Klasifikace měřicích přístrojů

Měřicí přístroje: Definice, klasifikace a charakteristiky

Měřicí přístroj je zařízení používané k kvantifikaci fyzikálních a elektrických veličin. Koncept měření základně spočívá v porovnání dvou veličin, které mají stejnou jednotku. Jedna z těchto veličin má neznámou velikost, která se pak porovnává s předdefinovanou standardní hodnotou. Tímto porovnáním se získá numerický výsledek, který reprezentuje měřenou hodnotu neznámé veličiny.

Měřicí přístroje lze rozdělit do tří hlavních typů:

• Elektrické přístroje

• Elektronické přístroje

• Mechanické přístroje

Mechanické přístroje jsou primárně navrženy pro měření fyzikálních veličin. Jsou vhodné pro aplikace, které zahrnují statické a stabilní podmínky. Jejich omezení spočívá v neschopnosti efektivně reagovat na dynamické nebo rychle se měnící podmínky. Například nemohou přesně zachytit přechodné události nebo fluktuace fyzikálních parametrů.

Na druhou stranu nabízejí elektronické přístroje významnou výhodu svými rychlými časy odezvy. V porovnání s elektrickými a mechanickými přístroji dokáží rychle detekovat a reagovat na změny měřené veličiny. To je činí ideálními pro aplikace, které vyžadují reálně časové monitorování a měření rychle se měnících jevů.

Elektrické přístroje jsou speciálně navrženy pro měření elektrických veličin, jako jsou proud, napětí a výkon. Příklady elektrických měřicích přístrojů zahrnují ampermetr, voltmetr a vatmér. Ampermetr se používá k měření elektrického proudu v ampérech, voltmetr slouží k měření napětí a vatmér se používá k určení elektrického výkonu. Klasifikace elektrických přístrojů často závisí na metodách použitých k zobrazení nebo reprezentaci výstupního čtení. Různé přístroje mohou používat analogové ciferníky, digitální displeje nebo jiné prostředky k předání měřených hodnot, každý s vlastní sadou výhod a aplikací v závislosti na specifických požadavcích měřicí úlohy.

Typy elektrických přístrojů

V tomto článku si prohlédneme různé typy elektrických přístrojů, každý s vlastními unikátními charakteristikami a aplikacemi.

Absolutní přístroje

Absolutní přístroj určuje hodnotu měřené veličiny na základě fyzikálních konstant. Tyto fyzikální konstanty mohou zahrnovat parametry, jako je úhel odchylky, specifické stupně nebo konstanty metru. Pro získání hodnoty měřené veličiny z absolutního přístroje jsou obvykle potřebné matematické výpočty, které interpretují vztah mezi pozorovanou fyzikální konstantou a měřenou veličinou.

Primárním příkladem absolutního přístroje je tangenciální galvanometr. V tomto zařízení se velikost proudu procházejícího jeho cívkou vypočítá pomocí tangensu úhlu odchylky cívky, spolu s faktory, jako je horizontální složka magnetického pole Země, poloměr cívky a počet ovinutí drátu. Díky jejich spoléhání na přesné fyzikální vztahy a potřebě detailních výpočtů jsou absolutní přístroje běžně používány v laboratorních podmínkách, kde jsou nezbytná přesná a základní měření.

Sekundární přístroje

Sekundární přístroje zobrazují velikost měřitelné veličiny prostřednictvím odchylky. Pro přesné měření je klíčové kalibrování těchto přístrojů proti standardnímu přístroji. Na rozdíl od absolutních přístrojů poskytují sekundární přístroje přímý výstup, což eliminuje potřebu komplexních matematických výpočtů k určení měřené hodnoty. Tato jednoduchost je dělá velmi praktickou pro širokou škálu každodenních měřicích úkolů.

Digitální přístroje

Digitální přístroje prezentují svůj výstup v numerickém formátu, což nabízí několik výhod oproti jejich analogovým protějškům. Jednou z klíčových výhod je zvýšená přesnost, protože digitální čtení eliminuje možnost lidské chyby spojené s čtením analogových škál. To dělá digitální přístroje obzvláště vhodnými pro aplikace, kde je přesnost nejdůležitější, jako je vědecký výzkum, inženýrství a průmyslová kontrola kvality.

Analogové přístroje

Analogové přístroje jsou charakterizovány výstupem, který se mění kontinuálně. Typicky obsahují ukazatel, který se pohybuje podél kalibrované škály k indikaci velikosti měřitelné veličiny. Analogové přístroje lze dále rozdělit do dvou podtypů:

Nulové přístroje

Nulové přístroje používají nulovou nebo nulovou odchylku k indikaci velikosti měřené veličiny. Tyto přístroje jsou známé svou vysokou přesností a citlivostí. Pracují na principu porovnání známé veličiny s neznámou veličinou. Když se hodnoty známé a neznámé veličiny rovnají, ukazatel přístroje ukazuje nulovou nebo nulovou odchylku. Nulové přístroje jsou běžně používány v potenciometrech a galvanometrech k přesné identifikaci nulových bodů, které jsou nezbytné pro přesná měření v různých elektrotechnických a elektronických aplikacích.

Přístroje s odchylkou

Přístroje s odchylkou určují hodnotu měřené veličiny na základě odchylky ukazatele. Když měřená veličina působí na přístroj, způsobí odchylku ukazatele pohyblivé soustavy (která je umístěna na kalibrované škále). Pozorováním polohy ukazatele na škále lze určit velikost měřené veličiny.

Přístroje s odchylkou lze dále rozdělit do tří kategorií:

• Indikující přístroje: Tyto přístroje jsou navrženy tak, aby přímo zobrazovaly velikost měřené veličiny. Typicky obsahují ciferník s ukazatelem, který se pohybuje nad graduovanou škálu. Příklady indikujících přístrojů zahrnují voltmetry, ampermetry a kosinus fi metry, které jsou široce používány pro sledování a měření elektrotechnických parametrů v různých obvodech a systémech.

• Integrující přístroje: Integrující přístroje se používají k měření celkové energie dodané během určitého období. Celková energie změřená těmito přístroji se vypočítá jako součin času a měřené elektrické veličiny. Běžnými příklady integrujících přístrojů jsou energetické metry, watthour metry, které jsou nezbytné pro přesné vyfakturování spotřeby elektrické energie spotřebitelům.

• Záznamové přístroje: Záznamové přístroje se používají k dokumentování stavu obvodu v pravidelných intervalech. Typicky mají pohyblivou soustavu, která nese pero nebo tyč, které lehce dotýkají papírový list nebo jiný záznamový nosič. S tím, jak se mění měřená elektrická veličina, se pohyb cívky zobrazuje na záznamovém nosiči, vytvářejíc křivku, která ilustruje změnu elektrické veličiny v průběhu času. Tato grafická reprezentace je neocenitelná pro analýzu trendů, diagnostiku problémů a sledování výkonu elektrotechnických systémů.

V porovnání s elektrickými a mechanickými přístroji obecně elektronické přístroje ukazují výrazně rychlejší časy odezvy. Tento rychlý čas odezvy jim umožňuje rychle detekovat a reagovat na změny elektrických veličin, což je činí velmi vhodnými pro aplikace, které vyžadují reálně časové monitorování a analýzu, jako jsou vysokorychlostní systémy sběru dat, řídící systémy a moderní komunikační technologie.