. statystycznej estymacji). Żaden pomiar nie jest idealnie dokładny, czyli wszystkie pomiary są zawsze obarczone jakąś niepewnością. Fakt ten nie wynika z niedoskonałości aparatury i zmysłów obserwatora, ale jest nieodłączną cechą każdego pomiaru. Na niepewność pomiaru składa się zazwyczaj wiele czynników. Każdy z nich może mieć inny wpływ na wartość niepewności pomiaru. Tradycyjnie rozróżniamy niepewność systematyczną – spowodowaną nieuwzględnieniem istotnego czynnika wpływającego na wartość wielkości mierzonej. niepewność przypadkową (statystyczną) – nieunikniony wpływ niedoskonałości pomiaru (przyrząd - operator), ich czułości i rozdzielczości oraz metody badawczej i innych czynników wpływających na wynik pomiaru. Można tu dodać również tzw. błąd gruby, np. pomyłkowe podanie wyniku w innych jednostkach, pomylenie zakresu pomiarowego przyrządu, możliwy do wyeliminowania przy pomiarach seryjnych (aproksymacja), będzie to wartość poza polem określonym przez (zazwyczaj) krzywą aproksymacji. Najczęstszym przypadkiem jest niepewność statystyczna spowodowana bądź statystyczną naturą badanego zjawiska, bądź statystycznym szumem aparatury, a także czynnikiem czasu, który warunkuje zmianę przedmiotu badanego.

Wzorce jednostek miar - definicja, rodzaje

Wzorzec jednostki miary (inaczej etalon) - przyrząd pomiarowy, materiał odniesienia lub układ pomiarowy przeznaczony do zdefiniowania, zrealizowania, zachowania lub odtworzenia jednostki miary albo jednej lub wielu wartości pewnej wielkości i służący jako odniesienie. Istnieją 2 główne klasy wzorców jednostek miar: Definiowane na podstawie obiektywnych wartości związanych ze znanymi zjawiskami fizycznymi, możliwe zatem do odtworzenia pod warunkiem posiadania odpowiedniego wyposażenia. Przykładem jednostki tego typu może być metr, ustalony jako ułamek długości południka paryskiego (później definicja została zmieniona na równoważną, jednak znacznie precyzyjniejszą, opartą o prędkość światła) Ustalone umownie (wzorzec materialny), dla których wzorzec jest jednocześnie definicją. Przykładem jednostki tego typu jest kilogram, choć trudności związane ze stabilnością tak definiowanej miary i postęp techniki zachęcają do ustalenia nowej definicji opartej na powszechnie dostępnych, mierzalnych wartościach. Rozróżnia się 4 rodzaje etalonu: Etalon podstawowy - jest to etalon o najwyższych właściwościach metrologicznych odnoszących się do określonej wielkości. Etalonu tego nigdy nie używa się do pomiarów. Porównuje się go z etalonami świadkami i etalonami odniesienia. Etalon świadek - jest to etalon przeznaczony do kontrolowania niezmienności etalonu podstawowego lub zastępowania go w przypadku uszkodzenia lub zgięcia. Etalon odniesienia - jest to etalon z którym porównuje się etalony o mniejszej dokładności. Etalon kontrolny - jest to etalon wywzorcowany przez porównanie z etalonem odniesienia i służący do sprawdzania narzędzi pomiarowych użytkowych o mniejszej dokładności.

Metody realizacji pomiaru

Metody pomiarowePomiarem fizycznym nazywa się czynności doświadczalne mające na celu ustalenie wartości określonych wielkości fizycznych na podstawie porównania tej wielkości z zastosowanym wzorcem. Metodę pomiarową wybiera się w zależności od m.in.: typu wielkości, która ma być oznaczana , warunków pomiarowych , dokładności , metody analizy wyników. Tak więc w zależności od założeń, które zostaną poczynione, daną wielkość można mierzyć na kilka sposobów. Wszystkie pomiary fizyczne można sklasyfikować jako: pomiary bezpośrednie - wynik otrzymuje się z bezpośrednio ze wskazania wybranego miernika, Taką metodę stanowi np. pomiar natężenia prądu elektrycznego, z użyciem amperomierza czy też oznaczanie średnicy wałka za pomocą suwmiarki pomiary pośrednie - wynik uzyskuje się mierząc inne wielkości na sposób bezpośredni i następnie obliczając zadaną wielkość ze znanej zależności między nią a wielkościami mierzonymi, ustalonej doświadczalnie lub teoretycznie. Przykładem pomiarów pośrednich jest wyznaczanie oporu R przez bezpośredni pomiar napięcia i natężenia prądu i wykorzystanie zależności: R = U/I.

Rodzaje i zasada pracy czynników pomiarowych (przykłady)

Próbkowanie wielkości pomiarowych - cel i sposoby realizacji

Próbkowanie (dyskretyzacja, kwantowanie w czasie) - proces tworzenia sygnału dyskretnego, reprezentującego sygnał ciągły za pomocą ciągu wartości nazywanych próbkami. Zwykle jest jednym z etapów przetwarzania sygnału analogowego na cyfrowy. Sposób przekształcenia Próbkowanie idealne to iloczyn funkcji grzebieniowej oraz sygnału ciągłego. Ponieważ wygenerowanie impulsównie jest realizowalne technicznie, zwykle funkcję impulsową przybliża się sygnałem prostokątnym o bardzo małym wypełnieniu. Taki sygnał również nie jest możliwy do wygenerowania przez urządzenia techniczne, w których zmiana wartości sygnału musi być funkcją ciągłą. Dlatego próbkowanie naturalne to iloczyn poddawanej próbkowaniu funkcji ciągłej oraz powtarzających się impulsów o realizowalnym charakterze. Od strony praktycznej wygląda to tak, że w ustalonych odstępach czasu (impulsowanie) mierzona jest wartość chwilowa sygnału i na jej podstawie tworzone są tzw.próbki. Sygnał przekształcony do postaci spróbkowanej nazywa się sygnałem dyskretnym.

Kwantowanie wielkości pomiarowych - cel i sposoby realizacji

Kwantowanie jest operacją, która przetwarza sygnał spróbkowany w sygnał o dyskretnej strukturze amplitudowej. Polega ona na podzieleniu zakresu zmian wartości sygnału na skończoną liczbę M przedziałów kwantyzacji i przybliżeniu wartości chwilowych próbek wartościami przyporządkowanymi poszczególnym przedziałom. Najczęściej przedziały kwantyzacji mają jednakową szerokość q, nazywaną kwantem lub

krokiem kwantowania. W wyniku kwantowania sygnał dyskretny x[nTs] zostaje przybliżony sygnałem cyfrowym ˜x[nTs] przybierąjacym skończoną liczbę wartości. Operacje kwantowania można zapisać formalnie w postaci: ˜x[nTs] = Q(x[nTs]) gdzie Q jest funkcją przyporządkowującą próbce x(nTs) jej wartość skwantowaną ˜x(nTs). W praktyce stosowane są różne rodzaje kwantowania zależne od sposobu cyfrowej reprezentacji liczb ujemnych. Liczby ujemne w arytmetyce stałoprzecinkowej przedstawia sie w komputerze za pomocą znaku i modułu (kod ZM), uzupełnienia do jedności lub uzupełnienia do dwóch. Trzy podstawowe sposoby kwantowania to: - zaokrąglanie (kody ZM, U1, U2), - obcinanie (kod U2),

- obcinanie (kod ZM, U1). Operacja kwantowania wprowadza specyficzny błąd do procesu przetwarzania sygnału nazywany błędem kwantowania.

Błąd kwantowania jest sygnałem dyskretnym określonym w chwilach próbkowania i przybierąjacym losowe wartości w skończonym przedziale o szerokości równej kwantowi. Analizę błędu kwantowania przeprowadza się zwykle metodami probabilistycznymi, tzn. sygnał błedu traktuje się jako sygnał losowy. Ponieważ wykazuje on właściwości zbliżone do typowych sygnałów szumowych, jest nazywany szumem kwantowania.

Przetworniki analogowo cyfrowe przeznaczenie i zasada pracy

Cyfrowe metody przetwarzania sygnałów polegają na przetworzeniu badanego sygnału analogowego w sygnał cyfrowy reprezentowany ciągiem słów binarnych o ustalonej długosci słowa, a następnie dokonywaniu wszelkich operacji na sygnale jako operacji na ciągach binarnych reprezentujacych ten sygnał. Układ przetwarzania składa sie z: - przetwornika analogowo-cyfrowego (przetwornika A/C), który zmienia postać

analogowego sygnału wejsciowego na postać binarną, - filtru cyfrowego (zawiera urządzenie arytmetyczne oraz pamięć), którego zadaniem jest

realizacja zadanej operacji na wejściowym sygnale binarnym, - przetwornika cyfrowo-analogowego (przetwornika C/A), który zamienia postać binarną - sygnału wyjsciowego na pożądaną z reguły postać analogową. Całym układem steruje i synchronizuje specjalny układ zewnętrzny.

Schemat ilustrujący ideę cyfrowego przetwarzania sygnałów jest przedstawiony na poniższym rysunku.

Działanie przetwornika jest sterowane generatorem impulsów synchronizujących, których częstotliwość powtarzania określa zarazem częstotliwość próbkowania sygnału analogowego. Na wyjściu przetwornika A/C występuje sygnał reprezentowany ciągiem słów binarnych kodujących kolejne próbki sygnału. Każde z tych słów jest ciągiem znaków binarnych „1” oraz „0” o ustalonej dla danego przetwornika długości.

Przetworniki cyfrowo analogowe - przeznaczenie, zasada pracy i rodzaje

Przetwornik cyfrowo-analogowy, przetwornik C/A lub DAC (z ang. Digital to Analog Converter, DAC) przyrząd elektroniczny przetwarzający sygnał cyfrowy (zazwyczaj liczbę binarną w postaci danych cyfrowych) na sygnał analogowy w postaci prądu elektrycznego lub napięcia o wartości proporcjonalnej do tej liczby. Innymi słowy jest to układ przetwarzający dyskretny sygnał cyfrowy na równoważny mu sygnał analogowy. Taki przetwornik ma n wejść i jedno wyjście. Przetworniki C/A pracują w oparciu o jedną z trzech metod przetwarzania: równoległą, wagową,zliczania

Budowa przetwornika C/A

Do elementów przetwornika zalicza się także obwody wejściowe układu. Ze względu na sposób pracy obwodów wejściowych wyróżnia się przetworniki równolegle, w których wszystkie bity sygnału są doprowadzane jednocześnie, oraz przetworniki szeregowe, w których sygnał wyjściowy jest wytwarzany dopiero po sekwencyjnym przyjęciu wszystkich bitów wejściowych, co sprawia, że są wolniejsze od przetworników połączonych równolegle.Zasadnicza część przetwarzająca sygnał cyfrowy na analogowy składa się z: rejestr stanu, będący oddzielną częścią, może być zintegrowany z zespołem przełączników, a w przetwornikach równoległych może nie występować; zespół przełączników elektronicznych, sterowanych wejściowymi sygnałami cyfrowymi, każdemu bitowi odpowiada jeden przełącznik; sieć rezystorów; precyzyjne źródło napięcia odniesienia lub wejście do podłączenia takiego źródła. Najważniejszymi parametrami przetwornika C/A są: rozdzielczość - najmniejsza zmiana sygnału wyjścia błąd bezwzględny - największa różnica między zmierzonym napięciem wyjściowym a wynikającym z założeń jakie ma wytwarzać idealny przetwornika na wyjściu przy danym wejściu. Biorąc pod uwagę cechy użytkowe oraz różnice konstrukcyjne przetworniki C/A można podzielić na: uśredniające przetworniki C/A, mnożące przetworniki C/A z przełączaniem prądów z napięciowymi źródłami odniesienia i inne

Modulacje i przesył sygnałów pomiarowych.

Modulacja – samorzutna lub celowa zmiana parametrów sygnału. Przykładem może być modulowany dźwięk syreny alarmowej o zmiennej częstotliwości. Częstotliwość zmian wywołanych modulacją jest dużo mniejsza od częstotliwości fali. Jeżeli modulowane są sygnały sinusoidalne, to proces ten może powodować zmiany amplitudy, częstotliwości lub fazy drgań. W przypadku fal prostokątnych (często stosowanych w technice cyfrowej) proc Modulacją w technice nazywa się celowy proces zmiany parametrów fali umożliwiający przesyłanie informacji (komunikację).

Modulacja jest konieczna, ponieważ sygnał musi nadawać się do transmisji przez sieć telekomunikacyjną. Zwykle medium transmisyjnym w takiej sieci są przewody miedziane, światłowody, powietrze i próżnia. Ograniczenia fizyczne powodują, że informacja może zostać przekłamana na skutek szumów, zniekształceń i przesłuchów pochodzących od innych sygnałów przesyłanych w tym samym ośrodku. Modulowany komunikat po pokonaniu tych wszystkich przeszkód musi być na tyle poprawny, aby odbiorca mógł wydzielić z niego użyteczne dane. Urządzenie dokonujące modulacji to modulator. Demodulacja to proces odwrotny do modulacji. Odbiornik nazywany demodulatorem uzyskuje sygnał, który dekoduje do wyjściowej postaci. Jeżeli komunikacja ma charakter dwustronny, to jedno urządzenie dokonuje równocześnie modulacji nadawanych sygnałów i demodulacji tych, które odbiera (modulator-demodulator w skrócie modem). Procesowi modulacji podlega szerokość, amplituda, pozycja (układ) oraz gęstość impulsów.

Układy pomiarowe z zastosowaniem przetworników A/C napięcia

Przetwornikiem pomiarowym wielkości elektrycznych X nazywamy obwód elektryczny, który przystosowuje mierzoną wielkość do postaci Y łatwiej mierzalnej. Wartość Y musi być związania z wartością X znaną zależnością. Wśród przetworników analogowych wyróżnia się przetworniki skali, takie jak boczniki, dzielniki napięcia, przekładniki, wzmacniacze i inne oraz przetworniki zmieniające charakter wielkości elektrycznej, takie jak przetworniki prostownikowe, przetworniki wartości skutecznej RMS-DC, przetworniki mocy, częstotliwości i inne.

Układy pomiarowe z zastsowaniem przetworników A/C – prądu

Przetwornikiem pomiarowym wielkości elektrycznych X nazywamy obwód elektryczny, który przystosowuje mierzoną wielkość do postaci Y łatwiej mierzalnej. Wartość Y musi być związania z wartością X znaną zależnością. Wśród przetworników analogowych wyróżnia się przetworniki skali, takie jak boczniki, dzielniki napięcia, przekładniki, wzmacniacze i inne oraz przetworniki zmieniające charakter wielkości elektrycznej, takie jak przetworniki prostownikowe, przetworniki wartości skutecznej RMS-DC, przetworniki mocy, częstotliwości i inne.

Układy pomiarowe z zastosowaniem przetworników A/C - rezystancje i pojemności

Przetwornikiem pomiarowym wielkości elektrycznych X nazywamy obwód elektryczny, który przystosowuje mierzoną wielkość do postaci Y łatwiej mierzalnej. Wartość Y musi być związania z wartością X znaną zależnością. Wśród przetworników analogowych wyróżnia się przetworniki skali, takie jak boczniki, dzielniki napięcia, przekładniki, wzmacniacze i inne oraz przetworniki zmieniające charakter wielkości elektrycznej, takie jak przetworniki prostownikowe, przetworniki wartości skutecznej RMS-DC, przetworniki mocy, częstotliwości i inne.

Częstościomierze i czasomierze.

Częstościomierz elektroniczny analogowy jak sama nazwa wskazuje jest to analogowe urządzenie pomiarowe, które służy do mierzenia częstotliwości. Urządzenie takie składa się przede wszystkim z układu formującego oraz kondensatora. W jego skład wchodzi także zestaw diod. Zasadza działania częstościomierza analogowego jest bardzo prosta. Jeśli przez nas układ przepływa ujemna pół fala, to wtedy przewodzi tylko jedna z diod, nazwijmy ją D1, natomiast druga jest ustawiona w kierunku zaporowym, czyli nie przepływa przez nią prąd. Możemy ją nazwać D2. Kondensator w takim układzie jest ładowany. Jeżeli natomiast pół fala jest dodatnia pierwsza z diod - D1 jest ustawiona w kierunku zaporowym, czyli nie przewodzi. Natomiast druga dioda - D2 w takim wypadku przewodzi prąd. Kondensator w takim wypadku jest rozładowywany. Bardzo prosta zasada. Należy pamiętać jednak, że zadaniem układu formującego jest zamienić otrzymany sygnał na wejściu na sygnał prostokątny. Sygnał na wejściu jest sygnałem sinusoidalnym. Częstościomierz analogowy to bardzo popularne urządzenie w elektronice, nawet jeśli często się tak nie nazywa, bowiem jest częścią innego - większego urządzenia.

Czasomierz Zegar – przyrząd do ciągłego pomiaru czasu. Zegary można podzielić na wykorzystujące do wskazań tarczę i wskazówki oraz np. symbole faz księżyca oraz cyfrowe – wykorzystujące do wskazań wyświetlacze ciekłokrystaliczne lub diodowe. W zegarach powszechnego użytku wskazania obejmują najczęściej godziny, minuty i sekundy. W niektórych zegarach i zegarkach stosowany jest także system kalendarzowy do wskazywania dni tygodnia, dat, faz Księżyca itp. W zegarach specjalistycznych stosuje się bardzo precyzyjne mechanizmy wskazywania i rejestracji czasu z dokładnością do ułamków sekundy.

Oscylkoskop elektroniczny i analogowo cyfrowy - zasada pracy i przeznaczenie

Oscyloskop — przyrząd elektroniczny służący do obserwowania, obrazowania i badania przebiegów zależności pomiędzy dwiema wielkościami elektrycznymi, bądź innymi wielkościami fizycznymi reprezentowanymi w postaci elektrycznej.Stosuje się go najczęściej do badania przebiegów szybkozmiennych, niemożliwych do bezpośredniej obserwacji przez człowieka. W oscyloskopie analogowym przebieg po wzmocnieniu steruje w płaszczyźnie pionowej plamką świetlną na ekranie oscyloskopu a w poziomie plamka jest sterowana albo z regulowanego generatora podstawy czasu (dzięki temu uzyskujemy obraz zmian napięcia sygnału w czasie), albo z sygnału odniesienia (rejestracja zależności dwóch przebiegów - patrz krzywe Lissajous). Oscyloskop analogowy zazwyczaj nie posiadał możliwości zapamiętania przebiegu, więc w celu stałego wyświetlania go na ekranie oscyloskopu musiał być podawany cyklicznie, dlatego też w celu takich właśnie przebiegów najczęściej był używany (przebiegi prądu zmiennego). Zmieniło się to wraz z wprowadzeniem oscyloskopów cyfrowych, które potrafią „zapamiętać” przebieg sygnału i odtworzyć go na ekranie nawet po jego zaniku. Dzięki zastosowaniu układów pamięciowych i przetworników analogowo-cyfrowych w oscyloskopach cyfrowych, lampa oscyloskopowa stała się zbędna i została wyeliminowana przez mniejsze i bardziej uniwersalne wyświetlacze ciekłokrystaliczne.

W zależności od technologii analizy sygnału wyróżnić można oscyloskopy:analogowe z lampą oscyloskopową, na której obraz generowany jest w wyniku oddziaływania obserwowanych przebiegów na układ odchylania wiązki elektronowej;cyfrowe z monitorem wyświetlającym obraz wygenerowany przez układ mikroprocesorowy na podstawie analizy zdigitalizowanych sygnałów wejściowych.

Ukłądy oscyloskopowe do pomiaru rezystancji dla prądu stałego.

Układy mostkowe do pomiaru rezystancji lub częstotliwości dla prądu zmiennego

Aspekty prawne czynności metrologicznych.

Zasadniczym zadaniem metrologii prawnej jest zapewnienie jednolitości pomiarów. Prawnej kontroli metrologicznej (metrologii prawnej) podlegają przyrządy pomiarowe które są wykorzystywane w określonych zastosowaniach. Ustawa Prawo o miarach w Artykule 8 pkt. 1 definiuje następujące zastosowania: - w ochronie zdrowia, życia i środowiska, - w ochronie bezpieczeństwa i porządku publicznego, - w ochronie praw konsumenta,

- przy pobieraniu opłat, podatków i nieopodatkowanych należności budżetowych oraz przy ustalaniu opustów, kar umownych, wynagrodzeń i odszkodowań, a także przy pobieraniu i ustalaniu podobnych należności i świadczeń, - przy dokonywaniu kontroli celnej, - w obrocie handlowym.

W stosownych rozporządzeniach dotyczących przyrządów pomiarowych wymagania te są bardziej szczegółowo odniesione do konkretnego przyrządu. System metrologii prawnej, jak już wcześniej wspomniano jest w określonych zastosowaniach dla konkretnych przyrządów pomiarowych obowiązkowy i zdefiniowany w stosownych aktach prawnych. Czynnością metrologii prawnej potwierdzającą spełnienie określonych wymagań jest legalizacja przyrządu pomiarowego. System metrologii naukowej i przemysłowej jest systemem dobrowolnym opartym na wymaganiach międzynarodowych lub krajowych norm. Czynnością metrologiczną jest w tym przypadku wzorcowanie przyrządu pomiarowego czyli odniesienie do wzorca międzynarodowego oraz określenie niepewności pomiaru. Należy jednak przypomnieć, że organizacja, która dobrowolnie wdrożyła i postępuje zgodnie z wymaganiami konkretnych norm jakościowych zobowiązała się do postępowania zgodnie z ich wymaganiami.

Czujniki pomiaru temperatury - rodzaje, zasada pracy.

Pomiar temperatury może być realizowany na wiele sposobów. W zależności od interakcji pomiędzy badanym obiektem pomiarowym a czujnikiem pomiarowym wyróżnić można: pomiar dotykowy (pomiar kontaktowy) - czujnik (termometr) styka się z obiektem, którego temperaturę mierzymy

pomiar bezdotykowy (pomiar bezkontaktowy) - poprzez pomiar parametrów promieniowania elektromagnetycznego emitowanego przez rozgrzane ciało (promieniowanie cieplne) np. długości fali, ilości emitowanej energii przez obiekt. W zależności od wykorzystanych do pomiaru własności fizycznych czujnika pomiarowego, wyróżnić można pomiar z wykorzystaniem zjawiska: odkształcenia bimetalu, wytwarzania napięcia elektrycznego na styku dwóch metali (termopara) w różnych temperaturach, zmiany rezystancji elementu (termistor), zmiany parametrów złącza półprzewodnikowego (termometr diodowy) zmiany objętości cieczy, gazu lub długości ciała stałego (termometr, termometr cieczowy), parametrów promieniowania cieplnego ciała np. Pirometr, zmiana barwy - barwa żaru, barwa nalotowa stali, farba zmieniająca kolor pod wpływem temperatury.

Rodzaje, budowa i zasady pracy termometrów rozszerzalnościowych.

Są to głównie termometry cieczowe szklane, które ze względu na bezpieczeństwo posiadają odpowiednie obudowy metalowe (rys. 2a). Jako ciecz pomiarowa w termometrach nie powinna być stosowana rtęć, gdyż w powiązaniu z amoniakiem może ona tworzyć związki wybuchowe. Alkohol nadaje się do zakresu temperatur od -110 OC do 50 OC. Stosowanie tych termometrów ograniczone jest do bezpośredniego miejsca pomiaru. Są to głównie termometry cieczowe szklane, które ze względu na bezpieczeństwo posiadają odpowiednie obudowy metalowe (rys. 2a). Jako ciecz pomiarowa w termometrach nie powinna być stosowana rtęć, gdyż w powiązaniu z amoniakiem może ona tworzyć związki wybuchowe. Alkohol nadaje się do zakresu temperatur od -110 OC do 50 OC. Stosowanie tych termometrów ograniczone jest do bezpośredniego miejsca pomiaru.

Rodzaje, budowa i zasady pracy termometrów ciśnieniowych.

Rodzaje, budowa i zasady pracy termometrów

Termometr – przyrząd do pomiaru temperatury metodą pośrednią, na podstawie zmiany pod wpływem temperatury właściwości termometrycznej ciała termometrycznego zastosowanego w termometrze. Zakres mierzonych temperatur i zastosowań termometru w znacznym stopniu zależy od ciała termometrycznego i właściwości termometrycznej. Termometr może służyć do pomiaru dowolnej temperatury w określonym zakresie lub wskazywania tylko wybranych wartości temperatury (wskaźniki temperatury). Podział termometrów ze względu na zasadę działania termometr cieczowy – wykorzystuje zjawisko rozszerzalności cieplnej cieczy (przeważnie rtęci albo alkoholu): termometr rtęciowy – dla temperatur od −38°C (temp. topnienia rtęci) do +356°C (temp. wrzenia rtęci); termometr alkoholowy – dla temperatur od −70 do +120 °C; np. termometr pokojowy Termometr bimetalowy, w którym wykorzystuje się różnice w rozszerzalności cieplnej dwóch metali. termometr gazowy – czynnikiem roboczym jest gaz, mierzy się parametry gazu np. objętość, przy stałym ciśnieniu lub ciśnienie przy stałej objętości. termometr parowy – wykorzystuje zależność ciśnienia pary nasyconej od temperatury, stosowany w termostatach np. samochodowych, termometr radiacyjny – działa na zasadzie pomiaru promieniowania emitowanego przez ciała (np. pirometr lub kamera termowizyjna) termometr elektryczny – wykorzystuje wpływ temperatury na właściwości elektryczne materiałów wykorzystywanych do budowy czujników. termometr oporowy ( wykorzystujący zmianę oporu elektrycznego wraz z temperaturą. Materiały stosowane w tego typu czujnikach: platyna, brąz, półprzewodniki, specjalne stopy; ; termometr wykorzystujący zmianę różnicy potencjałów na stykach różnych materiałów wraz z temperaturą termoparę (termometr termoelektryczny) – wykorzystuje zjawisko Seebecka Konstrukcja i zastosowane materiały umożliwiają stosowanie termometrów w miejscach pomiaru gdzie występują wstrząsy, media agresywne i temperatura do 300 °C w zależności od materiału z którego dany termometr został wykonany. Termometr magnetyczny (paramagnetyczny) – do pomiaru temperatur mniejszych niż 1 kelwin. Termometry półprzewodnikowe są produkowane jako układy scalone. Przykładem takiego układu są termometry DS18B20, których dokładność bez skalowania wynosi 0,5 st., a po przeskalowaniu 0,01 st.

Rodzje, budowa i zasady pracy termometrów oporowych.

Termometry oporowe mogą składać z 1, 2 i czasami nawet 3 oporników pomiarowych. Spoina pomiarowa jest izolowana. Połączenie pomiędzy termometrem oporowym i urządzeniem pomiarowym wykonuje się najczęściej w układzie 2 - przewodowym. (Oporność przewodów zostaje po rozliczeniu i zmianie wprowadzona do pomiaru). W zakresie pomiarów dokładnych stosuje się układy 3 - przewodowe, a w zakresie pomiarów o wysokiej dokładności układy 4 - przewodowe z prądem stałym i wielkooporowym poborem napięcia. Należy układać dostępne w handlu przewody miedziane o przekroju 1,5 mm2, w miarę możliwości z odstępem na poziomie 0,5 m od linii zasilających, najlepiej we własnych kanałach

kablowych. Skręcane i osłonięte przewody ograniczają zakłócenia magnetyczne i elektryczne. Nie wolno przekraczać zalecanych przez producenta prądów pomiarowych 0,1 A … 10 mA w zależności od wykonania (błąd wynikający z samo - podgrzewania). Termometr (termoelement, termometr oporowy) musi mieć w miarę możliwości jak najlepszy kontakt z środowiskiem, które ma zostać mierzone. W kwestii unikania błędów na skutek rozpraszania ciepła głębokość zanurzenia powinna wynosić: w cieczach 6 … 8 razy średnica rury ochronnej, w gazach 10 … 15 razy średnica rury ochronnej. Jeżeli z przyczyn konstrukcyjnych możliwe jest jedynie zastosowanie małych długości montażowych, wtedy należy stosować konstrukcje specjalne bez dodatkowej rury ochronnej. Pomocny jest często montaż w łuku rurowym, przy czym należy usytuować rurę ochronną w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu środowiska.

Zasady prawidłowego pomiaru tempreratury w rurociągach.

Przy podłączaniu przyrządów do pomiaru poziomu cieczy należy zawsze zwracać uwagę na przestrzeganie następujących zasad: górny króciec poziomowskazu (lub kolektora poziomowskazowego) powinien być umieszczony powyżej górnego dopuszczalnego poziomu cieczy w zbiorniku;

powinno być zapewnione swobodne odprowadzenie pary z górnej jego części; dolny króciec poziomowskazu powinien być umieszczony poniżej dopuszczalnego dolnego poziomu cieczy, nie jest to jednak zawsze konieczne; zawsze powinien być zapewniony swobodny dopływ cieczy do dolnej jego części; dolne podłączenie poziomowskazu powinno być ukształtowane tak, aby nie wpływał do niego olej wydzielający się w dolnej części zbiornika; olej w poziomowskazie wpływa na zafałszowanie wskazania poziomu.

Rys. 2 Termometr - podstawowy - obok manometru - przyrząd pomiarowy w chłodnictwie: a) termometr szklany, z napełnieniem spirytusowym, w oprawie metalowej; b) zalecane osadzenie termometru w przewodzie izolowanym z czynnikiem chłodniczym; 1 - przewód rurowy, 2 - tuleja termometrowa z denkiem, wspawana do przewodu oraz napełniona olejem chłodniczym 3 - izolacja przewodu

Zasady prawidłowego pomiary temperatury - powierzchni - ciał stałych

Pomiar temperatury powierzchni ciał stałych graniczących z płynem (gazem lub cieczą) należy do najczęściej spotykanych w termometrii. Pomiarów temperatury w takich przypadkach można dokonywać przy użyciu termometrów stykowych lub pirometrów(termometrów bezstykowych).

Pomiar temperatury powierzchni termometrami rtęciowymi: a) w otworze termometrycznym, b) z zastosowaniem podstawki pośredniczącej; 1 – termometr, 2 – folia metalowa, 3 – podstawka pośrednicząca

Modyfikacją metody stykowej pomiaru temperatury powierzchni jest metoda stykowa z kompensacją cieplną z czujnikami podgrzewanymi. Zasada ich działania polega na podgrzaniu czujnika stykowego dodatkowym elementem grzejnym do temperatury równej temperaturze powierzchni badanej. W ten sposób eliminuje się wymianę ciepła między czujnikiem a ciałem badanym, stanowiącą przyczynę zakłócenia pierwotnego pola temperatury. Najczęściej z kompensacja cieplna wykonuje się czujniki termoelektryczne, rzadziej rezystancyjne.

Pirometry - zasada pracy i rodzaje.

Pirometr - przyrząd pomiarowy służący do bezdotykowego pomiaru temperatury. Działa w oparciu o analizę promieniowania cieplnego emitowanego przez badane ciała. Wszystkie ciała o temperaturze wyższej od temperatury zera bezwzględnego emitują promieniowanie cieplne o podobnej charakterystyce zwanej promieniowaniem ciała doskonale czarnego. Proste pirometry mierzą ilość energii emitowanej poprzez pomiar temperatury elementu, na który pada promieniowanie. Do pomiaru temperatur powyżej 600°C używane są pirometry optyczne, w których jasność świecenia badanego obiektu jest porównywana z jasnością obiektu wzorcowego (np. żarnika). Pirometr używany jest m.in. przez straż pożarną do mierzenia temperatury w momencie gdy nie ma możliwości podejścia do źródła ciepła. Pirometry wykorzystują zależność natężenia promieniowania emitowanego przez nagrzane ciało do jego temperatury. Zakres promieniowania wykorzystywanego w pirometrii wynosi od 0,4 do 20µm i obejmuje zarówno promieniowanie widzialne jak i podczerwone. W zależności od wykorzystywanego zakresu długości fal promieniowania temperaturowego można rozróżnić następujące rodzaje pirometrów: - radiacyjne (całkowitego promieniowania) - fotoelektryczne (elementem pomiarowym jest fotoelement) - pasmowe (wykorzystują określone pasmo promieniowania temperaturowego) - monochromatyczne (wykorzystują jedną długość fali) - dwubarwowe (zasada pomiaru polega na porównaniu natężenia promieniowania dwóch fal o różnych długościach) W każdym pirometrze można wyróżnić następujące części składowe: - układ optyczny, którego zadaniem jest skupienie promieniowania na detektorze - detektor promieniowania (fotoelement, termoelement) - układ przetwarzający sygnał z detektora - wskaźnik lub wyświetlacz wielkości mierzonej temp

Sposoby zmniejszania lub eliminacji błędów pomiarowych pirometrów.

Wzrocowanie lub sprawdzanie termometrów.

Celem wzorcowania jest ustalenie kondycji metrologicznej wzorcowanego przyrządu, określającej jego przydatność do wykonywania pomiarów. Wzorcowanie termometru polega na określeniu różnicy pomiędzy wskazaniem przyrządu wzorcowego i termometru wzorcowanego z równoczesnym oszacowaniem niepewności pomiaru, dokonanego przy pomocy przyrządu wzorcowego. Wzorcowanie termometru może być dokonywane przy zakupie jak również w dowolnym czasie eksploatacji, w zależności od potrzeb użytkownika i wymagań służb kontrolnych. Jakkolwiek przepisy nie określają jak często należy przeprowadzać wzorcowanie termometrów to jednak zawsze w przypadku pojawienia się wątpliwości dotyczących prawidłowości pomiarów należy dany termometr poddać procedurze wzorcowania. W praktyce poprawność wskazań termometrów nie posiadających świadectw wzorcowania może być sprawdzana okresowo przez porównanie z wywzorcowanym termometrem o wyższej dokładności pomiaru. Wzorcowaniem nazywa się czynność wyznaczania zależności między podziałką przyrządu wskazującego a wielkością temperatury. Sprawdzanie jest to czynność ustalenia, czy w sprawdzanym termometrze skala jest zgodna z rzeczywistością, tj. czy temperatura wskazywana przez termometr jest temperaturą czujnika. Przy wzorcowaniu termometrow opieramy się na stałych punktach termodynamicznych (temperatura topniejącego lodu – 0oC oraz wrzenia wody pod ciśnieniem 760Tr – 100oC) i punktow stałych pomocniczych (temperatura krzepnięcia, topnienia, wrzenia czy też sublimacji ciał łatwych do otrzymania w stanie czystym). Przy sprawdzaniu najczęściej

porównujemy wskazania termometru badanego ze wskazaniem termometru wzorcowego.

Kamery termowizyjne - zasada pracy, przeznaczenie.

Zasada działania Każde ciało o temperaturze wyższej od zera bezwzględnego jest źródłem promieniowania w paśmie podczerwieni, a jego intensywność zależy od temperatury i cech powierzchni ciała. Aparatura termowizyjna jest odmianą telewizji wrażliwej na fragment zakresu promieniowania podczerwonego. Tworzenie obrazu polega na rejestracji przez kamerę promieniowania emitowanego przez obserwowany obiekt, a następnie przetworzeniu na kolorową mapę temperatur. System termowizyjny jest więc rodzajem niezwykłego termometru, który pozwala mierzyć temperaturę na odległość w wielu miejscach jednocześnie. Zastosowania - nieinwazyjne wykrywanie: - wad technologicznych przegród budynków, błędów w dociepleniu, mostków cieplnych, zawilgoceń, filtracji powietrza -lokalizacji rur z ciepłą wodą, oraz wycieków i nieszczelności
-zwiększonej rezystancji dla rozdzielni wszystkich napięć, transformatorów, szafek elektrycznych, uszkodzonych bezpieczników, lini WN i wszelkich złączy elektrycznych -złego stanu izolacji cieplnej kotłów, rurociągów, izolowanych kanałów, elektrofiltrów, kadzi ( diagnostyka przedremontowa i powykonawcza ), -lokalizacji przebiegu sieci ciepłowniczej ( inwentaryzacja ), -złego stanu przewodów doprowadzających gazy -złego stanu wanien szklarskich i elektrolitycznych -wadliwie pracujących urządzeń mechanicznych (nadmierne przegrzanie) -wewnętrznych samozapłonów hałd węglowych, -uszkodzeń wymurówki pieców, kominów żelbetowych -ognisk pożarów leśnych -chorób (zastosowania medyczne) , niezastąpione w każdej sytuacji, w której ważny jest rozkład temperatur

Rodzaje (definicje) ciśnień dotyczacych płynu w stanie ustalonych w jego strumieniu.