Aiheet:
- Yleinen
- Analoginen mittari
- Digitaalinen yleismittari
- Ratkaisu
- Aseta mittausalue
- Laske absoluuttinen virhe
- Laske suhteellinen virhe
- Mittaa yleismittarilla
- Mittaa oskilloskoopilla
yleinen:
Tekniikassa mitataan paljon. Tällä sivulla käsitellään mittauksia autotekniikan osalta. Autotekniikassa mittauksia voidaan tehdä monella eri tavalla, nimittäin kehitystyön, testauksen, seurantaprosessien ja vianetsinnän aikana. Kun mittaus osataan, tarvitaan vain kirjallisuutta (vuokaavioita) mittauspaikan määrittämiseksi.
Autotekniikassa yleisimmin käytetyt (sähköiset) mittauslaitteet ovat:
- Yleismittari / analoginen mittari: Tätä käytetään jännitteen (U), virran (I) ja resistanssin (R) mittaamiseen. Digitaalinen yleismittari näyttää arvon LCD-näytöllä, ja analoginen mittari näyttää mitatun arvon neulalla alla olevalla asteikolla.
- Oskilloskooppi: Oskilloskooppi mittaa jännitteitä, jotka voidaan tallentaa aikajanalle. Tämä aikajana voidaan asettaa (volttien määrä Y-akselilla ja aikakurssi X-akselilla).
Analoginen mittari:
Analoginen mittari (liikkuva kelamittari) koostuu kestomagneetista ja liikkuvasta kelasta. Liikkuvan kelan läpi kulkeva virta aiheuttaa magneettikentän. Magneettikentän toisiinsa kohdistamat voimat varmistavat, että liikkuva kela (jossa osoitin on asennettuna) pyörii. Mitä suurempi virta (ja siten magneettikenttä), sitä pidemmälle osoitin liikkuu.
Edut digitaaliseen yleismittariin verrattuna:
- halpa;
- Tarkemmin alle 10 Hz (ei yli).
miinukset:
- Vaikeampi lukea;
- Suhteellisen hidas liikkuvan osoittimen ansiosta.
Digitaalinen yleismittari:
Digitaalinen yleismittari korvaa analogisen mittarin. Mittareita kehitetään jatkuvasti (tarkkuuden, nopeuden ja toimintojen osalta). Yleismittari sisältää A/D-muuntimen. Mitattava analoginen signaali käsitellään ensin ennen kuin se näytetään. Tämä toiminto riippuu valitusta toiminnosta (voltti, ampeeri, ohmi jne.). Digitalisoitu signaali lähetetään sitten näytölle. Nopeutta, jolla tämä tapahtuu, kutsutaan "vasteajaksi", joka löytyy mittarin tiedoista. (A/D-muuntimen) vasteaika on aika, joka tarvitaan tulosignaalin muutoksen rekisteröimiseen. Mitä kalliimpi mittari on, sitä pienempi vasteaika on.
On digitaalisia yleismittareita, joissa on manuaalinen ja automaattinen alueasetus. Tämä määrittää mittausalueen. Alla olevan kuvan yleismittari tekee tämän automaattisesti. Luku "Mittausalue" on kuvattu tarkemmin tällä sivulla.
Resoluutio:
Yleismittarien näyttämien numeroiden määrä määrää mittarin resoluution ja siten myös lukutarkkuuden. Resoluutio liittyy siis vain näyttöön, ei mittausalueeseen. On olemassa 3½-, 3¾- ja 4½-numeroisia yleismittareita. Mitä enemmän numeroita yleismittari pystyy näyttämään, sitä enemmän numeroita on mahdollista (joten tarkempi mittaus).
3½ numeroa:
Tämä on tavallinen yleismittari, joka voi mitata enintään 200 V tarkasti 0,1 V alueella. Jos tehdään mittaus, jossa todellinen jännite olisi 22,66 V, mittari näyttäisi 22,6 V.
3¾ numeroa:
Tällä yleismittarilla resoluutio on kasvanut kertoimella 10 ja samalla mittauksella (22,66 V 3½-numeroisella yleismittarilla) se näyttää itse asiassa 22,66 V. Se on voltin sadasosa enemmän (ja siksi tarkempi).
4½ numeroa:
Tässä yleismittarissa on ylimääräinen numero kaikilla alueilla. Resoluutio on taas kasvanut 10-kertaiseksi.
Aseta mittausalue:
Alla olevan yleismittarin mittausalue voidaan asettaa manuaalisesti. Tämä on tarpeen mahdollisimman tarkan tuloksen saamiseksi jokaisella mittauksella. Akun jännitettä mitattaessa on parasta valita vaihtoehto 20 DCV. Akun jännite näytetään esimerkiksi muodossa 12.41. On parasta valita mittausalue, joka on alle maksimimittaustuloksen. Akun jännite ei koskaan ylitä 99 volttia. Jos valitaan suurempi resoluutio (200 DCV), akun jännite ilmaistaan 12.4 (vähemmän tarkka). Tämä liittyy päätöslauselmaan:
| Alue: | Resoluutio: |
| 200 mV | 0,1 mV |
| 2 V | 0,001V |
| 20 V | 0,01 V |
| 200 V | 0,1 V |
| 2000 V | 1 V |
Esimerkkejä tästä taulukosta:
- Mitattaessa 100 voltin jännitettä 200 V alueella, mittari näyttää 100,1 V. Kun tämä sama jännite mitataan alueella 2000 V, mittari näyttää 100 V (vähemmän tarkka).
- Mitattaessa 9,188 voltin jännitettä 2 V:n alueella, mittari näyttää 9,188 V. Kun tämä sama jännite mitataan 200 V:n alueella, mittari näyttää 9,2 V (pyöristetty, joten epätarkka).
Tarkin mittaus riippuu siis valitusta mittausalueesta ja näytön resoluutiosta. Alhaisen resoluution näytöillä tarkinta jännitettä ei voida näyttää tarkalla mittausalueella.
Esitetyllä yleismittarilla mittausaluetta voidaan säätää vain manuaalisesti. Laajemmissa yleismittareissa on "Autorange"-painike, jossa mittari itse asettaa parhaan mittausalueen (oman resoluutionsa perusteella). Vain yksinkertaisilla yleismittareilla on mahdollista valita vain Voltti-, Ampere- (jne.) -tila ja mittausalue on usein 20 V vakiona (siis 0,01 V:n resoluutiolla).
Toinen ongelma on, että mittarissa on aina poikkeama. Poikkeama on suurin, kun resoluutio on asetettu liian alhaiseksi. Lisää tästä seuraavissa luvuissa "Absoluuttiset ja suhteelliset virheet" alempana sivua.
Laske absoluuttinen virhe:
Jokaisella yleismittarilla on tietty tarkkuus. Tämä tarkkuus löytyy teknisistä tiedoista (käsikirjasta). Näillä tiedoilla voidaan laskea mittauksen poikkeama. Kaksi käsitettä voidaan laskea; "absoluuttinen virhe" ja "suhteellinen virhe". Absoluuttinen virhe on jännite voltteina ja suhteellinen virhe lasketaan prosentteina.
Esimerkki:
Jännite (U) = 12,55 V
± (0,3% lukema + 1d)
rdg = lukema = näytöltä luettu arvo (mitattu arvo)
1d = 1 numero = resoluutio (20 V alueella 1 numero vastaa 0,01 V ja 2 V alueella 0,001 V).
Todellinen jännite on 12,55 volttia. Tämä mitataan 20 V alueella.
0,3 % rdg on 0,3 % 12,55 V = 0,038 V.
20 V alueella 1d = 0,01 V.
Absoluuttinen kokonaisvirhe on tällöin: lukema + 1 numero = Absoluuttinen virhe. Numeroina: 0,038 + 0,01 = 0,048 V
Lopullinen vastaus absoluuttisella virheellä on:
U = 12,55 ± 0,05 V.
Tämä tarkoittaa, että mittaus on jossain 12,50 ja 12,60 voltin välillä.
Halvoilla yleismittareilla on usein suurempi poikkeama kuin kalliimmilla, joten myös absoluuttinen kokonaisvirhe on suurempi. Tämä osoittaa nyt, että "halvat yleismittarit" eivät voi tehdä tarkkoja mittauksia.
Laske suhteellinen virhe:
Kun absoluuttinen virhe lasketaan prosentteina luetusta arvosta, sitä kutsutaan suhteelliseksi virheeksi. Tätä suhteellista virhettä käytetään yleensä mittareiden vertailussa.
Edellisen yleismittarin suhteellinen virhe on: absoluuttinen kokonaisvirhe / (jaa) todellinen jännite x (kerroilla) 100% = suhteellinen virhe.
Numeroina: U = 0,038 / 12,55 x 100 = 0,30 %.
Lopullinen vastaus suhteellisella virheellä on:
U = 12,55 ± 0,3 %.
12,55 V miinus 0,3 % antaa vastauksen 12,50. Plus 0,3 % on silloin 12,60. Tämä on sama kuin absoluuttisella virheellä laskettu, mutta ilmaistuna prosentteina.
Mittaus yleismittarilla:
Jännite, virta ja vastus mitataan eri tavalla. Kuinka mitata oikein yleismittarilla, selitetään sivulla olevilla esimerkeillä mittaa yleismittarilla.
Mittaus oskilloskoopilla:
Oskilloskooppi (lyhyesti scope) on graafinen volttimittari. Jännite näytetään graafisesti ajan funktiona. Laajuus on myös erittäin tarkka. Aika voidaan asettaa niin pieneksi, että signaalit antureista, kuten lambda-anturista, tai toimilaitteista, kuten injektori, voidaan näyttää täydellisesti.
Sivulla selitetään, kuinka mittaukset tehdään kiikarilla mittaa oskilloskoopilla.
