Dokładność i precyzja w praktyce hobbysty

Wielu hobbystów w ogóle nie zwraca uwagi na dokładność i precyzję. Inni mają bardzo wysokie oczekiwania i fałszywe wyobrażenia w tej kwestii. Jeszcze inni wiedzą, że zagadnienie jest trudne, ale chcieliby przeprowadzać jak najbardziej precyzyjne pomiary. Artykuł naświetla ogólne tło zagadnienia.

Wśród hobbystów występują skrajne podejścia do, najogólniej mówiąc, kwestii dokładności. Początkujący nie są świadomi problemów – cieszą się, że do pomiarów wykorzystują rozmaite mierniki cyfrowe, które dają złudne przekonanie o dużej dokładności.

Niektórzy bardziej zaawansowani mają częściową świadomość problemu, ale niestety ich wyobrażenia w kwestiach precyzji i dokładności są wygórowane, nierealne w praktyce. Temat jest omawiany w szkole i na studiach, ale z hobbystami jest ten problem, że przytłaczająca większość nie ma dostępu do horrendalnie drogiego laboratoryjnego sprzętu pomiarowego o naprawdę dużej dokładności.

Hobbysta z reguły korzysta z różnych budżetowych mierników, a taki sprzęt właśnie z uwagi na niską cenę, musi mieć kompromisowe parametry.

Fotografia tytułowa pokazuje prosty przykład – próbę pomiaru napięcia zmiennego o znacznej częstotliwości (20 kHz). Niektóre multimetry w ogóle nie mierzą takiego sygnału. Inne wykazują duży błąd. Niektóre pokazują wynik bliski prawdy i nie zawsze są to przyrządy najdroższe. Najlepiej byłoby zbadać swój sprzęt w dobrym laboratorium, ale mało kto ma taką możliwość. Na łamach ZE będziemy pokazywać praktyczne przykłady, co w kwestii dokładności można uzyskać niewielkim kosztem w warunkach domowych.

Wrogowie dokładności i precyzji

Podstawowym wrogiem jest… brak pieniędzy, a ściślej – ograniczony budżet. Otóż najlepsze laboratoryjne multimetry kosztują ponad 10 000 dolarów czy euro, a za te 40…50 tysięcy złotych można kupić nienajgorszy samochód.

Natomiast najtańsze, najprostsze multimetry cyfrowe można kupić za kilkanaście złotych. Niewątpliwie stosowane są w nich najprostsze rozwiązania i najtańsze elementy. To musi odbić się na parametrach!

Początkujący niską cenę wiążą przede wszystkim z szeroką tolerancją wykorzystanych elementów, z produkcyjnym rozrzutem ich wartości. Głównie rezystorów. Jednak w kwestii wysokich parametrów multimetrów to nie tolerancja zastosowanych w nich elementów jest najważniejsza.

Na cenę multimetrów na pewno mają wpływ możliwości i dostępne zakresy pomiarowe, co sygnalizuje fotografia tytułowa, jednak nie jest to zależność oczywista. O cenie multimetrów decyduje głównie dokładność i stabilność wskazań. Co ciekawe, najwięcej płacimy nie tyle za dokładność, co właśnie za stabilność wskazań, która niestety nigdy nie jest idealna. I tu dochodzimy do dwóch największych problemów: jednym są zmiany temperatury, drugim zmiany parametrów związane ze starzeniem, z upływem czasu. Właśnie dlatego lepsze przyrządy pomiarowe muszą być okresowo wzorcowane i kalibrowane. Będziemy do tego bardzo ważnego wątku często wracać.

Cena multimetru zależny też od innych czynników, co omawiałem w serii zaczynającej się od artykułu Jaki multimetr dla elektronika?

Różne potrzeby, oczekiwania i wymagania

Większość multimetrów wykorzystywanych przez hobbystów ma dokładność (cokolwiek to naprawdę znaczy) około 1 procenta, a przy niektórych pomiarach nawet do 5%. Można uznać, że to co wskazuje miernik może różnić się od prawdy o ten jeden do kilku procent.

W wielu typowych układach elektronicznych odchyłki czy rozrzuty rzędu 5% czy 10% są jak najbardziej akceptowalne. Hobbysta rzadko potrzebuje więc miernika o dokładności lepszej niż 1%. Jednak niekiedy potrzebuje – przykładem może być pomiar i ustalanie końcowego napięcia ładowarek Li-Ion, które według większości źródeł powinno wynosić 4,2 V z tolerancją nie gorszą niż ±50 mV, czyli około 1%.

Aby mieć pewność, że tak jest, do pomiaru należałoby wykorzystać miernik – woltomierz o dokładności lepszej niż 1%, najlepiej lepszej o rząd wielkości, czyli 0,1%. A to nie będzie popularny miernik za kilkanaście czy kilkadziesiąt złotych.

Dlatego każdy elektronik hobbysta powinien mieć przynajmniej jeden lepszy multimetr, co dziś nie jest wcale tak kosztowne jak było jeszcze do niedawna. Jednak wielu z nas chciałoby mierzyć z dokładnością lepszą, a nawet dużo lepszą niż 0,1% i to nie tylko napięcia stałe.

Dobra wiadomość jest taka, że na rynku jest sporo niedrogich multimetrów, których maksymalna dokładność jest lepsza niż 0,1%. Przykładem jest pokazany na rysunku 1 Aneng AN870, w cenie nieco ponad 200 zł.

Przy pomiarze napięcia stałego błąd maksymalny to 0,05%. Inny przykład to pokazany na fotografii 2 Owon B41 T+ o szerszych możliwościach (Bluetooth, autonomiczny rejestrator), dostępny w bardzo dobrej cenie nieco ponad 400 zł brutto.

To są przykłady godnych uwagi mierników, tanich jak na swoje możliwości. Maksymalna dokładność to 0,05%, ale tylko na zakresach napięcia stałego.

(…) ciach!

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się z numerze sierpniowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 8/2023). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełna wersja czasopisma umieszczona jest 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 8/2023 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” (Cappuccino = 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 – CAPPUCINO (10zł),
– jeśli kilka numerów ZE – WSPIERAM ZA. I tu wpisać kwotę zależną od liczby zamawianych numerów – wydań (N x 10zł),
Wpisać imię nazwisko.
Podać adres e-mail.
Koniecznie zaznaczyć: „Chcę dołączyć wiadomość dla Twórcy” i tu wpisać, który numer lub numery mam wysłać na podany adres e-mailowy.