IMG�95 (2)

jaka jest częstotliwość mierzonego napięcia, a nawet jaki jest kształt przebiegu, bo od tych okoliczności zależeć będzie trudność wykonania zadania pomiarowego i osiągalna dokładność

Przykład- Przy wysiadaniu z samochodu w odpowiednich okolicznościach odczuwamy podrażnienie na skutek wyładowania elektrycznego, gdy stąjąc na ziemi dotykamy samochodu Ta powstała na skutek elektryzowania sk różnica potencjałów mc mogłaby być zmierzona typowym woltomierzem (cyfrowym lub innym), bo zgromadzony ładunek elektryczny jest niewielki i „spłynąłby natychmiast" w powstałym z woltomierza obwodzie, tak jak rozładowuje się przez nasze ciało, gdy dotykamy samochodu Należałoby „wymyślić jakiś elektrostatyczny sposób pomiaru" i równocześnie pomyślany uk. zęby nie dające się uniknąć pobranie ładunku „na rzecz pomiaru" stanowiło niewielką część zgromadzonego ładunku Im mniej pobierzemy, tym mniej rozładujemy stan pierwotny, a właśnie napięcie lego pierwotnego sianu naładowania chcielibyśmy określić pomiarowo Mogłoby się okazać. Ze takiego „naturalnego" ale skutecznego sposobu pomiaru napięcia nie ma Trzeba by się uciec do pośledniego sposobu Starać się zmierzyć zgromadzony ładunek elektryczny, co może być prostsze. Zmierzyć pojemność elektryczną układu, w którym ten ładunek zgromadził się. Z tych wyników pomiarów i z zależności między pojemnością, napięciem a zgromadzonym w układzie ładunkiem można wyznaczyć rachunkowo interesujące nas napięcie Nie należałoby zapominać leż, 2c ładunek samoistnie rozładowuje się i na wykonanie pomiaru mamy ograniczony czas

Przedstawiony przykład pomiaru napięcia ilustruje, jakim skomplikowanym problemem może być zadanie pomiaru różnicy potencjałów w konkretnych okolicznościach, w tym przykładzie komplikacja wynikła z tego powodu, te w badanym zjawisku był mały zasób energii (energia w rozpatrywanym zjawisku £-'/] QU), mały w stosunku do energii pobieranej przez typowe przyrządy

Cyfrowa technika pomiaru napięcia rozwiązuje tylko bezpośrednio problem pomiaru napięcia stałego, natomiast zadanie pomiaru napięcia zmiennego rozwiązuje się pośrednio podejmując tok odpowiednich działań, w wyniku których ostatecznie napięcie zmienne mierzymy pośrednio korzystając odpowiednio z techniki pomiaru napięcia stałego Nawet gdy mierzone jest cyfrowo napięcie chwilowe przebiegu zmiennego, które „ani przez chwilę” nie jest stałe, to zmieniające się napięcie w każdej chwili, jest zatrzymywane na użytek i czas pomiaru", a napięcie jest mierzone jako napięcie stałe Napięcie chwilowe może też być mierzone fleszowo (tzn „chwytany błyskowo stan napięcia w danej chwili”), ale wówczas ignorowana jest ewentualna zmiana napięcia w czasie mierzenia Różnorodne zjawiska towarzyszące prądowi zmiennemu i trudność ich opanowania sprawiają, że granicznie osiągalna dokładność pomiaru którejkolwiek miary napięcia zmiennego w najkorzystniejszych okolicznościach jest o około dwa rzędy gorsza niz granicznie osiągalna dokładność pomiaru napięcia stałego w równoważnych okolicznościach W skrajnie niekorzystnych okolicznościach (np duża i bardzo duża częstotliwość) pomiar napięcia zmiennego jest jeszcze mniej dokładny w takich okolicznościach dokładność może być jeszcze o dalsze dwa a nawet trzy rzędy gorsza niż osiągalna w najkorzystniejszych okolicznościach (np najkorzystniejsze okoliczności do pomiaru napięcia zmiennego: sinusoidalność, 100 do 1000 Hz, 10V. duża moc źródła napięcia, pomiar napięcia skutecznego)

Granicznie najlepszą dokładność woltomierze cyfrowe napięcia stałego mają na zakresie 10V i zbliża się ona wówczas do dokładności pierwotnego wzorca napięcia (tj. niepewność przedziałowa, graniczna wskazania może być mniejsza niż 10'\ gdy wzorzec pierwotny ma niepewność przedziałową rzędu 10"*) Jest znamienne, że porównanie dwu wielkości napięć stałych (wyznaczenie stosunku!) za pomocą cyfrowego woltomierza może być o rząd dokładniejsze niż dokładność mierzenia napięcia Osiągalna dokładność pogarsza się na zakresach napięcia małego (np 100 mV, a jeszcze bardziej 10 mV, ale osiągalna jest w takim przypadku niepewność 10"* przy rozróżmalności 10 nV, gdy mierzone jest napięcie rzędu 1 mV) Dokładność pogarsza się jeszcze o rząd dla przyrządu o zakresie mikrowoltowym przy rozróznialności lpV, co można równocześnie uznać jako kres dolny mierzalności napięcia handlowo dostępnym nanowołtomierzem w temperaturze pokojowej Przy pomiarze małego napięcia problemem staje się opanowanie szumu występującego w

_

obwodach elektronicznych Wolniej pogarsza się dokładność pomiaru napięcia dużego do 1000V. Osiągalna dokładność pomiarów wysokiego napięcia stałego pogarsza się jeszcze bardziej wraz ze wzrostem wielkości tego napięcia

Charakteryzowaliśmy cyfrową technikę pomiaru napięcia jako technikę automatycznego mierzenia. W podobnych układach pomiarowych, lecz wykonanych inną technologią, napięcie mierzy się z najwyższą dokładnością również „ręcznie". Takie postępowanie jest współcześnie uzasadnione wyłącznie w szczególnych okolicznościach - gdy potrzebna jest najwyższa tzw metrologiczna dokładność (np gdy mamy sprawdzić dokładność cyfrowego woltomierza najwyższej dokładności) Natomiast zanika stosowanie tzw analogową technik pomiaru napięcia, co oznacza, że zanika użycie woltomierzy wskazówkowych, ponieważ są one niekonkurencyjne pod każdym względem (również pod względem ceny przy tej samej dokładności) Z jednego - ergonomicznego • względu są stosowane nadal woltomierze wskazówkowe (ogólnie - mierniki wskazówkowe), tzn tam, gdzie człowiek powinien łatwo i wygodnie postrzegać zmiany wielkości mierzonej z niewielką dokładnością, a szczególnie ewentualne zmiany wielu równocześnie wielkości na wielu miernikach Człowiek łatwiej dostrzega przemieszczenia wskazówek niż zmiany cyfr, dlatego np. w samochodach me przyjęły się mierniki (wskaźniki) cyfrowe (np prędkościomierze), choć one mogłyby być tańsze, trwalsze i dokładniejsze Wychodząc na przeciw „słabości ludzkiej" oferuje się też woltomierze, które zapewniają równocześnie wskazania cyfrowe (dokładniejsze) i analogowe (mniej dokładne).

Automatyczny pomiar napięcia stałego osiąga się wg wybranej procedury, którą realizuje się w odpowiednim układzie elektrycznym (elektronicznym). Takie układy nazywane są umownie przetwornikami analogowo-cyfrowymi napięcia (skrótowo: a/c) i są one wyodrębnianymi modułami konstrukcyjnymi (a też handlowymi, szczególnie gdy są wykonane w technologu scalonej). W układach pomiarowych przetworników a/c realizuje się zawsze takie same, elementarne funkcje składające się na mierzenie wytworzenie napięcia wzorcowego, kwantowanie tego napięcia, detekcja różnicy napięć (potrzebna przy porównywaniu) Do skutecznej realizacji mierzenia napięcia w ogólnym przypadku są jeszcze potrzebne - poza układem przetwornika a/c - inne funkcje, jak wzmacnianie lub podział napięcia mierzonego, ponieważ przetworniki budowane są z reguły na napięcie zakresowe 10V (wyjątkowo przetworniki dokładne na 20V). Natomiast przy pomiarze napięcia zmiennego dochodzi jeszcze realizacja funkcji pomiarowej, dzięki której możemy mierzyć napięcie zmienne pośrednio, mierząc napięcie stałe. Taka funkcja, umożliwiająca pomiar napięcia zmiennego, zawsze realizowana jest poza układem przetwornika a/c.

Każdą z elementarnych funkcji pomiarowych realizowanych w przetworniku a/c można zrealizować na różnych zasadach i w różny sposób, tworząc różne układy przetworników a/c przydatnych w konkretnych okolicznościach. Z tego między innymi względu¹ w zastosowaniach występuje znaczna liczba układów przetworników a/c. Warto więc zapoznać się z problemami cząstkowymi i ze sposobami ich rozwiązywania jako elementarnych funkcji pomiarowych, a dopiero potem poznawać typowe i reprezentatywne układy pomiarowe przetworników a/c oraz oparte na nich kompletne przyrządy pomiarowe Taki system wykładu ułatwi zrozumienie istoty problemów pomiarowych i ułatwi w przyszłości dokonywanie wyboru technicznych rozwiązań przy najmniejszej ilości wiedzy faktograficznej To założenie przyjęto przy opracowaniu tematu tego rozdziału

Pomiar natężenia prądu nie jest zagadnieniem rozwiązywanym niezależnie od zagadnienia pomiaru napięcia. Przeciwnie, natężenie prądu mierzy się pośrednio, tj. przetwa-

75

1

Są również względy nietechniczne lecz handlowe, społeczne, ekonomiczne lub patentowe Firmy oferują odmienne, „oryginalne" rozwiązania, żeby odróżnić się od konkurencji, ominąć zastrzeżenia patentowe, „imponować oryginalnością" tub ze względu na to, że potrafią dany układ wytwarzać taniej