Program wykładu. Program wykładu c.d. Wykład 30 godzinny (2h tygodniowo) Laboratorium 45 godzinne (3h tygodniowo) 5ECTS

Transkrypt

1 Wykład 30 godzinny (h tygodniowo) Laboratorium 45 godzinne (3h tygodniowo) 5ECTS Zasady zaliczania przedmiotu (w USOSWeb): 1. Laboratorium (poda prowadzący zajęcia);. Wykład: egzamin pisemny (z opcją ustną): 5 tematów (teoretyczne + praktyczne zadanie) od 1 do 5pkt. Razem do zdobycia 15 pkt. Zaliczenie od 8,5 pkt. Korzystanie z własnych notatek i innych materiałów. Potrzebny kalkulator. Wymagana samodzielna praca. Program wykładu 1. Podstawowe pojęcia metrologii.. Obliczanie niepewności pomiaru. 3. Wzorce jednostek elektrycznych. Trasabilność czyli spójność pomiarów. 4. Metody pomiarowe. 5. Przyrządy analogowe (elektromechaniczne). 6. Układy mostkowe, kompensacyjne i komparacyjne. Program wykładu c.d. 7. Przetwarzanie sygnałów pomiarowych. 8. Przyrządy cyfrowe. 9. Struktura toru pomiarowego. 10. Interfejsy, magistrale, złącza. 11. Akwizycja sygnałów pomiarowych. 1

2 Wybrane źródła: ChwalebaA., Poniński M., Siedlecki A.: Metrologia elektryczna. WNT, W-wa 003. CzajewskiJ.: Podstawy metrologii elektrycznej. OW Politechniki Warszawskiej, W-wa 003. Lesiak P., Świsulski D.: Komputerowa technika pomiarowa. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 00. Skubis T.: Podstawy metrologicznej interpretacji wyników pomiarów. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 004. Współczesna metrologia (red. J. Barzykowski). WNT, W-wa 004. Tumański S.: Technika pomiarowa. WNT, W-wa 007. Zasoby internetowe (np. witryny producentów sprzętu pomiarowego, itp.) Wykład 1. Podstawowe pojęcia metrologii Basic Concepts of Metrology Metrologia nauka o miarach Metron [gr.] miara + logos [gr.] słowo, nauka inaczej: opisy różnych systemów miar i wag oraz sposoby określania ich wzorców (def. ze Słownika Wyrazów Obcych z 1954r); dzisiaj: wiedza o pomiarach; miernictwo: technika mierzenia

3 Metrologia ogólna Wspólne problemy wszystkich zagadnień metrologicznych, niezależnie od rodzaju wielkości mierzonej (np. ogólne zagadnienia teoretyczne i praktyczne dotyczące jednostek miar, błędów pomiaru, właściwości metrologicznych narzędzi pomiarowych). Metrologia stosowana Odnosi się do określonego rodzaju wielkości mierzonej, np. metrologia czasu, temperatury, itp. lub obejmująca pomiary w określonych dziedzinach nauki i techniki (np. m. przemysłowa, włókiennicza, medyczna, sportowa ) Metrologia teoretyczna Teoretyczne zagadnienia pomiarów, np. ogólna teoria pomiarów, teoria wielkości, jednostek miar, błędów pomiaru, przetwarzanie oraz przekazywanie informacji pomiarowej. Metrologia prawna Formułowanie urzędowo obowiązujących wymagań technicznych i prawnych mających na celu zapewnienie jednolitości jednostek miar, bezpieczeństwa i należytej dokładności pomiarów. Jak mierzymy odległość/długość? - stosujemy, np. taśmę mierniczą i odczytujemy wynik, - zaznaczamy i odczytujemy ilość działek na skali przyrządu 3

4 Co to jest pomiar? What is the measurement? Def. 1. Pomiar to proces poznawczy polegający na porównaniu, z odpowiednią dokładnością, wartości wielkości mierzonej z pewną jej wartością przyjętą za jednostkę miary Def.. Metrologia klasyczna określa pomiar jako operację (zbiór czynności) wyznaczania wartości wielkości mierzonej. DOKŁADNOŚĆ POMIARU Księga Kapłańska 19, 35-36: Nie czyńcie nieprawdy w sądzie ani co się tyczy miary, ani wagi, ani objętości. Będziecie mieli wagi rzetelne, odważniki rzetelne, efę rzetelną, hin rzetelny. Efa naczynie 40l, hin- ok. 7l? Metrologia współczesna mówi o pomiarach: 1. wartości wielkości (def. klasyczna),. rozkładów (czasowych lub przestrzennych) wielkości (np. rejestracja czasowej zmienności wielkości, pomiar rozkładu natężenia pola elektrycznego), 3. funkcjonałów i transformat określonych na wielkościach lub rozkładach wielkości (np. pomiar parametrów rozkładu czasowego wielkości okresowo zmiennej, takich jak: wartość skuteczna lub szczytowa, pomiar rozkładu widmowego, rozkładu gęstości prawdopodobieństwa, funkcji korelacji, itp.) 4

5 4. charakterystyk zależności między wielkościami, rozkładami wielkości, funkcjonałami i transformatami wielkości (np. pomiar charakterystyki statycznej napięcie-prąd dwójnika elektrycznego, charakterystyki częstotliwościowej członu dynamicznego) 5. parametrów reprezentacji rozkładów, transformat i zależności między nimi (np. pomiar parametrów immitancji i transmitancji) Przykład Z(jω) R0 C Z( jω) = Z e jϕ 1 R0 Z( jω) = R( ω) + jx( ω) = = = 1 + jωc 1+ jωrc 0 R R0 = 1+ ( ωrc) ωr 0C + j 1+ ( ωrc) Szukane dla ω: R, X. Model matematyczny tego, co jest mierzone (wartości wielkości, rozkłady wielkości, funkcje reprezentujące zależności, parametry, itp.) nazywa się terminem (z ang. measurand). mezurand estymata mezurandu - liczba (tak jest najczęściej), wektor lub ciąg liczb, funkcj jednej lub wielu zmiennych skalarnej lub wektorowej. 5

6 Mezurand Dający się zmierzyć parametr pewnego abstrakcyjnego mentalnego modelu Pomiar jest zawsze operacją niedokładną!!! Wynik pomiaru (estymata) różni się zwykle od wartości prawdziwej mezurandu. Równość estymaty i wartości prawdziwej jest zdarzeniem wyjątkowym, a fakt jego zajścia pozostaje nieznany (nigdy nie znamy wartości prawdziwej mezurandu). Niedokładność wyniku pomiaru można zawsze oszacować. prawdziwy błąd pomiaru (the true error) y ˆ = y& przedział niepewności błędu pomiaru. [ ] = [, ] 6

7 Wynik pomiaru (jeśli jest liczbą) interpretujemy jako przedział w przestrzeni liczb rzeczywistych, wewnątrz którego znajduje się wartość prawdziwa. Może to być przedział symetryczny lub niesymetryczny wokół estymaty ŷ ] = [, + [ ] [ y ˆ, [ + ˆ] y Wartości ± y, ˆ nazywają się błędami granicznymi (limiting errors). Przedział [ ] nazywamy przedziałem niepewności wyniku pomiaru (the interval of uncertainty) Zapis wyniku pomiaru ŷ±δŷ lub ŷ±(δŷ / ŷ) 100% Przykłady: (3 ±) kg, (0,879 ±0,015) A (158,0 ±0,5) m (17,5 ±0,1) mv (548,386 ± 0,05) Ω (8,5 ±3,0) ⁰C Przykłady: (3 ±9%) kg, (0,879 ±1,7%) A (158,0 ±0,4%) m (17,5 ±0,7%) mv (548,386 ± 0,01%) Ω (8,5 ±36%) ⁰C 7

8 Zakładamy, że pomiar powtarzamy wielokrotnie. Dla każdego hipotetycznego pomiaru otrzymamy na ogół inną wartość ŷ i ŷ ] = [, + [ ] α - prawdopodobieństwo niepowodzenia (wartość prawdziwa jest poza przedziałem niepewności) Pr { y& [, + ] } 1 α Przedział niepewności może mieć (ale nie musi) określony poziom ufności. Jeżeli przy przedziale niepewności nie podaje się wartości poziomu ufności, to na ogół przyjmuje się, że jest on określony w sensie zależności y& [ ] Miarą niedokładności pomiaru jest najmniejszy, możliwy do określenia, przedział niepewności wyniku pomiaru. WAŻNE!!! Wiedza niepewna + Wiedza o niepewności = Wiedza użyteczna 8

9 Skala pomiarowa Zbiór uporządkowanych liczb, którym odpowiadają wartości mierzonej cechy obiektu Interwał skali = jednostka miary Wzorzec wartość danej wielkości Własność addytywności skali pomiarowej Przykłady (tak): linijka, waga Przykłady (nie): temperatura ⁰C, twardość wg Mohsa Podstawowe jednostki miary długość 1m, masa 1kg, czas 1s, natężenie prądu 1A, temperatura 1K, światłość 1kandela, ilość materii 1mol Wzorce jednostek miar: wzorzec międzynarodowy (najważniejszy), wzorzec krajowy, wzorzec w laboratorium akredytowanym. Określanie jednostek pochodnych: na podstawie zależności matematycznych, na podstawie praw fizycznych, np. złącze Josephsona. 1 Ω = 1V 1A Określanie jednostek innych wielkości: np. rezystancji 1Ω 3 = 1m kg s A Norma ISO 31 (Quantities and units) PN-EN (Wielkości i jednostki) Legalne jednostki miar -Rozporządzenie Rady Ministrów z dn r (Dz.U r) Spójność pomiarowa = trasabilność Jednostki, wielkości, metody i przyrządy pomiarowe są ze sobą powiązane(ang. traceability) 9