Urządzenia pomiarowe – wyposażenie warsztatu

Wielkości fizyczne

Mierzalne wielkości fizyczne można podzielić na proste i złożone. Wybierając pomiar prosty, wynik można odczytać bezpośrednio z przyrządu pomiarowego – przykładem może być wartość temperatury podana przez termometr czy długość zmierzona linijką. Natomiast wielkości złożone wymagają dokonania kilku (co najmniej dwóch) pomiarów różnych niezależnych wielkości prostych, a następnie podstawienia ich do wzoru i obliczenia wyniku. Wielkością złożoną jest na przykład objętość prostopadłościanu, do której obliczenia trzeba zmierzyć jego długość, wysokość i szerokość, a następnie podstawić uzyskane wartości do odpowiedniego wzoru.

Prawidłowe mierzenie wielkości fizycznych – jak wybrać odpowiednie urządzenie pomiarowe?

Nawet najlepsze instrumenty pomiarowe nie zdadzą się na wiele, jeżeli użytkownik nie potrafi z nich prawidłowo korzystać. Do najczęstszych problemów (skutkujących nieprawidłowym pomiarem lub odczytem) można zaliczyć:

• błędy systematyczne, które wynikają z niedokładności narzędzia pomiarowego
• błędy przypadkowe, których wynikiem jest zmiana odczytywanej wartości przy kolejnych pomiarach
• nieprawidłowe korzystanie z urządzenia pomiarowego, na przykład pomiar masy przy pomocy wagi znajdującej się na nierównym podłożu
• nieprawidłowy odczyt wyniku pomiaru przez mierzącego (w przypadku pomiarów analogowych)

Świadomość błędów występujących podczas pomiarów pomaga wyeliminować te z nich, na które można mieć wpływ.

Pomiar cyfrowy a pomiar analogowy – wybierz odpowiednie urządzenia do pomiaru

Urządzenia pomiarowe (na przykład termometry czy multimetry elektryczne) często są dostępne w wersji cyfrowej i analogowej. Przed wybraniem konkretnego wariantu warto zapoznać się z wadami i zaletami obydwu. Warto pamiętać, że – wbrew obiegowej opinii – dokładność pomiaru nie ma żadnego związku z rodzajem urządzenia. Przykładowo, termometr elektroniczny do pomiaru temperatury ciała będzie dokładniejszy, niż analogowy termometr zaokienny (i odwrotnie). Również masa i cena jest zależna raczej od klasy i typu urządzenia, a nie od tego, czy jest to sprzęt analogowy, czy cyfrowy.

Ciągłość pomiaru

Ciągłość pomiaru i większa wrażliwość na nagłe wahania wartości to zaleta urządzeń analogowych. W sprzęcie cyfrowym odczyt jest próbkowany, dlatego pomiar nie jest w stanie pokazać pełnego spektrum zmiany stanu, a jedynie uproszczony, punktowy wykres.

Praktyczność i niezawodność

Urządzenia cyfrowe wymagają zasilania i są podatne na uszkodzenia znajdujących się wewnątrz układów elektronicznych. Dlatego wiele osób uważa sprzęt analogowy za trwalszy i bardziej niezawodny, choć nie jest to regułą.

Błędy odczytu

W urządzeniach cyfrowych wynik pomiaru jest zazwyczaj wyświetlany na ekranie, a wartość odczytu nie pozostawia wątpliwości. W przypadku urządzeń analogowych istnieje prawdopodobieństwo nieprawidłowego odczytania danych, na przykład na skutek tak zwanego błędu paralaksy, który polega na odczytywaniu wyniku pomiaru pod innym kątem, niż należy.

Dodatkowe funkcje

W przypadku urządzeń analogowych możliwe jest zwykle odczytanie wartości pomiaru jednej lub kilku wielkości fizycznych. Sprzęt cyfrowy (w zależności od stopnia zaawansowania) może dawać znacznie więcej możliwości: często dostępne są takie funkcje, jak zapis pomiarów, tworzenie wykresów zmian czy eksport danych do komputera. Zapisujące urządzenia pomiarowe są niezwykle funkcjonalne, dzięki czemu sprawdzą się w zastosowaniu profesjonalnym.

Urządzenia pomiarowe

Przy obecnym zaawansowaniu nauki i technologii możliwe jest zmierzenie niemal wszystkich wielkości fizycznych. W tym celu wykorzystuje się różne urządzenia pomiarowe. Które z nich stanowią niezbędne wyposażenie gospodarstwa domowego, a które sprawdzą się w warsztacie?

Przyrządy do pomiaru długości i odległości

Do pomiaru długości i odległości wykorzystuje się zazwyczaj miarki, suwmiarki i dalmierze. Dla potrzeb zwykłego gospodarstwa domowego wystarczy zazwyczaj centymetr krawiecki i zwijana miarka, które przydadzą się, gdy trzeba będzie wymierzyć miejsce pod nowe meble lub sprawdzić wysokość framugi w drzwiach. Jeżeli lubisz majsterkować, niezbędna będzie również suwmiarka, dzięki której zmierzysz dokładnie wymiary nieregularnych brył i innych elementów.

Przyrządy pomiarowe – przykłady

Poziomice

Wskazanie poziomu i pionu jest niezbędne przy pracach remontowych i wykończeniowych w mieszkaniu. Dlatego w każdym domowym warsztacie powinna znaleźć się porządna poziomica, dzięki której możliwe będzie precyzyjne umiejscowienie wszystkich elementów wyposażenia.

Mierniki prądu, wskaźniki napięcia i multimetry elektryczne

Pomiar wielkości elektrycznych jest niezbędny podczas pracy elektronika i elektryka, ale potrzeba jego dokonania zachodzi czasem w każdym domu i mieszkaniu. Wybór urządzenia powinien być więc dostosowany do planowanego zastosowania.

Podstawowe wyposażenie

Najprostszy miernik elektryczny powinien znaleźć się w każdym domu. Dzięki niemu będziesz mógł w każdej chwili sprawdzić, czy w gniazdku jest napięcie, a także na przykład zweryfikować podejrzenie wystąpienia przebicia w urządzeniach elektrycznych.

Sprzęt dla elektryków

Osoby zajmujące się serwisem sieci i urządzeń sieciowych powinny zaopatrzyć się w co najmniej podstawowy zestaw instrumentów pomiarowych: wskaźnik napięcia (woltomierz), miernik natężenia prądu elektrycznego (amperomierz) oraz urządzenie do mierzenia wartości rezystancji (omomierz). Przydatny może być również watomierz, przeznaczony do dokonywania pomiaru mocy czynnej. Dobrą alternatywą dla takiego zestawu jest wysokiej jakości multimetr (miernik uniwersalny), który mierzy wiele różnych wielkości fizycznych.

Sprzęt dla elektroników i robotyków – precyzyjne urządzenia pomiarowe

Osoby zajmujące się elektroniką i robotyką również potrzebują sprzętu do pomiaru podstawowych wielkości elektrycznych. W ich przypadku także chodzi zazwyczaj o wskaźniki napięcia, mierniki natężenia prądu czy instrumenty mierzące rezystancję, pojemność prądową lub częstotliwość. Jednak kluczową kwestią podczas doboru sprzętu jest jego dokładność i zakres pomiarowy. W przypadku pracy nad złożonymi układami elektronicznymi nie ma potrzeby mierzenia wysokich wartości prądowych, natomiast istotna jest maksymalna precyzja, by uniknąć uszkodzenia delikatnych elementów. Przydatnym narzędziem jest multimetr, który pozwala na pomiar wielu wartości prądowych przy pomocy jednego urządzenia. Taki sprzęt posiada też często dodatkowe funkcje, na przykład testowanie tranzystorów czy wbudowany termometr.

Oscyloskopy

Oscyloskop to przyrząd, który pozwala na generowanie prądu o różnych właściwościach. Dzięki temu jest przydatny w diagnostyce oraz podczas prototypowania, a także pozwala na badanie przebiegów zależności między wielkościami elektrycznymi. Na ekranie oscyloskopu można zazwyczaj zobaczyć wizualną reprezentację zależności napięcia (oś Y) od czasu (oś X).

Wagi

Wagi umożliwiają pomiar masy wybranego elementu lub obiektu. Ponieważ w przypadku tych przyrządów zwiększenie zakresu pomiarowego łączy się zazwyczaj z obniżeniem precyzji, najwygodniej jest posiadać kilka wag – przykładowo jedną o zakresie od kilku do kilkudziesięciu lub więcej kilogramów (jak waga łazienkowa) o dokładności do stu gram, a także jedną bardziej precyzyjną (jak waga kuchenna) o zakresie do kilku kilogramów i dokładności do jednego grama. W przypadku osób zajmujących się bardzo szczegółowymi pracami, jak tworzenie zminiaturyzowanych układów elektronicznych lub biżuterii, przydatna może być także jeszcze dokładniejsza waga (na przykład laboratoryjna, wyznaczająca masę z dokładnością do jednej setnej grama).

Mierniki oświetlenia

Mierniki oświetlenia są przydatne w sytuacjach, gdy pojawia się potrzeba zmierzenia natężenia światła. Znajdują więc zastosowanie podczas projektowania i urządzania budynków czy testowania elementów oświetleniowych, a także w wielu innych momentach. Jednostką natężenia światła jest luks (lx), czyli lumen na metr kwadratowy (stąd pochodzi alternatywna nazwa miernika oświetlenia – luksomierz). Zakres pomiarowy luksomierza może wynosić od kilkudziesięciu tysięcy do nawet kilkuset tysięcy luksów.

Termometry

Temperatura to jedna z najczęściej mierzonych na co dzień wielkości fizycznych. Większość osób posiada w domu co najmniej dwa lub trzy termometry o różnym zastosowaniu i zakresie pomiarowym. Miernik temperatury do warsztatu powinien być wybierany z myślą o jego przyszłym wykorzystaniu – jeżeli ma służyć tylko do ogólnej kontroli temperatury w pomieszczeniu, doskonale sprawdzi się zwykły termometr pokojowy, jednak w przypadku bardziej skomplikowanych zastosowań (jak pomiar temperatury lutu) potrzebne są specjalistyczne urządzenia.

Czujniki jakości powietrza

Czujniki jakości powietrza pozwalają na wykrycie obecności różnych substancji i zanieczyszczeń, dzięki czemu znajdują zastosowanie w miernikach jakości powietrza, domowych stacjach pogodowych czy oczyszczaczach powietrza. Można dzięki nim wykryć obecność tlenku węgla, gazów łatwopalnych (metan, propan, butan, gaz ziemny, pary benzyny lub etanolu etc.), siarkowodoru, formaldehydu, benzopirenów, związków siarki czy amoniaku, a także dymu oraz zanieczyszczeń w postaci pyłów zawieszonych PM10 i PM2.5. Wiele urządzeń wyposażonych jest także w możliwość pomiaru innych parametrów, na przykład temperatury, ciśnienia atmosferycznego lub wilgotności powietrza, dzięki czemu świetnie sprawdzą się jako część domowej stacji pogodowej.

Parametry pogodowe

Urządzenia mierzące parametry pogodowe (prędkość wiatru, ciśnienie atmosferyczne, temperaturę, wilgotność powietrza, występowanie wyładowań atmosferycznych) są zwykle wykorzystywane jako elementy domowych stacji pogodowych. Dostępne są zarówno pojedyncze instrumenty (barometry, higrometry, termometry, anemometry), jak i modele zintegrowane, które mierzą wiele parametrów jednocześnie.

Analiza fal radiowych

Urządzenia do analizy widma przydatne są w sytuacjach, gdy potrzebne jest poznanie bieżących parametrów fal radiowych. Podczas wybierania konkretnego modelu należy zwrócić uwagę na obsługiwany zakres częstotliwości – warto pamiętać, że często konieczne jest dokupienie dodatkowych anten do ich odbioru.

Pomiar położenia

Do pomiaru położenia (i zmian położenia) przedmiotów względem innych obiektów można wykorzystać takie instrumenty pomiarowe, jak akcelerometry (mierzące prędkość) czy żyroskopy i kompasy żyroskopowe (mierzące lub pomagające utrzymać położenie kątowe). Nie są to narzędzia niezbędne w każdym domowym warsztacie, jednak mogą przydać się podczas konstruowania niektórych projektów elektronicznych lub wykonywania doświadczeń naukowych.

Urządzenia optyczne

Elementy optyczne, takie jak kamery czy czujniki optyczne, wykorzystywane są w niektórych urządzeniach pomiarowych i diagnostycznych. Przykładem mogą być narzędzia do pomiaru poziomu cieczy, optyczne wykrywacze dymu czy endoskopy.

Inne czujniki i instrumenty pomiarowe

W zależności od potrzeb użytkownika, na rynku można znaleźć narzędzia pomiarowe przeznaczone do badania i rejestrowania wielu parametrów: magnetometry (pomiar właściwości magnetycznych ciał), sonometry (pomiar natężenia dźwięku), czujniki poziomu cieczy, wykrywacze podczerwieni czy urządzenia przeznaczone do detekcji poszczególnych substancji, jak metal czy drewno. Niemożliwe jest wyposażenie domowego warsztatu we wszystkie dostępne instrumenty pomiarowe, dlatego najbardziej rozsądną opcją jest wybranie najbardziej podstawowych, a następnie ewentualne poszerzanie swojej bazy sprzętu o kolejne urządzenia.

Akcesoria i osprzęt do urządzeń pomiarowych

Niektóre urządzenia pomiarowe, takie jak suwmiarka czy termometr pokojowy, nie potrzebują do działania dodatkowych akcesoriów i elementów. Jednak w przypadku wielu narzędzi konieczne jest zaopatrzenie się w dodatkowy sprzęt, który pozwoli skorzystać z nich lub rozszerzyć ich funkcjonalność.

Sondy, złącza i przewody pomiarowe

Wiele urządzeń pomiarowych wymaga podłączenia specjalnych sond, które będą miały bezpośredni kontakt z badanym obiektem. Wykorzystuje się je w przypadkach, gdy dostęp do niego jest utrudniony (na przykład podczas diagnostyki instalacji hydraulicznej) lub potrzebny jest element łączący urządzenie pomiarowe z badanym przedmiotem. Najprostszym przykładem są sondy pomiarowe do mierników elektrycznych, które składają się z przewodów zakończonych właściwymi końcówkami, umożliwiającymi podłączenie do danego elementu. Oprócz odpowiednich złącz po stronie urządzenia i badanego obiektu, ważny jest również wysokiej jakości przewód, który zapewni jak najwierniejsze przekazanie uzyskanych podczas dokonywania pomiaru wartości. Wybór właściwej sondy jest bardzo istotny – w przeciwnym razie wynik uzyskanego pomiaru może być niedokładny. Innym przykładem urządzeń wykorzystujących sondy mogą być endoskopy zakończone elementem emitującym światło oraz kamerą. Pozwalają one na zbadanie miejsc niedostępnych dla ludzkiego oka – na przykład wnętrza rur czy szczelin w ścianach. Do tych ostatnich przyda się także linijka do mierzenia szczelin.

Zasilanie

Niektóre urządzenia pomiarowe, zwłaszcza te bardziej skomplikowane, wymagają zasilania o ściśle określonych parametrach prądowych. By zapobiec uszkodzeniu sprzętu lub jego nieprawidłowemu działaniu, najlepiej jest zawsze wykorzystywać zalecany przez producenta zasilacz i przewód zasilający lub wysokiej klasy ekwiwalent.

Dobór urządzenia pomiarowego

Dobór urządzenia pomiarowego zależy od charakterystyki planowanych pomiarów. Najważniejszymi parametrami są w tym przypadku dokładność przyrządu pomiarowego oraz zakres pomiarowy (skala minimalnej oraz maksymalnej wartości pomiaru). Warto jednak pamiętać, że liczy się także jakość sprzętu, czyli wykorzystane do jego produkcji materiały oraz staranność projektu i wykonania – w przypadku instrumentów pomiarowych niższej klasy, rzeczywista dokładność i zakres pomiarowy mogą różnić się od wartości deklarowanych przez producenta.

Zakres pomiarowy

Zakres pomiarowy to parametr pozwalający na określenie minimalnej i maksymalnej wartości pomiaru dokonywanego przy pomocy danego przyrządu. Przykładowo, zakres pomiarowy linijki może wynosić od 1 mm (w tym przypadku minimalny pomiar jest równy dokładności instrumentu) do 20 cm. Wybierając konkretny model urządzenia, warto zwrócić szczególną uwagę na tę właściwość, ponieważ warunkuje ona komfort, a nawet możliwość wykorzystania sprzętu. Na przykład kilogram mąki można stopniowo (i niezbyt wygodnie) odważyć przy pomocy wagi jubilerskiej, jednak miernik elektryczny poddany działaniu zbyt wysokiego napięcia po prostu się spali, co nie tylko uniemożliwi wykonanie pomiaru, ale również narazi użytkownika na niebezpieczeństwo.

Dokładność

Dokładność przyrządów pomiarowych jest zazwyczaj (choć nie zawsze) powiązana z ich zakresem pomiarowym – im większy zakres pomiaru, tym mniejsza dokładność urządzenia. Wynika to z potrzeb użytkowników, ponieważ mierzenie większych wartości zazwyczaj nie musi być aż tak precyzyjne. Przykładowo, podczas ważenia człowieka jeden gram nie ma większego znaczenia, ale w przypadku pomiaru masy kamieni szlachetnych robi ogromną różnicę. Dlatego podczas wybierania przyrządu pomiarowego należy wziąć pod uwagę planowane zastosowanie urządzenia.

Jakich urządzeń będziesz potrzebować?

Nie da się udzielić jednoznacznej odpowiedzi, która idealnie opisałaby potrzeby każdego użytkownika, ponieważ wyposażenie pracowni musi odzwierciedlać wykonywane w nim czynności – a te różnią się w zależności od pracującej osoby. Można jednak wyróżnić najbardziej podstawowe przyrządy pomiarowe, które są niezbędne w każdym przydomowym warsztacie:

• przyrządy do mierzenia wymiarów: miarka zwijana, suwmiarka, centymetr krawiecki
• termometry (w zależności od potrzeb)
• waga precyzyjna oraz waga o większym zakresie pomiarowym
• multimetr elektryczny wyposażony w komplet sond
• poziomica

Oprócz tego, warto zaopatrzyć się w urządzenia pomiarowe, które są potrzebne do tworzonych przez Ciebie projektów. Przykładowo, dla elektronika bardzo przydatny będzie wytrzymały termometr umożliwiający na przykład pomiar temperatury lutu, natomiast osoby zajmujące się motoryzacją mogą potrzebować takich przyrządów, jak miernik grubości lakieru.