Digitální měřící přístroje - I

Měření elektrických veličin a jevů je stále se rozvíjející kategorie. Začátek měl základy v analogových přístrojích, dnešek je především digitální. Základem měření jsou snímače, které využívají velkou škálu různých principů a technik pro převod měřené veličiny na elektrický signál.

Základní princip elektrických měření
Svět měření je dnes rozdělen na analogové měření, měřicí metody a přístroje a na digitální měření. S jistou nadsázkou lze princip měření elektrických veličin popsat následovně: najdi vazbu proudu nebo napětí na veličinu, kterou měříš. Pak veličinu uprav na rozumný (rozuměj snadno měřitelný) rozsah nebo úroveň, odečti hodnotu na analogovém přístroji nebo digitalizuj odpovídající proud nebo napětí a na displeji si přečti výsledek.
Komponenty digitálního měřicího přístroje
Lze říci, že měřicí zařízení je možné charakterizovat jednoduchým schématem: Senzor → Převodník → Zařízení pro zpracování dat → Zobrazovací zařízení → Záznamové zařízení (volitelně). Pro digitální měřicí zařízení (přístroj) lze upřesnit, že obvykle obsahuje analogový senzor a analogově-digitální převodník (A/D převodník). Měřená veličina je v kontaktu s primárním snímacím prvkem měřicího systému (senzorem). Tento senzor dává výstup v analogové formě. Výstupem primárního snímacího prvku může být elektrický signál jakékoliv formy – může to být napětí, frekvence nebo jiné elektrické napětí. Tento analogový výstup je poté převodníkem převeden na elektrický signál. Elektrický signál v digitální podobě je dále zpracován podle povahy měření – podle toho, co má být měřeno, jako počet, velikost, detekce změny apod. Často jde o různé podoby čítačů. Do zpracování lze zahrnout i pokročilejší manipulace s daty, jako je průměrování, integrování, vzorkování, filtrování a různé typy analýz. Tuto funkci v jednodušších přístrojích řeší čítače, ve složitějších je to obvykle procesor, který umožňuje např. parametrizovat zpracování dat.

Snímače, senzory
Senzor je zařízení určené k měření určité fyzikální nebo technické veličiny nebo události. Tuto veličinu senzor převádí na signál, který lze dálkově přenášet a dále zpracovat v měřicích a řídicích systémech. Nejčastěji
jde o elektrický signál (časový průběh napětí nebo proudu); jestliže měřená veličina není elektrická, hovoří se o elektrickém měření neelektrické veličiny. Typickými senzory měřícími veličinu jsou teploměry, senzory síly, senzory vibrací, rychlosti, tlaku, radiace nebo vlhkosti. Další skupinou jsou senzory událostí. Obvykle jde o detekci polohy, např. koncový spínač, ale také o detekci přítomnosti obrobku v zásobníku, detekci průchodu (průjezd automobilu, průchod osoby, průchod obrobku, uvolnění dopravníku apod.) či detekci kapaliny (déšť, přetečení, dosažení úrovně hladiny apod.). Nejjednodušším senzorem události jsou dva dráty, které se při ponoření do vody elektricky propojí. Takto lze detekovat vodu ve sklepě, úroveň hladiny ve studni nebo třeba naplnění jímky. Naopak asi nejsložitějším senzorem je kamera a následná analýza obrazu, kdy je na obraze detekována událost (průchod, průjezd) nebo objekt zájmu a ten je dále analyzován na specifickou vlastnost. Příkladem může být detekce čistoty a celistvosti hrdla nádoby na plnicí lince nebo identifikace automobilu, nalezení místa s registrační značkou a rozpoznání čísla registrační značky. Dalším příkladem je identifikace osoby a rozpoznání jejího obličeje nebo jiných částí (např. duhovka, pohybové charakteristiky, papilární linie apod.). Pro ilustraci budou některé druhy senzorů popsány podrobněji.

Pokračování článku naleznete v časopise Elektro 10/2020 str. 48