Princípy analógových meracích prostriedkov a ich použitie na meranie fyzikálnych veličín

Tento článok patrí do časti Kolokviálna skúška. Materiály tu uvedené sú prípravou na záverečnú štátnu (kolokviálnu) skúšku v študijnom zameraní Manažérstvo kvality produkcie na Fakulte mechatroniky TnUAD.

Merací prístroj je zariadenie určené na meranie hodnoty nejakej fyzikálnej veličiny. Čiže, merací prístroj je zariadenie, resp. meradlo, ktoré slúži na prevod meranej fyzikálnej veličiny na merateľný údaj. Napríklad na meranie dĺžky sa používa mikrometer, uhla - uhlomer, hmotnosti - váhy

Podľa charakteru meraného údaja rozdeľujeme meracie prístroje:

• Analógové - kde údaje sú spojitou funkciou meranej veličiny
• Digitálne, tzv. číslicové - ktoré poskytujú údaje v číslicovej forme

Definícia, princíp činnosti analógového meracieho prístroja (AMP)

Analógový elektrický merací prístroj je zariadenie, v ktorom sa meraná veličina transformuje využitím vhodného fyzikálneho javu na výchylku jeho ukazovateľa. Táto transformácia sa deje spojitým (analógovým) spôsobom, pritom platí obojsmerná jednoznačnosť tejto transformácie. (Jednej hodnote veličiny prislúcha jedna hodnota výchylky a opačne.)

Princíp funkcie analógového prístroja spočíva v rovnováhe síl pôsobiacich na otočnú časť meracieho prístroja. Jedna sila vybudená meranou veličinou vytvára tzv. moment systému Ms a druhá sila, tzv. direktívna, vytvára direktívny moment Md, ktorý pôsobí proti Ms. Ms stúpa so zväčšujúcou sa hodnotou meranej veličiny. Md sa zväčšuje so zväčšujúcou sa výchylkou ukazovateľa. Grafické znázornenie situácie je na obr. 1.

Druhy analógových meracích prístrojov

Analógové meracie prístroje rozdeľujeme na nasledujúce druhy:

1. Podľa konštrukcie
   • Elektromechanické- základný merací prístroj
   • Elektronické- prídavné elektronické zariadenie (napr. elektrónkové, tenzometrové)
2. Podľa ukazovateľa
   • Ručičkové
   • So svetelnou stopou
3. Podľa indikácie meranej hodnoty
   • Priamoukazujúce
   • Záznamové
4. S grafickým znázornením výsledku merania
   • Osciloskopy na obrazovke
   • Oscilografy na papier
5. Podľa funkčného princípu
   • Magnetoelektrické
   • Elektromagnetické
   • Elektrodynamické
   • Ferodynamické
   • Elektrostatické
   • tepelné vláknové
   • tepelné bimetalové
   • Indukčné
6. Podľa prídavného usmerňovacieho zariadenia
   • S diódovým usmerňovačom
   • S termočlánkom
7. Podľa meranej veličiny
   • Voltmetre – elektrické napätie
   • Ampérmetre – elektrický prúd
   • Wattmetre – elektrický výkon
   • Ohmmetre – elektrický odpor
   • Frekventomery – frekvencia
   • Elektromery – práca elektrického prúdu
   • Galvanometre – indikácia nulového prúdu, resp. napätia

Osciloskop

Osciloskop je analógový elektronický merací prístroj, ktorý na obrazovke zobrazuje funkčnú závislosť dvoch elektrických napätí. Periodicky sa meniace elektrické napätie je schopný zobraziť ako stabilnú krivku prostredníctvom pomocného elektrického napätia pílovitého tvaru, t.j. takého ktoré narastá lineárne s časom a pri určitej hodnote rýchle klesá na nulovú hodnotu (časová základňa). Ak máme k dispozícii prevodníky iných elektrických veličín na elektrické napätie, môžeme použiť osciloskop na znázornenie (odmeranie) ich vzájomnej alebo časovej závislosti. Najnovšia generácia osciloskopov používa vo svojej funkcii mikropočítač a číslicovú pamäť, čo podstatne rozširuje jeho možnosti merania a aj jeho presnosť. Osciloskop preto môžeme považovať v tejto podobe za najuniverzálnejší merací prístroj. - popis a bližší princíp osciloskopu nájdete v uvedenej literatúre (1)

Použitie analógových meracích prístrojov

Používanie analógových meracích prístrojov si vyžaduje minimálne znalosť, na základe ktorej z odčítanej výchylky vieme určiť meranú hodnotu. Pre analógové meracie prístroje platí základný vzťah:

[math]X=k\cdot \alpha [/math]

kde

• X – je hodnota meranej veličiny,
• k – je tzv. konštanta prístroja,
• [math]\alpha [/math] – je výchylka jeho ukazovateľa

X - je hodnota meranej veličiny a udáva sa ako násobok niektorej jej jednotky (hlavná, násobná, dielčia,). Zápis má tvar dekadického čísla, za ktorým je skratka príslušnej jednotky.

k – je číslo, ktoré udáva aká hodnota veličiny spôsobí výchylku ukazovateľa o 1 dielik stupnice. Určí sa zo vzťahu:

[math]k=\frac{{{X}_{r}}}{{\alpha}_{r}}[/math]

kde

• [math]{X}_{r}[/math]– rozsah v jednotkách veličiny,
• [math]{\alpha}_{r}[/math] – rozsah stupnice v dielikoch,
• [math]\alpha [/math] – výchylku odčítame a dosadíme v dielikoch

[math]X=k\cdot \alpha =\frac{{{X}_{r}}}{{{\alpha }_{r}}}\alpha ={{X}_{r}}\frac{\alpha }{{{\alpha }_{r}}}[/math] [j; j; d; d]

Výsledná nameraná hodnota sa potom rovná súčinu rozsahu meracieho prístroja v jednotkách (j) meranej veličiny a pomeru aktuálnej výchylky (v dielikoch) k plnej výchylke v dielikoch.

Zoznam použitej literatúry

[1] Miroslav Mojžiš, Ján Molnár: Elektrotechnické praktikum (Všeobecná časť), TUKE, 2009, ISBN 978-80-553-0259-1, Dostupné na internete: <http://kteem.fei.tuke.sk/dokumenty/ep/EP_VseobecnaCast.pdf>

[2] Meracie prístroje [online] , .2011 [cit. 2011-03-14]. Slovenský. Dostupný z WWW: <http://sk.wikipedia.org/wiki/Merac%C3%AD_pr%C3%ADstroj>