Podstawy Pomiarów PPOM.A Literatura 2 Literatura podstawowa... 3 Literatura uzupełniająca... 4

Transkrypt

1 Podstawy Pomiarów PPOM.A 2014 Literatura 2 Literatura podstawowa Literatura uzupełniająca Podstawy pomiarów 5 Cele przedmiotu Środki realizacji Program wykładu Program laboratorium Treści wykładu i laboratorium 10 Podstawy elektrotechniki teoretycznej Podstawy pomiarów Aparatura i technika pomiarowa Podstawowe pojęcia metrologii 14 Wielkość Wielkość metrologiczna Stan wielkości metrologicznej Struktura obserwacji bezpośredniej i pomiaru 18 Struktura obserwacji bezpośredniej Struktura pomiaru Definicja pomiaru Wynik pomiaru Definicja pomiaru Metody pomiarowe Elementy procesu pomiarowego 25 Elementy procesu pomiarowego Elementy procesu pomiarowego c.d Proces pomiarowy Sygnały 29 Definicje Sygnały Oznaczenia Podział sygnałów Sygnał harmoniczny (sinusoidalny) Sygnał prostokątny Klasyfikacja sygnałów Przetwarzanie analogowo-cyfrowe

2 Literatura W1 2 Literatura podstawowa 1. Dusza J., Gortat G., Leśniewski A.: Podstawy miernictwa. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Jędrzejewski K. (red.): Laboratorium podstaw pomiarów. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Osiowski J., Szabatin J.: Podstawy teorii obwodów. t. I i II, WNT, 1998 PPOM W1 3 Literatura uzupełniająca 1. Śliwa L.: Podstawy elektrotechniki i pomiarów. Preskrypt. OWPW, Tumański S.: Technika pomiarowa. WNT, Rydzewski J.: Pomiary oscyloskopowe. WNT, Taylor J. R.: Wstęp do analizy błędu pomiarowego. PWN, Floyd T. L.: Principles of Electric Circuits. Prentice Hall, Ramotowski M., Śliwa L.: ECE Laboratory. OWPW, PPOM W1 4 Podstawy pomiarów W1 5 Cele przedmiotu Zapoznanie z podstawami wiedzy o sygnałach, elementach i obwodach elektrycznych. Wyrobienie umiejętności organizacji doświadczeń pomiarowych i posługiwania się podstawową aparaturą laboratorium elektronicznego. Nauczenie sposobów oceny błędów pomiaru i świadomego wyboru metod prowadzących do ich minimalizacji. Nabywanie umiejętności prawidłowego dokumentowania wyników doświadczeń. PPOM W1 6 Środki realizacji podstawy teoretyczne wykład, literatura, materiały pomocnicze do ćwiczeń laboratoryjnych, praca laboratoryjna, zadania i problemy opracowywane samodzielnie. PPOM W1 7

3 Program wykładu Wprowadzenie: podstawowe pojęcia metrolologiczne, przyrządy pomiarowe. Podstawy elektrotechniki teoretycznej: sygnały i obwody elektryczne. Podstawy wiedzy o pomiarach i ich błędach. Wyposażenie stanowiska laboratoryjnego. Pomiary parametrów sygnałów. Pomiary parametrów elementów. PPOM W1 8 Program laboratorium Aparatura pomiarowa: oscyloskop. Aparatura pomiarowa: źródła sygnałów, multimetry cyfrowe. Pomiary napięcia stałego. Pomiary parametrów napięć zmiennych. Pomiary częstotliwości i czasu. Pomiary parametrów elementów R, C, L. PPOM W1 9 Treści wykładu i laboratorium W1 10 Podstawy elektrotechniki teoretycznej Podstawy teorii obwodów Opis parametrów i właściwości sygnałów. Opis elementów i obwodów elektrycznych. Metody analizy obwodów. PPOM W1 11 Podstawy pomiarów Rodzaje pomiarów, metody pomiarowe i ich stosowanie. Błędy pomiarów. Zasady organizacji i dokumentacji doświadczeń. PPOM W1 12

4 Aparatura i technika pomiarowa Aparatura pomiarowa Podstawowe wyposażenie stanowiska pomiarowego. Specjalna aparatura i sprzęt pomiarowy. Techniki pomiarowe Pomiary parametrów sygnałów. Pomiary parametrów i charakterystyk elementów. PPOM W1 13 Podstawowe pojęcia metrologii W1 14 Wielkość Wielkość: właściwość ciała (przedmiotu) lub zdarzenia (zjawiska) charakteryzująca to ciało lub zjawisko w sensie ilościowym (np. długość, natężenie prądu) lub jakościowym (np. świeżość, wydolność organizmu). (quantity, referent) PPOM W1 15 Wielkość metrologiczna Wielkość metrologiczna: wielkość, której poszczególne stany (realizacje) mogą być oceniane i porównywane zarówno pod względem ilościowym, jak i jakościowym. wielkość fizyczna, wielkość mierzalna (measurand) PPOM W1 16 Stan wielkości metrologicznej Stan wielkości: konkretna realizacja danego rodzaju wielkości jako cechy danego obiektu. Wartość stanu wielkości: stan wielkości wyrażony za pomocą symboli abstrakcyjnych (np. liczb) (value). Miara stanu wielkości: dowolnie wybrany stan tej wielkości, przyjęty umownie jako stan odniesienia. Jednostka miary: miara, której przypisano wartość liczbową 1 (unit of measure). PPOM W1 17

5 Struktura obserwacji bezpośredniej i pomiaru W1 18 Struktura obserwacji bezpośredniej Źródło zjawiska Odbiór informacji Wynik Informacja zapamiętana Obserwator Cechy obserwacji bezpośredniej: subiektywność, niepowtarzalność, jakościowy charakter uzyskiwanej informacji. PPOM W1 19 Struktura pomiaru Źródło zjawiska Układ porównania Zobrazowanie Wzorzec Przyrząd pomiarowy Właściwości pomiaru: obiektywność, powtarzalność, możliwość uzyskania informacji ilościowej. PPOM W1 20

6 Definicja pomiaru PPOM W1 21 Wynik pomiaru Wynik pomiaru: połączenie ( iloczyn ) wartości liczbowej i jednostki miary X = {X}[X] Wynik = {Wartość liczbowa}[ Jednostka] U = +8,01 V PPOM W1 22 Definicja pomiaru Pomiarem nazywamy czynności, po których wykonaniu możemy stwierdzić, że w chwili pomiaru dokonanego w określonych warunkach, przy zastosowaniu określonych środków i wykonaniu odpowiednich czynności, wielkość mierzona miała wartość a<x <b PPOM W1 23

7 Metody pomiarowe Metoda pomiarowa określa sposób porównywania wielkości mierzonej z wielkością wzorcową. Metoda pomiarowa bezpośrednia pośrednia asocjacyjna (skojarzeniowa) derywacyjna (pochodna) PPOM W1 24 Elementy procesu pomiarowego W1 25 Elementy procesu pomiarowego Źródło wielkości mierzonej (źródło informacji) Przetworniki wielkości mierzonej na wielkość porównywaną (transducers) czujnik (sensor) konwerter (signal converter) układ skalujący (dopasowujący) (adapter, transducer) Odbiorca PPOM W1 26

8 Elementy procesu pomiarowego c.d. Obiektywne urządzenie porównujące układ porównania (comparator) wzorzec (measurement standard, etalon) Przetworniki wielkości porównywanej na wielkość obserwowalną (actuators) Odbiorcainformacji Odbiorca PPOM W1 27 Proces pomiarowy PPOM W1 28 Sygnały W1 29 Definicje sygnał: wielkość fizyczna związana z procesem przekazywania informacji (transmisji energii lub masy) sygnał pomiarowy: wielkość fizyczna oddziałująca na przyrząd (przetwornik) pomiarowy, której jedna z cech (parametrów) jest odwzorowaniem wielkości mierzonej PPOM W1 30

9 Sygnały Funkcje opisujące zmienność w czasie wielkości fizycznych nazywamy przebiegami czasowymi tych wielkości lub sygnałami. Przykład: sygnał sinusoidalny (harmoniczny) u(t)=u m cosωt PPOM W1 31 Oznaczenia Sygnały oznaczamy małymi literami: napięcie: u lub u(t), natężenie prądu: i lub i(t), siła elektromotoryczna: e lub e(t), wydajność prądowa: j lub j(t). PPOM W1 32 Podział sygnałów SYGNAŁY stochastyczne zdeterminowane ergodyczne nieergodyczne nieokresowe prawie okresowe stacjonarne niestacjonarne zanikające trwałe okresowe harmoniczne odkształcone PPOM W1 33

10 Sygnał harmoniczny(sinusoidalny) T ( ) 2π x(t)=x m cos T t+ϕ 0 =X m cos(ωt+ϕ 0 ) okres [s] (period) ϕ 0 ( π,π] faza początkowa [rad] (phase) f = 1 T ω = 2π f X m 0 częstotliwość [Hz] (frequency) pulsacja [rad/s] (radian frequency) wartość szczytowa (amplituda) (peak value) X MM =2X m wartość międzyszczytowa (peak-to-peak value) PPOM W1 34 Przykład sygnału okresowego x(t) Symetryczna fala prostokątna X M 0 T/2 T t X M X x(t)= M dla 0 t <T/2 X M dla T/2 t <T PPOM W1 35

11 Klasyfikacja sygnałów x(t) x R x i D x t R t i D t analogowy dyskretny w czasie (spróbkowany) dyskretny w amplitudzie (skwantowany) cyfrowy D: skończony lub przeliczalny zbiór liczb, wybranych ze zbioru R(, ) w określony sposób. PPOM W1 36 Przetwarzanie analogowo-cyfrowe PPOM W1 37