3Metody pomiarowe

Pomiar jest procesem poznawczym polegającym na porównaniu mierzonej wielkości z wzorcem przyjętym za jednostkę miary tej wielkości, przy czym we współczesnym miernictwie, zwłaszcza przemysłowym, operacja ta jest z reguły wykonywana automatycznie [60, 70, 78, 81, 103].

Kolejne etapy pomiaru obejmują uzyskanie informacji z obiektu pomiaru, jej transmisję, przetworzenie na odpowiednią postać, porównanie z wzorcem oraz podanie wyniku tej operacji. Niekiedy w skład procesu pomiaru wchodzą też opracowanie oraz interpretacja jego wyniku.

Metodą pomiarową nazywamy sposób porównania wielkości mierzonej z wzorcem, a więc sposób określenia równania przetwarzania wielkości mierzonej x na sygnał pomiarowy y

gdzie: z - suma wielkości zakłócających pomiar.

Jednostki miar są obecnie znormalizowane w skali międzynarodowej. W Polsce od października 1975 r. obowiązuje stosowanie jednostek Międzynarodowego Układu Jednostek Miar SI (Systeme International d'Unites) [47], jednostek pochodnych utworzonych z jednostek SI, wielokrotności i podwielokrotności tych jednostek oraz jednostek nienależących do układu SI, ale dopuszczonych do stosowania (legalnych). Zasady stosowania w Polsce legalnych jednostek miar określa odpowiednie rozporządzenie Rady Ministrów [96].

Wykaz podstawowych i pochodnych jednostek miar SI podano w tab. 3.1 i 3.2. Najważniejsze jednostki legalne w Polsce, nienależące do układu SI, podano w tab. 3.3. Pozostałe jednostki legalne wymieniono w dalszych rozdziałach, przy omawianiu pomiarów poszczególnych wielkości. Przedrostki do określania wielokrotności i podwielokrotności jednostek miar wymieniono w tab. 3.4.

Tabela 3.1. Podstawowe jednostki układu miar SI [47]

Wielkość

Nazwa

Oznaczenie

jednostki podstawowe

Długość, odległość

Masa

Czas

Prąd elektryczny (natężenie prądu elektrycznego)

Temperatura (termodynamiczna), różnica temperatur

Światłość

Liczność materii

metr

kilogram

sekunda

amper

kelwin

kandela

mol

m

kg

s

A

K

cd

mol

jednostki uzupełniające

Kąt (płaski)

Kąt bryłowy

radian

steradian

rad

sr

Tabela 3.2. Pochodne jednostki układu miar SI [47]

Wielkość fizyczna

Nazwa jednostki

Symbol jednostki

Odpowiednik

Odpowiednik w jednostkach podstawowych

Częstotliwość

herc

Hz

-

s-1

Siła

niuton

N

-

m - kg - s-2

Ciśnienie, naprężenie

paskal

Pa

N/m2

m-1 - kg - s-2

Energia, praca, ciepło

dżul

J

N - m, C - V, W - s

m2 - kg - s-2

Moc, strumień promieniowania

wat

W

J/s, V - A

m2 - kg - s-3

Ładunek elektryczny

kulomb

C

-

s - A

Napięcie elektryczne, siła elektromotoryczna

wolt

V

W/A, J/C

m2 - kg - s-3 - A-1

Pojemność elektryczna

farad

F

C/V, s/?

m-2 - kg-1 - s4 - A2

Rezystancja

om

?

V/A

m2 - kg - s-3 - A-2

Przewodność elektryczna

simens

S

1/? , A/V

m-2 - kg-1 - s3 - A2

Strumień magnetyczny

weber

Wb

V - s, J/A

m2 - kg - s-2 - A-1

Indukcja magnetyczna

tesla

T

Wb/m2, (V - s)/m2, N/(A - m)

kg - s-2 - A-1

Indukcyjność

henr

H

Wb/A, (V - s)/A, ? - s

m2 - kg - s-2 - A-2

Strumień świetlny

lumen

lm

cd - sr

cd

Natężenie oświetlenia

luks

lx

lm/m2

m-2 - cd

Aktywność ciała promieniotwórczego

bekerel

Bq

-

s-1

Dawka pochłonięta

grej

Gy

J/kg

m2 - s-2

Równoważnik dawki pochłoniętej

siwert

Sv

J/kg

m2 - s-2

Aktywność katalityczna

katal

kat

-

s-1 - mol

Tabela 3.3. Ważniejsze jednostki spoza układu SI legalne w Polsce [47]

Wielkość

Nazwa

Oznaczenie

Masa

tona

t

Czas

minuta

godzina

doba

dzień

tydzień

miesiąc

kwartał

rok

min

h, godz.

d

-

-

-

-

a, r

Temperatura

stopień Celsjusza

°C

Powierzchnia

hektar

ha

Objętość, pojemność

litr

l

Przesunięcie kątowe

obrót

obr.

Prędkość obrotowa

obrót na sekundę

obr./s

Tłumienność

bel

B

Stężenie molowe

mol na litr

mol/1

Wykładnik stężenia jonów H+

pH

-

Stosunek dwóch wartości

procent

%

Ilość informacji

bit

bit

Tabela 3.4. Przedrostki do tworzenia dziesiętnych wielokrotności i podwielokrotności jednostek miar

Przedrostek

Oznaczenie

Mnożnik

jotta

zetta

eksa

peta

tera

giga

mega

kilo

hekto

deka

decy

centy

mili

mikro

nano

piko

femto

atto

zepto

jokto

Y

Z

E

P

T

G

M

k

h

da

d

c

m

?

n

p

f

a

z

y

1024

1021

1018

1015

1012

109

106

103

102

101

10-1

10-2

10-3

10-6

10-9

10-12

10-15

10-18

10-21

10-24

Opracowane na podstawie rozporządzenia Rady Ministrów [96].

2Charakterystyka wielkości mierzonych

Prowadzenie każdego procesu technologicznego wymaga uzyskania informacji o stanach, zjawiskach czy przemianach zachodzących w czasie jego trwania. Informacje takie uzyskuje się drogą pomiarów. W praktyce pomiarów przemysłowych mierzy się niemal wszystkie znane właściwości materii o charakterze fizycznym, fizykochemicznym, chemicznym czy biologicznym [62, 70, 81]. Z tego względu podstawowe wielkości mierzone można podzielić według klasycznego podziału dyscyplin fizyki i chemii na:

W technologiach przemysłu spożywczego konieczne jest mierzenie prawie wszystkich wymienionych wielkości. Niektóre z tych pomiarów, takie jak np. ciągłe pomiary poziomu i przepływu cieczy, ciśnienia, temperatury czy pH mają charakter wręcz podstawowy. Inne, jak np. pomiary kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji światła, pochłaniania promieniowania czy zmętnienia, są specyficzne dla niektórych technologii i najczęściej wykonuje się je tylko w zakładowych laboratoriach.

Metody i urządzenia służące do przemysłowych pomiarów wielkości najczęściej spotykanych w technologiach produkcji żywności omówiono w rozdziałach od 8 do 12.