Klasyfikacja urządzeń pomiarowych
Instrumenty pomiarowe: definicja, klasyfikacja i cechy
Instrument pomiarowy to urządzenie używane do kwantyfikacji wielkości fizycznych i elektrycznych. Koncepcja pomiaru obejmuje podstawowe porównanie dwóch wielkości, które mają tę samą jednostkę. Jedna z tych wielkości ma nieznaną wartość, która jest następnie porównywana z predefiniowaną standardową wartością. W wyniku tego porównania otrzymuje się wynik numeryczny, reprezentujący zmierzony wartość nieznanej wielkości.
Instrumenty pomiarowe można podzielić na trzy główne typy:
Instrumenty elektryczne
Instrumenty elektroniczne
Instrumenty mechaniczne
Instrumenty mechaniczne są przede wszystkim zaprojektowane do pomiaru wielkości fizycznych. Są one dobrze przystosowane do zastosowań w warunkach statycznych i stabilnych. Ich ograniczeniem jest jednak brak możliwości skutecznego reagowania na dynamiczne lub szybko zmieniające się warunki. Na przykład mogą one nieprecyzyjnie uchwycić przejściowe zdarzenia lub fluktuacje parametrów fizycznych.
Instrumenty elektroniczne, z drugiej strony, oferują znaczącą przewagę dzięki swoim krótkim czasom odpowiedzi. W porównaniu z instrumentami elektrycznymi i mechanicznymi, mogą one szybko wykrywać i reagować na zmiany mierzonej wielkości. To sprawia, że są one idealne dla zastosowań, które wymagają monitorowania i pomiaru w czasie rzeczywistym szybko zmieniających się zjawisk.
Instrumenty elektryczne są specjalnie zaprojektowane do pomiaru wielkości elektrycznych, takich jak prąd, napięcie i moc. Przykładami instrumentów pomiarowych elektrycznych są amperomierze, woltomierze i watomierze. Amperomierz służy do pomiaru natężenia prądu w amperach, woltomierz jest stosowany do pomiaru napięcia, a watomierz służy do określania mocy elektrycznej. Klasyfikacja instrumentów elektrycznych często opiera się na metodach wyświetlania lub przedstawiania odczytu wyjściowego. Różne instrumenty mogą korzystać z analogowych wskaźników, cyfrowych wyświetlaczy lub innych środków do przekazania wartości mierzonych, każdy z nich ma swoje własne zestawy zalet i zastosowań, w zależności od konkretnych wymagań zadania pomiarowego.
Typy instrumentów elektrycznych
W tym artykule przeanalizujemy różne typy instrumentów elektrycznych, każdy z unikalnymi cechami i zastosowaniami.
Instrumenty bezwzględne
Instrument bezwzględny określa wartość mierzonej wielkości na podstawie stałych fizycznych. Te stałe fizyczne mogą obejmować parametry, takie jak kąt odchylenia, konkretne stopnie lub stałe metra. Aby uzyskać wartość mierzonej wielkości z instrumentu bezwzględnego, zwykle wymagane są obliczenia matematyczne, aby zinterpretować relację między obserwowaną stałą fizyczną a mierzoną wielkością.
Najlepszym przykładem instrumentu bezwzględnego jest galwanometr styczny. W tym urządzeniu, wielkość prądu przechodzącego przez jego cewkę jest obliczana przy użyciu tangensa kąta odchylenia cewki, wraz z czynnikami, takimi jak pozioma składowa pola magnetycznego Ziemi, promień cewki i liczba zwitków drutu. Ze względu na ich oparcie na precyzyjnych relacjach fizycznych i potrzebę szczegółowych obliczeń, instrumenty bezwzględne są powszechnie stosowane w laboratoriach, gdzie niezbędne są dokładne i fundamentalne pomiary.
Instrumenty wtórne
Instrumenty wtórne wyświetlają wielkość mierzalnej wielkości poprzez odchylenie. Dla dokładnego pomiaru, kalibracja tych instrumentów względem standardowego instrumentu jest kluczowa. W przeciwieństwie do instrumentów bezwzględnych, instrumenty wtórne dostarczają bezpośredniego wyjścia, eliminując potrzebę skomplikowanych obliczeń matematycznych, aby określić wartość mierzoną. Ta prostota czyni je bardzo praktycznymi dla szerokiego zakresu codziennych zadań pomiarowych.
Instrumenty cyfrowe
Instrumenty cyfrowe prezentują swoje wyjście w formacie numerycznym, oferując wiele zalet nad ich analogowymi odpowiednikami. Jedną z kluczowych korzyści jest zwiększone dokładność, ponieważ cyfrowe odczyty eliminują potencjał błędu ludzkiego związany z czytaniem analogowych skal. To sprawia, że instrumenty cyfrowe są szczególnie odpowiednie dla zastosowań, gdzie precyzja jest najważniejsza, takich jak badania naukowe, inżynieria i kontrola jakości w przemyśle.
Instrumenty analogowe
Instrumenty analogowe charakteryzują się wyjściem, które zmienia się ciągle. Zwykle posiadają wskaźnik, który porusza się wzdłuż skalibrowanej skali, aby wskazać wielkość mierzalnej wielkości. Instrumenty analogowe można dalej podzielić na dwa podtypy:
Instrumenty typu zero
Instrumenty typu zero używają zerowego lub nullowego odchylenia, aby wskazać wielkość mierzonej wielkości. Te instrumenty są znane z wysokiej dokładności i wrażliwości. Działają one na zasadzie porównywania znanej wielkości z nieznaną wielkością. Gdy wartości znanej i nieznanej wielkości są równe, wskaźnik instrumentu pokazuje odchylenie null lub zero. Instrumenty typu zero są powszechnie stosowane w potencjometrach i galwanometrach, aby dokładnie identyfikować punkty null, które są niezbędne do dokładnych pomiarów w różnych zastosowaniach elektrycznych i elektronicznych.
Instrumenty typu odchyleniowego
Instrumenty typu odchyleniowego określają wartość mierzonej wielkości na podstawie odchylenia wskaźnika. Gdy mierzona wielkość działa na instrument, powoduje ona odchylenie wskaźnika systemu poruszającego się (który jest zamontowany na skalibrowanej skali). Obserwując pozycję wskaźnika na skali, można określić wielkość mierzonej wielkości.
Instrumenty typu odchyleniowego można dalej podzielić na trzy kategorie:
W porównaniu z instrumentami elektrycznymi i mechanicznymi, instrumenty elektroniczne ogólnie mają znacznie krótsze czasy odpowiedzi. Szybka odpowiedź pozwala im szybko wykrywać i reagować na zmiany wielkości elektrycznych, co sprawia, że są one bardzo odpowiednie dla zastosowań, które wymagają monitorowania i analizy w czasie rzeczywistym, takich jak systemy akwizycji danych wysokiej prędkości, systemy sterowania i nowoczesne technologie komunikacyjne.
