Czy chcesz mierzyć dokładnie?

Większość elektroników na powyższe tytułowe pytanie odpowie: Oczywiście, chcę mierzyć jak najdokładniej! Chcę, ale nie stać mnie na zakup kosztownych mierników. Poniższy artykuł pokazuje ograniczenia, ale co ważniejsze, sygnalizuje interesujące możliwości, jakie może wykorzystać każdy hobbysta.

O prawie Ohma słyszał prawie każdy. A ile osób słyszało o prawie Barlowa? Peter Barlow był o kilkanaście lat starszy od Georga Ohma. Był to zasłużony i szanowany uczony, któremu na początku XIX wieku zlecono zbadanie zagadnienia: jak płynie prąd elektryczny. Mniej więcej w tym samym czasie co Ohm przedstawił on wyniki swoich rzetelnych badań oraz wynikające z nich wnioski, w tym zależność wielkości prądu od długości drutu, przez który płynie. Czyli tak zwane prawo Barlowa, które po pierwsze, później okazało się nieprawdziwe, a po drugie, najprawdopodobniej co najmniej o kilka lat opóźniło rozwój i opracowanie praktycznie użytecznego telegrafu, czyli pierwszego użytkowego wykorzystania elektryczności.

Dlaczego ten skrupulatny i rzetelny naukowiec wprowadził świat naukowy w błąd?

Otóż wyciągnął co prawda prawidłowe wnioski z wyników swoich pomiarów, ale jego dane pomiarowe były niepełne. Barlow na początku lat 20. XIX wieku w bardzo prymitywny sposób mierzył wielkość prądu, a wynikiem pomiaru był kąt i tangens kąta, o jaki odchylała się igła kompasu. Nie mierzył napięcia, bo po pierwsze, wtedy nie było takiej możliwości, a po drugie, pojęcie napięcia nie było wtedy jeszcze jasne i zrozumiałe.

Georg Ohm też na początku wpadł w tę samą pułapkę i też pierwotnie przedstawił błędne wnioski, co jest fascynującą i bardzo mało znaną historią.

W każdym razie w elektrotechnice i elektronice ogromnie ważne są pomiary napięcia, (natężenia) prądu oraz oporności. W ciągu ostatnich 200 lat nastąpił w tej dziedzinie nieprawdopodobny postęp!

Po pierwsze nauczyliśmy się mierzyć napięcie, czyli różnicę potencjałów. Najpierw mierzono napięcie za pomocą… potencjomierza, czyli, jak dziś mówimy, potencjometru. Potem wynaleziono różne woltomierze. To kolejny bardzo interesujący wątek.

Ja wrócę do anegdotycznego zdarzenia, gdy w dyskusji miedzy mechanikiem i elektrykiem ten ostatni z głębokim przekonaniem twierdził, że oni, elektrycy, napięcie, w szczególności napięcie sieci energetycznej, mierzą z dokładnością absolutną.

Bardzo się mylił, bo w zakładzie przemysłowym, gdzie pracowali, podstawowym wyposażeniem były wskazówkowe mierniki uniwersalne typu UM-4B, które mają klasę dokładności 2,5 na zakresach napięcia przemiennego. Ogólnie biorąc, błąd mógł więc wynosić ±2,5%, a w praktyce nawet więcej.

Pojawienie się i upowszechnienie mierników cyfrowych stworzyło fałszywe wrażenie, że skończył się problem z dokładnością pomiarów. Dla wielu osób słowo „cyfrowy” jest wręcz synonimem określeń „precyzyjny”, „dokładny”. Zupełnie niesłusznie!

Fałszywe jest wyobrażenie, że cyfrowy miernik pokazuje dokładną wartość mierzonej wielkości!

Przykładem jest fotografia 1, będąca kadrem z filmu Czy chcesz mierzyć dokładnie?, oznaczonego numerem M008a. Wszystkie pokazane mierniki mierzą (przemienne) napięcie sieci energetycznej.

Różnice wskazań są, a przynajmniej powinny być, mniejsze, jeżeli mierzone jest napięcie stałe. Przykład na fotografii 2.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w numerze majowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 5/2024). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite i dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 10 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 5/2024 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki

 

Uwaga! Osoby, które nie są (jeszcze) moimi stałymi Patronami, mogą nabyć PDF-y z pełną wersję tego numeru oraz wszystkich innych numerów czasopisma wydanych od stycznia 2023, „stawiając mi kawę” (10 złotych za jeden numer czasopisma w postaci pliku PDF).
W tym celu należy kliknąć link (https://buycoffee.to/piotr-gorecki), lub poniższy obrazek

Następnie wybrać:
– jeśli jeden numer ZE – 10 zł,
– jeśli kilka numerów ZE – WSPIERAM ZA. I tu wpisać kwotę zależną od liczby zamawianych numerów – wydań (N x 10 zł),
Wpisać imię nazwisko.
Podać adres e-mail.
Koniecznie zaznaczyć: „Chcę dołączyć wiadomość dla Twórcy” i tu wpisać, który numer lub numery ZE mam wysłać na podany adres e-mailowy. Jeśli ma to być numer z tym artykułem trzeba zaznaczyć, że chodzi o ZE 4/2024.
UWAGA!!! E-mail z linkiem do materiałów (weTransfer) wysyłamy zazwyczaj w ciągu 24 godzin. Czasem zdarza się jednak, że trafia do spamu. Jeśli więc nie pojawi się w ciągu 48 godzin prosimy sprawdzić w folderze spam, a ewentualny problem zgłosić na adres: kontakt@piotr-gorecki.pl.