W pojazdach trakcyjnych w celu kontroli zmian zachodzących w obwodach elektrycznych, pneumatycznych i mechanicznych stosuje się przyrządy pomiarowe, które umieszczone są zwykle na pulpicie w kabinie maszynisty w taki sposób, aby drużyna trakcyjna bez trudności mogła odczytywać ich wskazania.
Przyrządy pomiarowe zwane miernikami można podzielić na dwie grupy:
a) mierniki elektryczne;
b) mierniki nieelektryczne.
Mierniki elektryczne mogą wskazywać wielkości elektryczne lub nieelektryczne.
Mierniki wskazujące wielkości elektryczne to amperomierze oraz woltomierze typu magnetoelektrycznego (na prąd stały) lub elektromagnetycznego (na prąd przemienny). Amperomierze służą do pomiaru natężenia prądu w obwodach elektrycznych i cechują się małą rezystancją (występuje więc mały spadek napięcia). Włącza się je szeregowo do obwodu elektrycznego. Woltomierze z kolei mają za zadanie mierzyć napięcie w obwodzie elektrycznym. Woltomierze posiadają dużą rezystancję (występuje więc duży spadek napięcia), włącza się je równolegle między punkty między którymi mają mierzyć napięcie.
Ponieważ w pojazdach trakcyjnych stosuje się mierniki mierzące także duże wielkości, więc dla bezpieczeństwa stosuje się pomiary za pomocą dodatkowych przyrządów - boczników lub rezystorów. W przypadku amperomierzy stosuje się równolegle włączony z nimi bocznik, dzięki temu część prądu przepływa przez bocznik i w ten sposób unika się wprowadzania do amperomierza dużych prądów. Z kolei równolegle z woltomierzami włącza się rezystory. Dzięki temu woltomierze mierzą spadek napięcia (niewielki) na rezystorach, a wyskalowane są w rzeczywistym napięciu istniejącym w obwodzie. Takie rozwiązanie umożliwia bezpieczny pomiar napięcia gdyż do woltomierza doprowadzana jest niewielka wartość napięcia.
Mierniki na prąd stały wykonuje się w postaci ustroju elektromagnetycznego. Prąd stały płynie przez cewkę, która indukuje pole magnetyczne oddziaływujące na ruchomy rdzeń. Z rdzeniem połączona jest wskazówka, która wychyla się razem z rdzeniem proporcjonalnie do wartości prądu płynącego w cewce. Mierniki stosowane w pojazdach trakcyjnych są odporne na drgania i przyspieszenia pojazdu. Skala miernika (czarna) wyznaczona jest na białym tle. Mierniki są podświetlane lampkami. Do amperomierzy wn dobiera się odpowiednie boczniki, a do woltomierzy odpowiednie rezystory wn. Boczniki i rezystory umieszcza się zwykle w szafach wysokiego napięcia. Często amperomierze mają zakres dwukierunkowy, z zerem pośrodku dzięki temu można ocenić kierunek i wartość przepływającego prądu.
Mierniki elektryczne wskazujące wielkości nieelektryczne są także stosowane w pojazdach trakcyjnych. Mierniki te są głównie stosowane w spalinowych pojazdach trakcyjnych do mierzenia temperatury oleju smarującego, wody, prędkości obrotowej silnika spalinowego. Mierniki tego typu składają się z dwóch części zasadniczych - nadajnika i przetwornika. Nadajnik i przetwornik często budowane są jako jedno urządzenie. W nich dostarczana energia mechaniczna lub cieplna zamieniana jest na energię elektryczną. Nadajnikiem może być np. mała prądnica prądu stałego lub przemiennego. Jak wiadomo wartość napięcia indukowana przez prądnice zależy od prędkości obrotowej. Więc jeśli miernik ma wskazywać prędkość obrotową silnika spalinowego to mała prądnica sprzęgnięta z wałem korbowym lub rozrządczym silnika spalinowego obraca się z taka samą prędkością jak wał silnika. Im większa prędkość obrotowa wału tym większe napięcie indukuje się w prądnicy. Napięcie to doprowadzane jest do woltomierza wyskalowanego w obrotach na minutę.
Mierniki mierzące temperaturę wyposażone są często w rezystory, których rezystancja zmienia się w zależności od temperatury. Wobec zmian rezystancji zmienia się prąd w obwodzie z włączonym rezystorem. Powoduje to inne zmiany w obwodzie, w konsekwencji zmiany na samym mierniku, który wyskalowany jest w stopniach Celsjusza.
Bardzo specyficznym i rozbudowanym układem z miernikiem jest układ pomiaru prędkości pojazdu trakcyjnego, czyli prędkościomierz. W zależności od zastosowanego napędu miernik ten może być miernikiem elektrycznym lub nieelektrycznym.
Prędkościomierz składa się z zestawu urządzeń spełniających poszczególne zadania, dzięki którym maszynista może odczytać prędkość z jaką porusza się pojazd oraz rejestrowane mogą być dodatkowe parametry. W skład układu pomiaru prędkości wchodzą: prędkościomierz rejestrujący, prędkościomierz wskazujący, nadajnik, stabilizator prądu, rezystor regulacyjny, oraz instalacja, która łączy poszczególne elementy układu. Prędkościomierz rejestrujący składa się z mechanizmu napędzającego wskazówkę, zegara sprężynowego 24 godzinowego, licznika przejechanych kilometrów, taśmy rejestrującej wraz z mechanizmem napędowym, rysików rejestrujących na taśmie dane o prędkości pojazdu, czasie jazdy, działaniu urządzeń SHP, hamowaniu, przebytej drogi, jazdy bez poboru prądu. Z przodu umieszczona jest tarcza czołowa, na której znajduję się skala ze wskazówką, tarcza zegarowa oraz licznik przejechanych kilometrów. Całość zamknięta jest w obudowie, która od strony czołowej jest oszklona, na dole znajduje się odbiornik, którym jest silnik synchroniczny. Prędkość obrotowa silnika zależy od częstotliwości zasilania. Podczas postoju taśma rejestrująca napędzana jest mechanizmem sprężynowym podobnie jak zegar, a podczas jazdy napędem jest mechanizm napędowy wskazówki. Prędkościomierz wskazujący różni się od prędkościomierza rejestrującego jedynie wyposażeniem. Prędkościomierz ten nie posiada urządzeń rejestrujących ani zegara, ma natomiast styki współpracujące z układem hamulcowym oraz urządzeniami SHP, które się otwierają i zamykają w zależności od prędkości pojazdu. Nadajnik może być mechaniczny lub elektryczny. W niektórych pojazdach nadajnik zbudowany jest z przekładni, która przekazuje prędkość obrotową zestawu kołowego na elastyczny przewód, który w czasie jazdy obraca się i napędza mechanizm w prędkościomierzu. Nowsze prędkościomierze mają napęd elektryczny w postaci prądnicy elektrycznej trójfazowej wytwarzającej napięcie o częstotliwości zależnej od prędkości jazdy.
Oprócz wyżej opisanych głównych elementów układu ważne zadanie spełnia także dodatkowy rezystor w układzie nadajnika, który ma za zadanie przetworzyć napięcie obwodu pomocniczego na napięcie potrzebne w układzie prędkościomierza.
Jako mierniki nieelektryczne w pojazdach trakcyjnych stosowane są manometry służące do mierzenia ciśnienia w układzie pneumatycznym pojazdu.
Zastosowanie przyrządów pomiarowych
a) amperomierze - stosuje się w układzie zarówno wysokiego jak i niskiego napięcia w pojazdach trakcyjnych do pomiaru natężenia prądu w poszczególnych grupach silników trakcyjnych (WN) oraz do pomiaru natężenia prądu w obwodzie pomocniczym (NN). W spalinowych pojazdach trakcyjnych amperomierze stosuje się w obwodzie prądnicy głównej do pomiaru natężenia prądu w obwodzie głównym jak i prądnicy pomocniczej do pomiaru natężenia prądu w obwodzie pomocniczym;
b) woltomierze - stosuje się w układzie wysokiego napięcia w elektrycznych pojazdach trakcyjnych do pomiaru napięcia sieci trakcyjnej (obwód główny), oraz w układzie niskiego napięcia do pomiaru napięcia przetwornicy i baterii akumulatorów. W spalinowych pojazdach trakcyjnych stosowane woltomierze służą do pomiaru napięcia prądnicy głównej oraz pomocniczej;
c) mierniki mierzące wartości nieelektryczne - służą do pomiaru prędkości pojazdu (prędkościomierze), w spalinowych pojazdach trakcyjnych stosowane są do pomiaru prędkości obrotowej silnika spalinowego, temperatury oleju i wody;
d) mierniki nieelektryczne - głównie manometry służą do pomiaru ciśnienia panującego w układzie pneumatycznym zarówno w elektrycznych, spalinowych jak i parowych pojazdach trakcyjnych, tj. w układzie zasilania, przewodzie głównym oraz w cylindrach hamulcowych. W elektrycznych pojazdach trakcyjnych manometry służą do wskazywania wartości ciśnienia tłoczonego przez sprężarkę pantografów oraz w układzie rozrządu (znajdują się w przedziale maszynowym). W spalinowych pojazdach trakcyjnych manometr wskazywać może także ciśnienie oleju smarującego silnik (znajduje się w przedziale maszynowym). W pojazdach trakcji parowej manometry służą także do pomiaru ciśnienia w kotle i skrzyniach suwakowych. W pojazdach trakcyjnych przystosowanych do ogrzewania parowego znajdują się manometry wskazujące ciśnienie w kotle ogrzewczym.
Główne parametry przyrządów pomiarowych
Parametry przyrządów pomiarowych są uzależnione od rodzaju przyrządu i niekiedy jego zastosowania. Dla mierników elektrycznych parametrami będą wartości napięcia i prądu, dla przyrządów mierzących wartości nieelektryczne może to być temperatura, a dla manometrów ciśnienie.
Oto przykład głównych parametrów przyrządu pomiarowego, w tym przypadku dla amperomierza:
- klasa dokładności;
- długość zakresu podziałki [mm];
- napięcie probiercze [V] lub {kV];
- zakres pomiarowy [A];
- minimalny spadek napięcia na boczniku [mV];
