1) Istota pomiaru:

Mierzenie to uzyskiwanie informacji o określonym zjawisku fizycznym poprzez użycie odpowiednich przyrządów pomiarowych, odczytanie ich wskazań (aktywizacja wyników pomiarowych).

Mierzenie to proces transmisji danych. Porównywanie tego co ma być mierzone z tym, co jest wzorcowe - proces porównania, jest zawsze elementem procesu mierzenia.

Mierzenie to proces poznawczy, w którym odwzorowuje się konkretna właściwość fizyczną przez liczbę.

Mierzenie to doświadczenie fizyczne - porównanie pewnej wielkości fizycznej z pewną jej wartością obraną za jednostkę w wyniku czego otrzymujemy wartość pewnej wielkości.

1) Wielkość fizyczna i wartość wielkości:

Wyróżnioną właściwość obiektu (np. napięcie, rezystancję, masę, temperaturę itd.) nazywa się wielkością fizyczną (krótko: wielkością). Rozróżnia się wielkości ciągłe (analogowe) i ziarniste (dyskretne) lub wielkości aktywne (czynne) i pasywne (bierne). Wielkości ciągłe mogą przybierać dowolne wartości, różniące się o nieskończenie małe przyrosty. Wielkości ziarniste mogą przybierać tylko określone wartości, różniące się o skończone przyrosty nazywane kwantami lub ziarnami. Wielkości aktywne (np. prąd elektryczny, temperatura) można mierzyć bez dodat­kowego źródła energii. Do pomiarów wielkości pasywnych (np. rezystancji, pojemno­ści) jest potrzebne dodatkowe źródło energii.

Wartość wielkości jest to wielkość mierzona wyrażona iloczynem liczby i jednostki miary (np. wartość skuteczna napięcia elektrycznego - 85 V).

1) Jednostki miar i układ jednostek:

Obecnie obowiązuje w Polsce międzynarodowy układ jednostek miar SI. W tym układzie ustalono następujące wielkości podstawowe: długość, masa, czas, prąd elektryczny, temperatura (termodynamiczna), liczność materii, światłość. Przyjęto również dwie wielkości uzupełniające: kąt płaski i kąt bryłowy. Jednostkami pod­stawowymi układu SI są odpowiednio: metr (m), kilogram (kg), sekunda (s), amper (A), kelwin (K), mol (mol), kandela (cd), a jednostkami uzupełniającymi: radian (rad) i steradian (sr).

Wielkości definiowane za pomocą równań i wielkości podstawowych są nazywa­ne wielkościami pochodnymi, np. prędkość, przyspieszenie, napięcie elektryczne, pojemność elektryczna. Jednostkami miar wielkości pochodnych definiowanymi za pomocą równań i jednostek podstawowych są np. wolt (V), farad (F).

Dziesiętne wielokrotności i podwielokrotności jednostek miar można wyrażać przez dołączenie do nazw lub oznaczeń jednostek miar przedrostków lub ich oznaczeń wyrażających mnożniki dziesiętne.

Jednostki miar odtwarza się za pomocą wzorców. Jednostki miar wielkości podstawowych są odtwarzane z największą możliwą dokładnością.

1) Obiekt pomiaru i pojęcie mezurandu:

Obiektem fizycznym (badanym) są nazywane przedmioty martwe, istoty żywe oraz zjawiska fizyczne istniejące w otaczającym świecie. Ilościowe poznanie obiektu fizycznego jest możliwe przez wyznaczenie fizycznych właściwości obiektu, realizo­wane przez pomiar.

Mezurand - określona wielkość fizyczna stanowiąca przedmiot pomiaru.

2) Mierzenie jako proces przetwarzania informacji pomiarowej:

Narzędzia pomiarowe są to środki techniczne przeznaczone do wykonywania po­miarów, obejmujące wzorce miar, przyrządy i przetworniki pomiarowe.

Pomiar stanowią czynności doświadczalne, wykonywane w celu wyznaczenia wartości wielkości (np. pomiar długości, pomiar rezystancji). Zasada pomiaru określa zjawisko fizyczne stanowiące podstawę pomiaru (np. zasada proporcjonalnego odkształcenia sprężyny pod działaniem siły lub zasada proporcjonalnego przyrostu rezystancji elektrycznej wraz ze wzrostem temperatury). Sposób pomiaru określa kolejność czynności koniecznych do wykonania pomiaru. Metoda pomiaru określa sposób porównania badanego obiektu z wzorcem miary (np. bezpośrednia, pośred­nia, zerowa metoda pomiarowa).

Proces pomiarowy obejmuje następujące czynności metrologiczne: zdefiniowanie wielkości mierzonej (np. wartość skuteczna, średnia, szczytowa, chwilowa), wybór fizycznej zasady i metody pomiaru, wykonanie doświadczenia, opracowanie wyników pomiaru.

2) Struktury przyrządów pomiarowych: przyrządy analogowe i cyfrowe:

Narzędzia pomiarowe są to środki techniczne służące do bezpośredniego porównania mierzonych wielkości z jednostkami miary tych wielkości. Są to wzorce, przyrządy pomiarowe, przetworniki pomiarowe.

Przyrząd pomiarowy jest to narzędzie pomiarowe służące do przetwarzania wielkości mierzonej na wskazania lub równoważną informację. Przyrząd pomiarowy składa się najczęściej z kilku przetworników pomiarowych połączonych szeregowo (struktura otwarta) lub równolegle ze sprzężeniem zwrotnym (struktura zamknięta). Metrologiczne właściwości przyrządu zależą od metrologicznych właś­ciwości zastosowanych przetworników pomiarowych.

Przyrządy pomiarowe klasyfikuje się wg różnych kryteriów. Na przykład wg spełnianych funkcji przyrządy pomiarowe dzieli się na: mierniki, rejestratory, liczniki i detektory zera. Mierniki są to przyrządy pomiarowe wyskalowane w jednostkach miary wielkości mierzonej. Rejestratory są to przyrządy pomiarowe umożliwiające zapis wartości mierzonej wielkości w funkcji czasu (rejestratory X-t) lub w funkcji innej wielkości (rejestratory X-Y). Liczniki są to przyrządy pomiarowe wskazujące stopniowo narastającą w czasie wartość wielkości mierzonej (np. energię przetwarza­ną na proporcjonalną liczbę obrotów tarczy licznika, wskazywaną przez liczydło). Detektory zera są to przyrządy umożliwiające stwierdzenie zaniku wielkości (np. prądu, strumienia magnetycznego).

Przetwornik pomiarowy służy do przetwarzania wartości wielkości mierzonej na proporcjonalną wartość innej wielkości (np. termoelement) lub inną wartość tej samej wielkości (np. przekładnik prądowy, dzielnik napięcia).

Ze względu na rodzaj wejściowej informacji pomiarowej rozróżnia się analogowe lub cyfrowe przyrządy i przetworniki pomiarowe. Ze względu na rodzaj sygnału pomiarowego na wejściu i wyjściu przetwornika rozróżnia się przetworniki: analogowo-analogowe (A/A), analogowo-cyfrowe (A/C), cyfrowo-analogowe (C/A) i cyfrowo-cyfrowe (C/C)

2) Metody pomiarowe:

Metoda pomiarowa określa sposób porównania wielkości mierzonej z wzorcem tej wielkości zastosowanym w pomiarach, celem wyznaczenia wyniku pomiaru.

Stosuje się różne metody w zależności od: rodzaju wielkości mierzonej, wymaga­nej dokładności, sposobu opracowania wyników, warunków pomiaru (laboratoryjne, przemysłowe, terenowe). Tę samą wielkość (np. rezystancję) można mierzyć różnymi metodami. Stosuje się różne zasady klasyfikacji metod.

W metodzie pomiarowej bezpośredniej wartość wielkości mierzonej otrzymuje się bezpośrednio bez dodatkowych obliczeń, np. pomiar prądu elektrycznego - am­peromierzem, mocy elektrycznej - watomierzem, rezystancji elektrycznej - omomierzem.

W metodzie pomiarowej bezpośredniej rozróżnia się metodę jednoczesnego po­równania z wzorcem (zerowa, przez podstawienie, przez przestawienie), metodę niejednoczesnego porównania z wzorcem (wychyleniowa) i metodę kombinowanego porównania z wzorcem (różnicowa, koincydencyjna).

W metodzie pomiarowej pośredniej mierzy się bezpośrednio nie wielkość badaną Y lecz wielkości A,B,C,… związane z wielkością Y zależnością funkcyjną ustaloną teoretycznie lub doświadczalnie. Przykładem jest pomiar mocy P lub pomiar rezystancji R za pomocą woltomierza (napięcie U) i amperomierza (prąd I), a następnie obliczenie P = Ul lub R = U/I.

W metodzie zerowej kompensacyjnej wielkość mierzona np. napięcie Ux przeciwdziała wielkości wzorcowej Uk i kompensuje jej oddziaływanie na detektor D. W stanie równowagi oddziaływanie na detektor obu wielkości jest jednakowe, lecz przeciwnie skierowane, wiec prąd Id płynący przez detektor jest równy 0.

W metodzie zerowej komparacyjnej porównuje się krotność k wielkości mierzonej X ze znana wielkością Xw wielkości mierzonej. W stanie równowagi: X=Xw/k.

W metodzie przestawieniowej równoważy się wartość X wielkości mierzonej ze znaną wartością X_w1 wielkości wzorcowej, a następnie przestawia się wielkość mierzoną X w miejsce X_w1 i równoważy się ponownie ze znaną wielkością X_w2 wielkości wzorcowej. Wartość wielkości mierzonej oblicza się ze wzoru: X = sort(X_w1 X_w2).

W metodzie wychyleniowej określa się wartość wielkości mierzonej na podstawie wychylenia urządzenia wskazującego (np. wskazówki nad wzorcowaną i opisaną podziałką). Metoda wychyleniowa jest najprostszą metodą pomiarową.

W metodzie pomiarowej różnicowej mierzy się różnicę między wartością wielkości mierzonej a mało różniącą się od niej wartością tej samej wielkości, np. pomiar siły elektromotorycznej (SEM) Ex badanego ogniwa polega na porównywaniu z siłą elektromotoryczną Ew ogniwa wzorcowego i pomiarze różnicy ∆E. Pomiar badanej wielkości metodą różnicową jest tym dokładniejszy , im mniejsza jest różnica między wartością wielkości mierzonej a wzorcem.

W metodzie koincydencyjnej wyznacza się koincydencję (zbieżność) określonych wskazów (wg tej metody działa suwmiarka) lub mało się różniących sygnałów wielkości mierzonej i wartości wzorcowej tej samej wielkości (stosowana przy regulacji okresu zegara badanego do okresu zegara wzorcowego).

3) Błąd pomiaru i pojęcie niepewności wyniku, klasyfikacja błędów pomiaru:

Niepewność pomiaru - ryzyko uzyskania błędnego wyniku w pomiarze, charakteryzujące rozrzut wartości (szerokość przedziału), który można w uzasadniony sposób przypisać wartości mierzonej i wewnątrz którego można z zadowalającym prawdopodobieństwem usytuować wartość wielkości mierzonej.

Ograniczona dokładność narzędzia pomiarowego powoduje, że wartość wyniku pomiaru różni się od wartości wielkości mierzonej. Różnicę między tymi wartościami nazywa się błędem pomiaru. Ze względu na przyczynę powstania błędów rozróżnia się: błędy podstawowe i dodatkowe, błędy metody, błędy bezwzględne i względne, błędy systematyczne, przypadkowe, nadmierne i inne.

Błąd podstawowy narzędzia pomiarowego występuje wówczas, gdy narzędzie jest stosowane w warunkach znamionowych określonych przez normy. Błędy dodatkowe występują wówczas, gdy narzędzie jest stosowane w warunkach różnych od warunków znamionowych (np. błąd temperaturowy, częstotliwościowy). Błąd metody jest najczęściej spowodowany energią pobieraną przez zastosowane na­rzędzie pomiarowe.

Błąd bezwzględny ∆ jest różnicą między wynikiem pomiaru X a wartością rzeczywi­stą wielkości mierzonej V, czyli ∆ = X - V. Błąd bezwzględny jest zawsze mierzony w jednostkach wielkości mierzonej, ma konkretny znak: (+/-). Zmierzona wartość X jest nazwana niekiedy surowym wynikiem pomiaru. Wartość rzeczywista V jest w praktyce nieznana. W pomiarach zastępuje się ją względnie dokładnym przybliżeniem , tzw. wartością poprawną Xp otrzymaną za pomocą dodatkowego przyrządu pomiarowego. Błąd bezwzględny lecz ze znakiem przeciwnym nazywa się poprawką p= -∆.

Błąd względny ∂ jest to stosunek błędu bezwzględnego do wielkości mierzonej ∂ = (∆/V) = (X-V)/V lub wyrażony w procentach: ∂ = (∆/V)*100. Błąd względny umożliwia porównywanie dokładności przyrządów pomiarowych o różnych zakresach.

Błędy systematyczne to błędy, które przy wielu pomiarach tej samej wartości określonej wielkości, wykonanych w tych samych warunkach, są stałe lub zmieniają się wg określonego prawa wraz ze zmianą warunków. Stałe mają tą samą wartość i znak przy każdym pomiarze. Powstają przy użyciu narzędzi pomiarowych, w warunkach różnych od warunków odniesienia. Zmienne mają różne wartości w funkcji czasu lub w funkcji innej wielkości.

Błędy przypadkowe są to błędy zmieniające się w sposób nieprzewidziany (przypad­kowy, losowy), zarówno co do znaku, jak i wartości bezwzględnej, przy wykonywa­niu dużej liczby pomiarów tej samej wartości wielkości mierzonej w warunkach praktycznie niezmiennych. Błędów przypadkowych nie można usunąć z surowych wyników pomiarów przez dodanie poprawki. Na podstawie serii pomiarów i rachun­ku prawdopodobieństwa ustala się granice, w których znajdują się błędy przypad­kowe (przedział niepewności wyniku pomiaru).

Błąd dynamiczny jest to różnica między przebiegiem odpowiedzi narzędzia a przebiegiem wejściowym.

Błąd metody zależy od sposobu wykorzystania przyrządu.

Ustroje elektromechaniczne:

Są to przetworniki wielkości elektrycznych na wielkość mechaniczną - z reguły na drogę przemieszczenia wskazówki.

Każdy ustrój elektromechaniczny składa się z tych samych podstawowych elementów:

• części ruchomej wytwarzającej moment napędowy

• części wytwarzającej moment przeciwny do momentu napędowego, najczęściej są to sprężyny

• skala

• tłumiki

• okablowanie

Działanie ustroju:

Płynący przez cewkę prąd wytwarza moment napędowy, rdzeń jest wciągany do środka, pod wpływem tego momentu część ruchoma stara się obrócić, jednak nie może tego zrobić o kąt większy niż 2π, przeciwdziała temu mechanizm sprężynowy - zwraca moment przeciwny do momentu napędowego.

M_k=kα

k - stała sprężyny, α - kąt obrotu części ruchomej

Konstrukcja musi być wywarzona - środek ciężkości ustroju na środku przeciwwagi, ruch organu ruchomego musi być ograniczony przez odboje, gdy I=0 wskazówka musi pokazywać 0.

Najważniejsze rodzaje ustrojów elektromechanicznych:

Mierniki magnetoelektryczne to przyrządy pomiarowe służące do mierzenia natężenia prądu elektrycznego stałego, w których pomiar odbywa się dzięki wzajemnemu oddziaływaniu pola magnetycznego magnesu trwałego z polem magnetycznym wytworzonym przez mierzony prąd płynący w ruchomej cewce połączonej ze wskazówką. Mierniki te mogą określać też wartości innych wielkości fizycznych przetwarzanych na prąd elektryczny.

Wzajemne oddziaływanie pól tworzy moment obrotowy kompensowany przez moment sił zwrotnych powstających dzięki sprężystemu zastosowaniu cewki. Położenie równowagi momentów sił jest proporcjonalne do natężenia prądu elektrycznego płynącego w cewce.

W miernikach magnetoelektrycznych następuje odchylenie organu ruchomego w wyniku współdziałania pola magnetycznego magnesu i ruchomej cewki, przez którą płynie prąd. Magnes stały z nabiegunnikami wykonanymi ze stali stanowi element nieruchomy miernika. Organem ruchomym jest cewka nawinięta cienkim, izolowanym przewodem miedzianym. Cewka jest umieszczona w taki sposób, aby jej oś obrotu pokrywała się z osią geometryczną szczeliny obwodu magnetycznego. Do cewki przymocowana jest wskazówka, która na tarczy pokazuje wartość mierzonej siły. Jeżeli przez zwoje cewki płynie prąd stały "I", doprowadzony przez spiralne sprężyny, w której pole magnetyczne ma stałą indukcję "B", to zaczyna działać siła "F", której wartość określa się wzorem: F=B I l [N]; gdzie "l" to głębokość zanurzenia cewki w polu magnetycznym. Siła ta działa na obydwa boki cewki, powstaje więc moment napędowy ustroju pomiarowego M=F a. Przy czym "a" oznacz szerokość cewki.

Kąt nachylenia cewki jest proporcjonalny do prądu płynącego w tej cewce i określa się go za pomocą wskazówki przesuwającej się wzdłuż podziałki. Miernik magnetoelektryczny jest typowym miernikiem prądu stałego reagującym na zwrot prądu, dlatego też w miernikach magnetoelektrycznych zaznacza się biegunowość jednego z zacisków, na przykład z zacisku plus (+). Mierniki magnetoelektryczne tego typu mogą być używane jako amperomierze lub woltomierze. Zaletami mierników magnetoelektrycznych są: duża czułość, dokładność oraz mały pobór mocy.

Zasada działania - miernika elektromagnetycznego polega na oddziaływaniu pola magnetycznego cewki przewodzącej prąd, na ruchomy rdzeń ferromagnetyczny umieszczony w tym polu. Wskazówka połączona z rdzeniem wskazuje wartość prądu przepływającego przez cewkę. Im większy prąd przepływa przez cewkę, tym silniej jest wciągany rdzeń, tym większy jest moment i większe odchylenie wskazówki.

Miernik elektromagnetyczny służy zarówno do pomiaru prądu stałego, jak i wartości skutecznej prądu przemiennego. Mierniki elektromagnetyczne są budowane jako amperomierze i jako woltomierze.

Mają nieskomplikowaną budowę i charakteryzują się pewnością działania. Mierniki elektromagnetyczne są stosowane do pomiarów prądu i napięcia małej częstotliwości (amperomierze do 1500Hz, woltomierze do 1kHz) obiektów o mocy ponad 500 VA. Najmniejszy zakres prądowy wynosi 1mA.

Budowa - rodzaje ustrojów elektromagnetycznych: jednordzeniowe i wielordzeniowe.

Ustrój dwurdzeniowy ma cewkę okrągłą. Dwa rdzenie wykonane z cienkiej blachy stalowej umieszczone są wewnątrz cewki. Jeden z nich rdzeń, nieruchomy przymocowany jest do korpusu cewki, a drugi ruchomy do osi ustroju .Dokładność - 0,5;1;1,

Miernikami elektrodynamicznymi nazywamy mierniki, których odchylenie organu ruchomego następuje w wyniku oddziaływania elektrodynamicznego dwóch cewk, przez które płyną prądy. Cewka ruchoma osadzona na osi, do której jest przymocowana wskazówka, znajduje się wewnątrz cewki nieruchomej. W wyniku oddziaływania elektrodynamicznego cewek powstają siły wytwarzające moment napędowy. Moment ten jest równoważony przez moment zawierający dwóch sprężynek spiralnych, doprowadzających jednocześnie prąd do cewki ruchomej.

Mierniki elektrodynamiczne są używane jako amperomierze, woltomierze, watomierze do pomiarów przy prądzie stałym i przemiennym.

Mierniki elektrodynamiczne odznaczają się dużą dokładnością, ale mają delikatną budowę. Dlatego też są przeważnie uzywane jako przyżądy labolatoryjne wysokiej klasy (kl. 0,1; 0,2; 0,5). W watomierzu elektrodynamicznym cewka nieruchoma jest cewka prądowa i jest włączona w obwód tak jak amperomierz. Cewka ruchoma jest cewką napięciową i jest włączona w obwód tak ja woltomierz.

Jeżeli cewkę nieruchomą nawiniemy na rdzeń z materiału ferromagnetycznego, to wzrośnie siła oddziaływania pola magnetycznego cewki nieruchomej na prąd płynący w cewce ruchomej. Tego typu mierniki nazywamy miernikami ferrodynamicznymi.

Mierniki ferrodynamiczne mają większy moment napędowy. Dlatego też są stosowane jako mierniki tablicowe, przenośne i rejestrujące.

Miernik ferrodynamiczny posiada dwie cewki nieruchomą i ruchomą. Cewka nieruchoma jest nawinięta na rdzeniu z magnetycznie miękkiej stali. W szczelinie między rdzeniem a umieszczonym wewnątrz bębenkiem stalowym znajduje się cewka ruchoma. Cewka, sprężyny spiralne i wskazówka są osadzone na wspólnej osi organu ruchomego miernika.

Mierniki ferrodynamiczne odznaczają się podobnym momentem napędowym, co mierniki magnetoelektryczne czy elektromagnetyczne.

Zasada działania miernika indukcyjnego polega na oddziaływaniu zmiennych strumieni magnetycznych na prądy indukowane przez te strumienie w organie ruchomym miernika. Prądy te maja charakter prądów wirowych. Mierniki indukcyjne są obecnie używane wyłącznie jako liczniki energii elektrycznej w obwodach prądu przemiennego. W szczelinie rdzenia obraca się tarcza aluminiowa osadzona na osi pionowej. Dwa strumienie magnetyczne przemienne, wytworzone przez cewkę, przez która przepływa prąd elektryczny przemienny, indukują w tarczy prądy wirowe. Oddziaływanie elektrodynamiczne jednego z tych strumieni na prąd indukowany przez drugi strumień wywołuje moment napędowy.

Bocznik - specjalny opornik pozwalający na pomiar dużych wartości prądu. Stosowany do pomiarów prądu stałego i zmiennego (w zależności od stosowanego miernika). Bocznik może być wewnętrzny lub zewnętrzny. Wewnętrzny jest zabudowany w mierniku, stosowany do pomiaru małych prądów rzędu kilku, kilkunastu amperów. Bocznik zewnętrzny wykorzystywany jest do pomiaru prądu od kilkunastu amperów (15 A) do kilku tysięcy amperów. Podstawowe dane znamionowe bocznika to:

prąd znamionowy (15, ... 100, ... 2000, ... A) znamionowy spadek napięcia (najczęściej 60 mV, rzadko 30, 45, 100 mV), klasa dokładności (od 0,02 do 1; najczęściej 0,5)

Bocznik posiada cztery zaciski: dwa (zewnętrzne) do podłączenia toru prądowego, oraz dwa (wewnętrzne) do mierzenia spadku napięcia. Z bocznikiem współpracuje miliwoltomierz magnetoelektryczny wyskalowany w amperach i podłączony do zacisków (wewnętrznych) mierzących spadek napięcia(ΔU) na boczniku.

U = JR

Ponieważ rezystancja (R) bocznika jest stała, spadek napięcia jest wprost proporcjonajny do przepływającego przez bocznik prądu (I).

4) Normalizacja addytywna: γ_a=(Δ_a/X_zakr)*100% Δ_pom=(γ_a*X_zakr)/100 γ_pom=(γ_a*X_zakr)/X=Δ_pom/X Przyczynami tych błędów są dryfty, tarcie wskazówek, szumy. Wyst. W przyrządach analogowych. Normalizacja multiplikatywna: γ_m=(Δ_m/X_zakr)*100% Δ_pom=(γ_m*X_zakr)/100 γ_pom=γ_m zakres_dynamiczny: D=X_zakr/X_pom Błędy te pojawiają się w dzielnikach napięc, bocznikach, przełącznikach pomiarowych, licznikach energii Normalizacja addytywno-multiplikatywna: Δ=Δ_a+Δ_m=Δ_a+γ_m*X γ=γ_a+γ_m=γ_k W obecności zarówno składowej add. i multip. błąd rośnie liniowo od bł.pocz. do końcowego. // Bł.bezpośredni pomiaru jednokrotnego zależy w dużej mierze od błędu użytego przyrządu. //bł.bezwzględny-potrzebny do prawidłowego zaokrąglenia pomiaru //bł.względny-potrzebny do jednoznacznego scharakteryzowania dokładności pomiaru. //met.pom.posr.-kazda z wielk.X mierzona jest oddzielnym przyrządem z właściwym bł. Możemy powiedzieć jak różnią się bł. na wynik pomiaru //met.różniczki zupełnej: dy=(σy/σx₁)dx₁+(σy/σx₂)dx₂+…+(σy/σx_n)dx_n

5. Zasady zaokrąglania wyniku: 1)Bł. Wyniku pomiaru podaje się za pomocą 2 liczb znaczących jeżeli cyfrą jest 1 lub 2 (np. 1,78 zaokrąglimy do 1,2). Bł. Pomiaru podaje się za pomocą 1 cyfry jeżeli cyfra ta jest ≥3 (np. 4,23 zaokrąglamy do 4) 2) Wynik pomiaru zaokrąglany jest do tej wart.dziesiętnej której kończy się zaokrąglanie bezwzgl.bł.pomiaru. 3)Zaokrąglanie przeprowadza się dopiero w końcowym wyniku,a wszystkie poprzednie na tyle ile pozwoli kalkulator. ZADANIE: Dane: „kl”=2,5 U_zakr=300V U_x=267,5V Rozw: Δ_pom=(kl*U_zakr)/100=(2,5*300)/100=7,5V (po zaokr. 8V) γ_pom=Δ_pom/U_x=(7,5/267,5)*100%=2,81% (po zaokrągleniu 2,8) U_x=268V±8V

Woltomierz - miernik elektryczny służący do pomiaru napięcia, włączany równolegle do obwodu elektrycznego. Zbudowany jest z odpowiednio wyskalowanego mikroamperomierza i dużego opornika elektrycznego. Pomiar odbywa się poprzez wyznaczenie natężenia prądu płynącego przez woltomierz, który charakteryzuje się znaczną opornością wewnętrzną. W zależności od zastosowania rozróżnia się woltomierze prądu zmiennego i woltomierze prądu stałego.

Woltomierz elektromagnetyczny służy do pomiaru napięć przemiennych. Ze względu na prostą budowę, a przez to niskie koszty produkcji, jest to najczęściej stosowany typ miernika, zwłaszcza w pomiarach technicznych. Działa na zasadzie oddziaływania pola elektromagnetycznego nieruchomej cewki na rdzeń ferromagnetyczny stanowiący ruchomą część ustroju pomiarowego. Prąd przepływając przez cewkę magnesuje jednoimienne dwa rdzenie (blaszki).Ruchomy rdzeń jest przymocowany do osi wskazówki. Moment zwracający wytwarza spiralna sprężyna. Tłumienie ruchów wskazówki: powietrzne, magnetyczne lub olejowe.

Woltomierz elektrodynamiczny ma zastosowanie przy pomiarach napięć stałych i przemiennych. Posiada dwie cewki, ruchomą i nieruchomą, które połączone są szeregowo. Moment pomiarowy powstaje na skutek wzajemnego oddziaływania dwóch cewek (stałej i ruchomej), przez które przepływa prąd. Cewka nieruchoma i ruchoma (osadzona na osi).Do obu cewek połączonych szeregowo doprowadza się prąd. Do cewki ruchomej wpływa on przez dwie spiralne sprężyny. Dynamiczne działanie prądu w cewkach powoduje obrót cewki ruchomej z przymocowaną do niej wskazówką.

Obwody, w których dokonujemy pomiaru napięcia mogą mieć różną konfigurację i parametry, które pod wpływem włączenia woltomierza do obwodu ulec mogą zmianie, obarczając wynik pomiaru pewnym błędem - gdyż woltomierz zasilanie (moc) czerpie najczęściej z układu. Zmiany te będą tym mniejsze im mniejsza będzie moc (tym samym natężenie) pobierana przez woltomierz:

Dlatego też idealny woltomierz obdarzony jest rezystancją Rv dążącą do nieskończoności (wówczas prąd Iv pobierany z obwodu dąży do zera - tym samym jak wynika z powyższego równania pobierana z układu moc jest minimalna).

Pomimo wszystko nie możemy otrzymać wartości rezystancji dążącej do nieskończoności i każde wyniki pomiaru napięcia woltomierzem obdarzone są błędem metody. Poprawienie wyników jest konieczne gdy błąd metody jest nie mniejszy niż 0,1 wartości błędu granicznego woltomierza. Do oceny konieczności zastosowania poprawki stosuje się porównanie względnego błędu granicznego woltomierza ze względnym błędem systematycznym wyrażonym zależnością:

gdzie

Ro - rezystancja obwodu

Rv - rezystancja woltomierza

Watomierz elektrodynamiczny - najczęściej spotykany typ miernika. Przeznaczony jest do pomiaru mocy w obwodach prądu stałego i przemiennego.

Ma on dwie cewki: nieruchomą cewkę prądową, o małej rezystancji oraz ruchomą cewkę napięciową, o dużej rezystancji. Cewkę prądową włącza się do układu poprzez zaciski prądowe, szeregowo z obciążeniem. Cewkę napięciową - poprzez zaciski napięciowe, równolegle z obciążeniem. Odchylenie organu ruchomego jest proporcjonalne do mierzonej mocy P gdyż

gdzie c=1/kR=const

watomierze często mają wbudowany przełącznik do zmiany kierunku prądu płynącego prze cewkę napięciową podczas pomiarów. W ten sposób unika się przełączenia przewodów doprowadzających prąd do watomierza przy zmianie kierunku przepływu mocy.

Istotny wpływ na dokładność wskazań watomierzy ma błąd częstotliwościowy. Jego źródłem jest przede wszystkim indukcyjność cewki napięciowej. Indukcyjność ta jest rzędu kilku milihenrów. Już przy częstotliwościach sieciowych wywołuje ona odczuwalne opóźnienie prądu w cewce względem napięcia na zaciskach obwodu. Stąd przy indukcyjnym obciążeniu obwodu, do którego włączono watomierz, wskazania zależą nie od cosϕ lecz od cos(ϕ - ε). Korekcja błędu polega na zbocznikowaniu opornika szeregowego w obwodzie napięciowym kondensatorem o pojemności tak dobranej aby reaktancja była równa zero.

Multimetr analogowy - wielofunkcyjny miernik o dużej liczbie zakresów. Najczęściej umożliwiają one pomiary prądu i napięcia w obwodach stało- i przemiennoprądowych. W zależności od przeznaczenia, zakresu częstotliwości i dokładności mierniki te mają różne struktury układu.

Liczniki energii elektrycznej:

Energie elektryczną czynną oblicza się ze wzoru:

P- moc czynna będąca funkcja czasu t: (t2-t1)-czas trwania pomiaru energii(wykonuje się przez pomiar mocy z jednoczesnym całkowaniem jej w czasie.

Elektromechanicznym licznikiem energii prądu przemiennego jest tarczowy watomierz indukcyjny, wyposażony w licznik obrotów tarczy.

Błąd pomiaru energii :

Ww,Wp-wartość energii wskazanej i rzeczywistej, N - liczba obrotów wirnika,

Kp,Kn-stała rzeczywista i licznika

Elektroniczne liczniki energii elektrycznej :

Podczas pomiaru musza być wykonane dwie operacje: mnożenie wartości napięcia i prądu - w celu otrzymania wielkości zależnej od mocy oraz całkowanie funkcji mocy w czasie - w celu otrzymania wielkości proporcjonalnej do mierzonej energii.

właściwości metrologiczne elektronicznych liczników

elektroniczne liczniki energii są budowane jako jednofazowe lub trójfazowe o dwóch lub trzech przetwornikach mocy, współpracujące z jednym licznikiem impulsów. liczniki te mogą służyć do pomiaru energii czynnej lub biernej.

Podstawowy błąd pomiaru liczników wynosi +- 0,2 % w szerokim zakresie zmian prądu obciążenia(10÷200% In). Błędy dodatkowe, wynikające ze zmian temperatury, częstotliwości, napięcia sieci, wpływu zewnętrznych pól magnetycznych itp. nie przekraczają +- 0,2%

12.Pomiary wielkości nieelektrycznych metodami elektrycznymi. Przykłady czujników pomiarowych.

Są stosowane niemal we wszystkich dziedzinach nauki i techniki, ze względu na ich liczne zalety. Metody elektryczne umożliwiają pomiary z odległości, automatyzację pomiarów, matematyczną obróbkę wyników, dużą dokładność pomiarów oraz zastosowanie wyników pomiarów do sterowania wielkością mierzoną.

Podczas pomiarów sygnał badanej wielkości nieelektrycznej przetwarza się na elektryczny sygnał pomiarowy za pomocą przetworników. Pierwszy element przetwarzający nazywa się czujnikiem. Opracowano czujniki i przetworniki do pomiarów niemal wszystkich wielkości nieelektrycznych.

Rozróżnia się czujniki parametryczne i generacyjne. Aby zmierzyć wielkość nieelektryczną za pomocą czujnika parametrycznego(biernego), trzeba do układu pomiarowego dostarczyć energię elektryczną z zewnątrz. Za pomocą czujnika generacyjnego (czynnego) można mierzyć wielkość nieelektryczną bez dostarczania dodatkowej energii. Rodzaj czujnika pomiarowego i wartość sygnału wyjściowego decydują o elektrycznym układzie pomiarowym. Układami pomiarowymi są: wzmacniacze pomiarowe oraz układy mostkowe, różnicowe, kompensacyjne, logarytmiczne i inne. Do wyjść niektórych czujników dołącza się bezpośrednio czułe mierniki analogowe lub cyfrowe.

/*normalniej:

Do przekształcenia pewnej mierzonej wielkości nieelektrycznej na dogodny do pomiaru sygnał elektryczny służy czujnik (zwany także przetwornikiem wejściowym).

Czujniki pomiarowe dzielimy na czujniki parametryczne (bierne) i czujniki generatorowe (czynne).

Czujniki parametryczne - pod wpływem wielkości nieelektrycznej ulega zmianie parametr elektryczny taki jak: oporność, indukcyjność, pojemność.

Czujniki generacyjne - pod wpływem zjawisk fizycznych powstają siły elektromotoryczne, których wartość jest proporcjonalna do mierzonej wielkości.
Zestaw odpowiednio połączonych urządzeń pomiarowych umożliwiających pomiar określonego parametru lub wielości nazywamy układem pomiarowym. Często jednak trudno precyzyjnie określić różnicę pomiędzy układem a elementem, gdyż niektóre czujniki są również układami. */

Przepływomierze wiatraczkowe

Zasada działania:
Ruch cieczy ewentualnie gazu powoduje obrót wiatraczka z prędkością proporcjonalną do prędkości przepływu. Pracują one w połączeniu z licznikami.
Zastosowanie: wodomierze.

Higrometr włosowy(czujnik wilgotności jakby ktoś nie wiedział;))

Zasada działania:
Wykorzystywane jest tu zjawisko wydłużania się włosów ludzkich (lub nici syntetycznych) ewentualnie także kurczeniu się pasemek bawełnianych pod wpływem wzrostu wilgotności. Ta zmiana wywołuje przesunięcie wskazówki. Z podziałki odczytujemy wilgotność względną.

Uwagi:

Podstawową zaletą tego czujnika jest prostota obsługi. Dokładność pomiaru wynosi od 3% do 5%. Temperatura pracy: do 0oC (włos ludzki).

13.Współpraca aparatury pomiarowej z komputerem osobistym. Definicja interfejsu pomiarowego, interfejsy szeregowe i równoległe, oprogramowanie interfejsów pomiarowych, karty pomiarowe, wirtualne przyrządy pomiarowe.

Interfejsy: RS232C - szeregowy IEEE 488-równoległy

---