Måleinstrumenter

emner:

generelt
Analog måler
Digitalt multimeter
opløsning
Indstil måleområde
Beregn absolut fejl
Beregn relativ fejl
Mål med multimeteret
Mål med oscilloskopet

overordnet:
Meget bliver målt i teknologi. Denne side diskuterer måling med hensyn til bilteknologi. Inden for bilteknologi kan målinger foretages på mange forskellige måder, nemlig under udvikling, test, overvågning af processer og fejlfinding. Når man først ved, hvordan man måler, er der kun brug for litteratur (flowdiagrammer) for at bestemme, hvor man skal måle.

Det mest almindeligt anvendte (elektriske) måleudstyr inden for bilteknologi er:

Multimeteret/analogmåleren: Dette bruges til at måle spænding (U), strøm (I) og modstand (R). Det digitale multimeter viser værdien på LCD-skærmen, og det analoge måler vil bruge en nål til at angive den målte værdi på en underliggende skala.
Oscilloskopet: Oscilloskopet måler spændinger, der kan optages i en tidslinje. Denne tidslinje kan indstilles (antal volt på Y-aksen og tidsforløbet på X-aksen).

Analog måler:
Det analoge måler (moving coil meter) består af en permanent magnet og en bevægelig spole. Strømmen, der løber gennem den bevægelige spole, forårsager et magnetfelt. De kræfter, som magnetfeltet udøver på hinanden, sikrer, at den bevægelige spole (med viseren monteret på den) roterer. Jo større strømmen (og dermed magnetfeltet) er, jo længere vil markøren bevæge sig.

Fordele sammenlignet med det digitale multimeter:

Billig;
Mere nøjagtigt under 10 Hz (ikke over).

ulemper:

Sværere at læse;
Relativt langsomt på grund af den bevægelige viser.

Digitalt multimeter:
Det digitale multimeter er en erstatning for det analoge måler. Målerne bliver løbende videreudviklet (i nøjagtighed, hastighed og funktioner). Multimeteret indeholder en A/D-konverter. Det analoge signal, der måles, behandles først, før det vises. Denne operation afhænger af den valgte funktion (volt, ampere, ohm osv.) Det digitaliserede signal sendes derefter til displayet. Den hastighed, hvormed dette sker, kaldes "responstiden", som kan findes i målerens specifikationer. Responstiden (for A/D-konverteren) er den tid, der kræves for at registrere en ændring i indgangssignalet. Jo dyrere måleren er, jo lavere vil denne responstid være.

Der er digitale multimetre med manuel og automatisk rækkeviddeindstilling. Dette indstiller måleområdet. Multimeteret på billedet nedenfor gør dette automatisk. Kapitlet "Måleområde" er beskrevet længere på denne side.

Beslutning:
Antallet af cifre, der vises af multimetre, bestemmer opløsningen og derfor aflæsningsnøjagtigheden af måleren. Opløsningen har derfor kun med skærmen at gøre og ikke med måleområdet. Der er 3½, 3¾ og 4½ cifrede multimetre. Jo flere cifre multimeteret kan vise, jo flere tal er muligt (så en mere nøjagtig måling).

3½ cifre:
Dette er et standard multimeter, som maksimalt kan måle 200 V præcist i 0,1 V området. Hvis der foretages en måling, hvor den faktiske spænding ville være 22,66 V, vil måleren vise 22,6 V.

3¾ cifre:
Med dette multimeter er opløsningen steget med en faktor 10 og med den samme måling (på 22,66 V med det 3½ cifrede multimeter) vil den faktisk angive 22,66 V. Det er en hundrededel af en volt mere (og derfor mere nøjagtigt).

4½ cifre:
Dette multimeter har et ekstra ciffer i alle områder. Opløsningen er igen steget med en faktor 10.

Indstil måleområde:
Multimeterets måleområde nedenfor kan indstilles manuelt. Dette er nødvendigt for at opnå det mest nøjagtige resultat med hver måling. Når du måler batterispændingen, er det bedst at vælge 20 DCV-muligheden. Batterispændingen vil f.eks. blive angivet som 12.41. Det er bedst at vælge et måleområde, der vil være under det maksimale måleresultat. Batterispændingen vil aldrig være højere end 99 volt. Hvis der blev valgt en større opløsning (på 200 DCV), ville batterispændingen blive angivet som 12.4 (mindre nøjagtig). Dette har at gøre med beslutningen:

Rækkevidde:	Beslutning:
200 mV	0,1 mV
2 V	0,001V
20 V	0,01 V
200 V	0,1 V
2000 V	1 V

Eksempler på denne tabel:

Ved måling af en spænding på 100 volt i 200 V-området vil måleren vise 100,1 V. Når den samme spænding måles i 2000 V-området, vil måleren læse 100 V (mindre nøjagtigt).
Når man måler en spænding på 9,188 volt i 2 V-området, vil måleren læse 9,188 V. Når den samme spænding måles i 200 V-området, vil måleren læse 9,2 V (afrundet, så mindre nøjagtigt).

Den mest nøjagtige måling afhænger derfor af hvilket måleområde der er indstillet og skærmens opløsning. På skærme med lav opløsning kan den mest nøjagtige spænding ikke vises med et præcist måleområde.

Med det viste multimeter kan måleområdet kun justeres manuelt. De mere omfattende multimetre har en “Autorange” knap, hvor måleren selv indstiller det bedste måleområde (baseret på sin egen opløsning). Kun med simple multimetre er det kun muligt at vælge Volt, Ampere (osv.) mode og måleområdet er ofte 20 V som standard (altså med en opløsning på 0,01 V).
Et andet problem er, at der altid er en afvigelse i måleren. Afvigelsen er størst, når opløsningen er sat for lavt. Mere om dette i de følgende kapitler "Absolutte og relative fejl" længere nede på siden.

Beregn absolut fejl:
Hvert multimeter har en vis nøjagtighed. Denne nøjagtighed kan findes i specifikationerne (i manualen). Med disse data kan afvigelsen af målingen beregnes. To begreber kan beregnes; den "absolutte fejl" og den "relative fejl". Den absolutte fejl er spændingen i volt, og den relative fejl beregnes i procent.

Eksempel:
Spænding (U) = 12,55 V
± (0,3% rdg + 1d)
rdg = læsning = værdien aflæst på displayet (den målte værdi)
1d = 1 ciffer = opløsningen (på 20 V-området svarer 1 ciffer til 0,01 V og på 2 V-området til 0,001 V).

Den faktiske spænding er 12,55 volt. Dette måles på 20 V området.
0,3 % rdg er 0,3 % af 12,55 V = 0,038 V.
På 20 V-området er 1d = 0,01 V.

Den totale absolutte fejl er da: aflæsningen + 1 ciffer = Absolut fejl. I tal: 0,038 + 0,01 = 0,048 V

Det endelige svar med den absolutte fejl er:
U = 12,55 ± 0,05 V.
Det betyder, at målingen er et sted mellem 12,50 og 12,60 volt.

Billige multimetre har ofte en større afvigelse end de dyrere, så den samlede absolutte fejl også er større. Dette beviser nu, at "billige multimetre" ikke kan foretage nøjagtige målinger.

Beregn relativ fejl:
Når den absolutte fejl beregnes som en procentdel af den aflæste værdi, kaldes det den relative fejl. Denne relative fejl bruges normalt ved sammenligning af målerne.

Den relative fejl for det forrige multimeter er: total absolut fejl / (dividere med) den faktiske spænding x (multiplicer med) 100% = den relative fejl.
I tal: U = 0,038 / 12,55 x 100 = 0,30 %.

Det endelige svar med den relative fejl er:
U = 12,55 ± 0,3%.

12,55 V minus de 0,3 % giver svaret 12,50. Plus 0,3% er så 12,60. Dette er det samme som det, der blev beregnet med den absolutte fejl, men angivet i procenter.

Måling med multimeter:
Spænding, strøm og modstand måles alle forskelligt. Hvordan man måler korrekt med multimeteret er forklaret med eksempler på siden mål med multimeteret.

Måling med oscilloskop:
Et oscilloskop (forkortet omfang) er et grafisk voltmeter. Spændingen vises grafisk som en funktion af tiden. Omfanget er også meget præcist. Tiden kan indstilles så lille, at signaler fra sensorer som lambdasensoren eller aktuatorer som en injektor kan vises perfekt.

Hvordan målinger foretages med skopet er forklaret på siden mål med oscilloskopet.