Spis treści:
Cílem tohoto článku je analyzovat vlivy a způsoby zapojení měřicích přístrojů do elektrického obvodu a poskytnout informace o typických měřicích přístrojích. voltmetrech, ampérmetrech, odečtu naměřených hodnot a chybách měření. V aspektech elektrických elektronických obvodů je důležité mít znalosti o tom, co se bude měřit, tj. jaká fyzikální veličina se bude měřit a jaká hodnota se přibližně získá jako výsledek měření, dříve než se přistoupí k jakémukoli měření.
Měření napětí
Nejběžnějším měřením je kontrola elektrického napětí. Jednotkou napětí je volt [V].
Při měření napětí stejnosměrného DC nebo střídavého napětí AC připojujeme voltmetr k obvodu vždy paralelně. Ideální voltmetr by měl mít vysoký vnitřní odpor.
Měření proudu
Hodnota elektrického proudu tekoucího v obvodu se měří v ampérech [A].
Při měření proudu pomocí univerzální měřič musíme ampérmetr zapojit sériově s elektrickým obvodem. Vnitřní odpor ideálního ampérmetru by měl být 0 Ω.
Chyby měření
Prakticky každé skutečné měření je zatíženo chybou měření. Aby měl test plnou hodnotu, je třeba určit přesnost měření. Proto se kromě výsledku měření uvádí velikost chyby měření vyjádřená v jednotkách měřené veličiny.
Chyby měření jsou důsledkem nedokonalých měřicích technik a mohou do výsledků vnášet zkreslení. Lze je definovat jako rozdíl mezi výsledkem zkoušky a skutečnou hodnotou měřené veličiny. Chyby měření lze rozdělit na systematické, náhodné a hrubé.
- Systematická chyba je chyba, která má konstantní absolutní hodnotu a znaménko při více měřeních stejné veličiny za stejných podmínek měření. Tato chyba se mění se změnou podmínek měření, např. tlaku, okolní teploty, vlhkosti. Obvyklými příčinami systematické chyby jsou chyby v kalibraci měřidla a/nebo chyby v kalibraci měřicího přístroje.
- Náhodná chyba obvykle není známá a identifikovatelná. Tyto chyby obvykle nelze odstranit, ale lze určit jejich vliv na konečný výsledek měření.
- Hrubá chyba je způsobena především nepozorností nebo nedostatečnými znalostmi osoby, která měření provádí. Tyto chyby lze poměrně snadno odhalit a odstranit. Jejich příčinami jsou nejčastěji: chyby při odečítání výsledku, chyby při záznamu, výběr nesprávného rozsahu měření apod.
Vzhledem ke způsobu záznamu velikosti chyby se rozlišují chyby absolutní a relativní.
- Absolutní chybou se rozumí rozdíl mezi naměřenou hodnotou. xm a skutečnou hodnotou xrz :
Tato chyba se vyjadřuje v jednotkách měřené veličiny, např: U + ΔU = (10 ± 0,5) V.
- Relativní chyba se vyjadřuje jako poměr absolutní chyby k měřené veličině a udává se v procentech:
Chyba měření přístroje
Přesnost měřicího přístroje určuje minimální hodnotu chyby, která vzniká při měření tímto přístrojem. Z tohoto důvodu byl pro většinu měřicích přístrojů zaveden pojem tzv. třídy přístroje. Měřicí přístroje by měly být konstruovány tak, aby se výsledky měření nelišily od skutečné hodnoty o více než hodnotu odpovídající třídě přístroje. Třídu měřicího přístroje je možné definovat jako chybu odpovídající maximální indikaci daného přístroje na daném rozsahu ve vztahu k maximální hodnotě použitého měřicího rozsahu a vyjádřenou v procentech.
Třída konkrétního měřicího přístroje by měla být zvolena podle požadavků aplikace a úrovně přesnosti, která je pro měření potřebná.
Při měření se používají dva typy přístrojů:
- se stupňovitým ukazatelem (tzv. analogové přístroje).
Třídy analogových přístrojů jsou normalizovány a výrobci je musí navrhnout tak, aby splňovaly požadavky tříd: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 5.
- s digitálním odečtem (tzv. digitální přístroje).
Chyba způsobená třídou přístroje
Měření analogovým přístrojem:
Přesnost analogových přístrojů je určena procentuální chybou odpovídající maximálnímu vychýlení ukazatele (horní mez rozsahu). Absolutní chyba měření je tedy definována takto:
Relativní chyba se určí podle vzorce a vyjádří se v procentech:
Příklad:
Voltmetr s rozsahem 300 voltů je třídy 1,5 – to znamená, že kdekoli v rozsahu může ukazovat o 4,5 V více nebo méně, než je skutečná hodnota. Pokud se takovým voltmetrem měří malé napětí, je měření velmi nepřesné, např. napětí o skutečné hodnotě 10 V měřené takovým přístrojem může být odečteno jako 5,5 V nebo 14,5 V, což dává relativní procentuální mezní chybu měření 45 %.
Nejjednodušší způsob, jak určit mezní relativní chybu měření, je u analogového přístroje pomocí jednoduchého pravidla: “třída krát rozsah děleno odečtem”. Pro uvažovaný případ to je: 1.5% – 300/10 = 45%.
Proto by se při použití analogových přístrojů měly jejich rozsahy volit tak, aby se hodnoty měřené veličiny odečítaly blízko konce stupnice. Pak je procentuální chyba měření jen o málo větší než chyba vyplývající z třídy přístroje.
Měření digitálním přístrojem:
Neexistuje žádný standardizovaný způsob určování přesnosti digitálních přístrojů, proto si vždy ověřte, jakým způsobem jsou chyby konkrétního přístroje stanoveny v návodu k použití. Třída většiny digitálních měřidel je 0,5, takže absolutní chyba měřené veličiny je:
kde: woc je váha poslední číslice.
Váha poslední číslice závisí na použitém rozsahu a je například 1; 0,1; 0,01; 0,001 jednotky měřené veličiny. Chyba měření u digitálního přístroje je definována jako součet relativní a absolutní chyby (chyb) a takto definované chyby nelze přímo sečíst a určit tak celkovou chybu měření. Proto je nutné nejprve převést relativní chybu na absolutní chybu a poté lze určit celkovou chybu měření jako součet absolutních chyb a po vydělení měřenou veličinou vypočítat relativní chybu měření.
Příklad:
Podle návodu kpříslušnému přístroji je chyba měření vrozsahu 10 V 0,1 % měřené veličiny +/- hodnota odpovídající jedné jednotce hmotnosti přiřazené poslední číslici na displeji, tj. Rozlišení přístroje na daném rozsahu. Naměřené napětí poskytlo výsledek 5,231 V. Váha jedné jednotky poslední číslice na displeji je tedy 0,001 V.
Absolutní chyba odpovídající 0,1 % naměřené hodnoty je:
Součet absolutních chyb, který určuje maximální chybu podle návodu k přístroji, je tedy:
Z toho vyplývá, že relativní chyba výsledku měření je:
Moderní digitální měřiče mají často zabudovanou funkci automatické volby rozsahu, takže tato podmínka je zpravidla splněna.
