Przedmioty:
- Zarys ogólny
- Miernik analogowy
- Cyfrowy miernik uniwersalny
- Rozdzielczość
- Ustawić zakres pomiarowy
- Oblicz błąd bezwzględny
- Oblicz błąd względny
- Zmierz za pomocą multimetru
- Pomiar za pomocą oscyloskopu
Ogólne:
Wiele mierzy się technologią. Na tej stronie omówiono pomiary w odniesieniu do technologii motoryzacyjnej. W technologii motoryzacyjnej pomiary można wykonywać na wiele różnych sposobów, a mianowicie podczas opracowywania, testowania, procesów monitorowania i rozwiązywania problemów. Gdy już wiemy, jak mierzyć, wystarczy literatura (schematy blokowe), aby określić, gdzie dokonać pomiaru.
Do najczęściej stosowanych (elektrycznych) urządzeń pomiarowych w technice samochodowej należą:
- Multimetr/miernik analogowy: służy do pomiaru napięcia (U), prądu (I) i rezystancji (R). Multimetr cyfrowy wyświetli wartość na ekranie LCD, a miernik analogowy użyje igły do wskazania zmierzonej wartości na podstawowej skali.
- Oscyloskop: Oscyloskop mierzy napięcia, które można zarejestrować na osi czasu. Tę oś czasu można ustawić (liczba woltów na osi Y i przebieg czasu na osi X).
Miernik analogowy:
Miernik analogowy (miernik z ruchomą cewką) składa się z magnesu stałego i ruchomej cewki. Prąd przepływający przez poruszającą się cewkę wytwarza pole magnetyczne. Siły, jakie pole magnetyczne wywiera na siebie, powodują, że ruchoma cewka (z zamontowaną na niej wskazówką) obraca się. Im większy prąd (a tym samym pole magnetyczne), tym dalej przesunie się wskazówka.
Zalety w porównaniu do multimetru cyfrowego:
- Tani;
- Bardziej dokładne poniżej 10 Hz (nie powyżej).
Wady:
- Trudniejsze do odczytania;
- Stosunkowo wolno ze względu na ruchomy wskaźnik.
Cyfrowy miernik uniwersalny:
Multimetr cyfrowy zastępuje miernik analogowy. Mierniki są stale udoskonalane (pod względem dokładności, szybkości i funkcji). Multimetr zawiera przetwornik A/D. Mierzony sygnał analogowy jest najpierw przetwarzany przed wyświetleniem. Ta operacja zależy od wybranej funkcji (wolt, amper, om itp.). Cyfrowy sygnał jest następnie wysyłany do wyświetlacza. Szybkość, z jaką to następuje, nazywana jest „czasem reakcji” i można ją znaleźć w specyfikacji licznika. Czas reakcji (przetwornika A/C) to czas potrzebny do zarejestrowania zmiany sygnału wejściowego. Im droższy miernik, tym krótszy będzie czas reakcji.
Istnieją multimetry cyfrowe z ręcznym i automatycznym ustawianiem zakresu. W ten sposób ustawia się zakres pomiarowy. Multimetr na poniższym obrazku robi to automatycznie. Rozdział „Zakres pomiarowy” został opisany w dalszej części tej strony.
Rozdzielczość:
Liczba cyfr wyświetlanych przez multimetry określa rozdzielczość, a tym samym dokładność odczytu miernika. Rozdzielczość ma zatem związek tylko z ekranem, a nie z zakresem pomiarowym. Istnieją multimetry 3½, 3¾ i 4½ cyfry. Im więcej cyfr może wyświetlić multimetr, tym więcej liczb jest możliwych (a więc pomiar jest dokładniejszy).
3½ cyfry:
Jest to standardowy multimetr, który może mierzyć z dokładnością maksymalnie 200 V w zakresie 0,1 V. Jeżeli dokonany zostanie pomiar, przy którym rzeczywiste napięcie wyniesie 22,66 V, miernik wskaże 22,6 V.
3¾ cyfry:
W przypadku tego multimetru rozdzielczość wzrosła 10-krotnie i przy tym samym pomiarze (22,66 V za pomocą multimetru 3½-cyfrowego) w rzeczywistości wskaże 22,66 V. To o jedną setną wolta więcej (a zatem dokładniej).
4½ cyfry:
Ten multimetr ma dodatkową cyfrę we wszystkich zakresach. Rozdzielczość wzrosła ponownie 10-krotnie.
Ustawiony zakres pomiarowy:
Zakres pomiarowy poniższego multimetru można ustawić ręcznie. Jest to konieczne, aby przy każdym pomiarze uzyskać jak najdokładniejszy wynik. Mierząc napięcie akumulatora najlepiej wybrać opcję 20 DCV. Napięcie akumulatora zostanie wskazane np. jako 12.41. Najlepiej wybrać zakres pomiarowy, który będzie poniżej maksymalnego wyniku pomiaru. Napięcie akumulatora nigdy nie będzie wyższe niż 99 woltów. Jeśli wybrano większą rozdzielczość (200 DCV), napięcie akumulatora byłoby wskazane jako 12.4 (mniej dokładne). Ma to związek z uchwałą:
| Berejka: | Rozdzielczość: |
| 200 mV | 0,1 mV |
| 2 V | 0,001V |
| 20 V | 0,01 V |
| 200 V | 0,1 V |
| 2000 V | 1 V |
Przykłady tej tabeli:
- Podczas pomiaru napięcia 100 woltów w zakresie 200 V miernik wskaże 100,1 V. Gdy to samo napięcie zostanie zmierzone w zakresie 2000 V, miernik wskaże 100 V (mniej dokładny).
- Podczas pomiaru napięcia 9,188 V w zakresie 2 V miernik wskaże 9,188 V. Gdy to samo napięcie zostanie zmierzone w zakresie 200 V, miernik wskaże 9,2 V (w zaokrągleniu, więc mniej dokładne).
Najdokładniejszy pomiar zależy zatem od ustawionego zakresu pomiarowego i rozdzielczości ekranu. Na ekranach o niskiej rozdzielczości nie można wyświetlić najdokładniejszego napięcia przy dokładnym zakresie pomiarowym.
W przypadku pokazanego multimetru zakres pomiarowy można regulować wyłącznie ręcznie. Bardziej rozbudowane multimetry posiadają przycisk „Autorange”, za pomocą którego miernik sam ustawia najlepszy zakres pomiarowy (w oparciu o własną rozdzielczość). Tylko w przypadku prostych multimetrów możliwy jest jedynie wybór trybu woltów, amperów itp., a zakres pomiarowy często standardowo wynosi 20 V (a więc z rozdzielczością 0,01 V).
Kolejnym problemem jest to, że zawsze występuje odchylenie licznika. Odchylenie jest największe, gdy rozdzielczość jest ustawiona na zbyt niską. Więcej na ten temat w kolejnych rozdziałach „Błędy bezwzględne i względne” w dalszej części strony.
Oblicz błąd bezwzględny:
Każdy multimetr ma określoną dokładność. Dokładność tę można znaleźć w specyfikacjach (w instrukcji). Na podstawie tych danych można obliczyć odchylenie pomiaru. Można obliczyć dwa pojęcia; „błąd bezwzględny” i „błąd względny”. Błąd bezwzględny to napięcie w woltach, a błąd względny oblicza się w procentach.
Przykład:
Napięcie (U) = 12,55 V
±(0,3% odczytu + 1 dni)
rdg = odczyt = wartość odczytana na wyświetlaczu (wartość zmierzona)
1d = 1 cyfra = rozdzielczość (w zakresie 20 V 1 cyfra odpowiada 0,01 V, a w zakresie 2 V 0,001 V).
Rzeczywiste napięcie wynosi 12,55 V. Wartość tę mierzy się w zakresie 20 V.
0,3% rdg to 0,3% z 12,55 V = 0,038 V.
W zakresie 20 V 1d = 0,01 V.
Całkowity błąd bezwzględny wynosi zatem: odczyt + 1 cyfra = błąd bezwzględny. W liczbach: 0,038 + 0,01 = 0,048 V
Ostateczna odpowiedź z błędem bezwzględnym brzmi:
U = 12,55 ± 0,05 V.
Oznacza to, że pomiar mieści się w przedziale od 12,50 do 12,60 woltów.
Tanie multimetry często mają większe odchylenie niż droższe, przez co całkowity błąd bezwzględny jest również większy. To dowodzi, że „tanie multimetry” nie są w stanie dokonywać dokładnych pomiarów.
Oblicz błąd względny:
Kiedy błąd bezwzględny oblicza się jako procent odczytanej wartości, nazywa się go błędem względnym. Ten błąd względny jest zwykle używany przy porównywaniu liczników.
Błąd względny poprzedniego multimetru wynosi: całkowity błąd bezwzględny / (podzielenie przez) rzeczywiste napięcie x (mnożenie przez) 100% = błąd względny.
W liczbach: U = 0,038 / 12,55 x 100 = 0,30%.
Ostateczna odpowiedź z błędem względnym brzmi:
U = 12,55 ± 0,3%.
12,55 V minus 0,3% daje odpowiedź 12,50. Plus 0,3% daje wtedy 12,60. Jest to to samo, co obliczono z błędem bezwzględnym, ale wyrażone w procentach.
Pomiar multimetrem:
Napięcie, prąd i rezystancja są mierzone inaczej. Sposób prawidłowego pomiaru za pomocą multimetru wyjaśniono na przykładach na stronie zmierzyć multimetrem.
Pomiar za pomocą oscyloskopu:
Oscyloskop (w skrócie zakres) to woltomierz graficzny. Napięcie jest wyświetlane graficznie jako funkcja czasu. Zakres jest również bardzo dokładny. Czas można ustawić na tyle mały, że sygnały z czujników takich jak sonda lambda czy elementy wykonawcze takie jak wtryskiwacz mogą być doskonale wyświetlane.
Sposób wykonywania pomiarów za pomocą lunety wyjaśniono na stronie zmierzyć oscyloskopem.
