Co to jest przetwornik pomiarowy?

Przetwornik pomiarowy jest narz ędziem służcym do przetwarzania,(z określoną dokładnoącią i wg określonego prawa), sygnału pomiarowego, tj.sygnału zawierającego informację o wartościach wielkości fizycznych i związkach między nimi. Przetwornik pomiarowy może być samodzielnym urządzeniem pomiarowym lub stanowić jego część. Sygnał przetwarzany (wejściowy) i sygnał przetworzony (wyjściowy) przenoszą informację w postaci liczb. W ogólnym modelu przetwornika pomiarowego rozróżnia się nośniki i treści sygnału; nośnikami są wielkości fizyczne (wielkości nośne), np. Napięcie elektryczne, ciśnienie, zaś treściami są liczby odpowiadające wartościom wielkości nośnych, np. określona wartość napięcia czy ciśnienia.

Na czym polega proces filtracji sygnału pomiarowego?

Proces filtracji polega na podzieleniu całkowitego sygnału pomiarowego doprowadzonego na wejście filtra na dwie części, z których jedna zostaje przez filtr przepuszczona, druga zaś całkowicie wytłumiona.

Warunkiem koniecznym do realizacji procesu filtracji jest występowanie istotnych różnic w właściwościach fizycznych między tymi obu częściami.

Kiedy niemożliwe jest przeprowadzenie procesu filtracji ?

Jeśli nie potrafimy wyodrębnić cech różniących część sygnału pomiarowego, która ma być przepuszczona przez filtr, od części, która ma być wytłumiona, nie jest możliwe przeprowadzenie procesu filtracji.

(niespełnienie warunku koniecznego podanego w poprzednim punkcie)

Podaj charakterystyki filtrów:

a) dolnoprzepustowego:

Filtrem dolnoprzepustowym nazywamy filtr, który przepuszcza wszelkie informacje poniżej danej charakterystycznej wielkości, zaś powyżej niej tłumi. Wielkość ta nosi nazwę dolnej granicznej, np dolna częstotliwość graniczna fd, dolna średnica graniczna.

b) górnoprzepustowego:

Filtr górnoprzepustowy przepuszcza wszystkie informache powyżej danej charakteryctycznej wielkości, która nosi nazwe górnej granicznej.

c) pasmowoprzepustowego

Analogicznie filtr pasmowoprzepustowy przepuszcza wszystkie informacje zawarte między dolną i górno wielkością graniczną,

d) pasmowozaporowego

zaś filtr pasmowozaporowy tłumi informacje zawarte w tym przedziale.

(rysunki na stronie 227-228)

Zastosowanie filtracji w metrologii.

W metrologii proces filtracji stosowany jest głównie do wydzielenia z całkowitego sygnału pomiarowego tej jego części, która w danym konkretnym przypadku stanowi informację użyteczną. Sygnał pomiarowy zawiera bowiem obok informacji użytecznych zakłócenia i szumy, które nie zawierają istotnych dla nas informacji, a wręcz przeciwnie dezinformują.

Co to jest charakterystyka przyrządu i i kiedy jej znajomość jest niezbędna?

Charakterystyka dynamiczna przyrządu określa, jak dany przyrząd zachowuje przy pomiarach wielkości zmiennej w czasie. Jest to zależność wielkości wyjściowej Y i jej pochodnych względem czasu od wielkości mierzonej X i jej pochodnych względem czasu wyznaczona w warunkach nieustalonych i może być dan równaniem różniczkowym..... Znajomość tej charakterystyki jest niezbędna gdy mierzona wartość jest zmienna w czasie a wtedy nie wystarcza nam charakterystyka statyczna.

Klasyfikacja przyrządów pomiarowych ze względu na ich właściwości dynamiczne.

Równanie różniczkowe opisujące charakterystykę dynamiczna przyrządu, pokazuje nam zależności pomiędzy sygnałem wejściowy a odpowiedzią przyrządu. Ze względu na rząd tego równania, możemy podzielić przyrządy na: przyrządy pomiarowe zerowego, pierwszego, drugiego i wyższych rzędów. Przyrządy zerowego rzędu przetwarzają wiernie i bez zniekształceń sygnały do nich docierające, są to tzw. przyrządy idealne, które jak wiemy są praktycznie nie do zbudowania. Przyrządy wyższych rzędów, mają coraz bardziej skomplikowaną charakterystykę co sprawia ze pomiar jest coraz dłuższy i mniej dokładny a jego interpretacja trudniejsza.

Omów i krótko scharakteryzuj metody wyznaczania właściwości dynamicznych przyrządów pomiarowych.

Właściwości dynamiczne przyrządu możemy określić na drodze analitycznej lub doświadczalnej. Metoda analityczna polega na matematycznym opisaniu zjawisk zachodzących w urządzeniu pomiarowym, powstaje tzw. model matematyczny dynamicznego przetwarzania przyrządu. Jednak ze względu na stopień skomplikowania tych zjawisk matematyczny opis staje się szalenie skomplikowany, przez co ta metoda staje się praktycznie nie możliwa do stosowania. Sposób doświadczalny polega na doprowadzeniu do przyrządu standardowego wymuszenia, prostego do wytworzenia i opisu matematycznego, a następnie bada się reakcje urządzenia na ten sygnał.

Omów metodę wyznaczania właściwości dynamicznych przyrządu za pomocą wymuszenia harmonicznego.

Tą metodę stosuje się do uzyskania charakterystyki przyrządu w ujęciu częstotliwościowym, polega ona na dostarczeniu do miernika standardowego wymuszenia harmonicznego (zmiennej w czasie o charakterystyce falowej), następnie bada się sygnał na wyjściu. Ma on tą sama częstotliwość, natomiast inną amplitudę i posiada przesunięcie falowe względem naszego standardowego wymuszenia. Po takim teście możemy określić np.: czy nasze urządzenie tłumi czy wzmacnia sygnał wejściowy.

Pyt. 1.Założenia i postać rozkładu normalnego (Gaussa) gęstości prawdopodobieństwa.

Założenia:

-wartości x zmiennej losowej grupują się wokół pewnej jej wartości, a więc istnieje wartość o największym prawdopodobieństwie wystąpienia,

- prawdopodobieństwo wystąpienia wartości x zmiennej losowej maleje wraz ze wzrostem jej odległości od wartości o maksymalnym prawdopodobieństwie,

- możliwe jest wystąpienie każdej wartości zmiennej losowej.

Postać: (nie jestem pewien do końca czy o to chodzi)

Pyt. 2. Porównaj rozkład normalny i jednostajny zmiennej losowej, wskaż na istotne różnice miedzy nimi.

Rozkład jednostajny opisuje procesy, których wszystkie wartości zmiennej losowej zawarte w pewnym przedziale (a, b) są jednakowo prawdopodobne, a prawdopodobieństwo wystąpienia wartości spoza tego podziału jest równe zeru. Gęstość prawdopodobieństwa rozkładu prostokątnego jest stała wewnątrz przedziału (a, b), a równa zeru poza tym przedziałem. W rozkładzie normalnym (Gaussa) wartości zmiennej losowej grupują się wokół pewnej jej wartości, a więc istnieje wartość o największym prawdopodobieństwie wystąpienia. Prawdopodobieństwo wystąpienia wartości x zmiennej losowej maleje wraz ze wzrostem jej odległości od wartości o maksymalnym prawdopodobieństwie.

Pyt. 3. Na czym polega klasowanie zmiennej losowej?

Gdy przeprowadzamy serie pomiarową otrzymujemy n-elementową próbę losową

x1, x2, x3, x4, x5 …. xn -1, xn

następnie określamy dla niej tzw. rozstęp

R= x max - x min

Później dokonujemy klasowania, tzn. pogrupowania wartości xi próby w klasach (podzbiorach, przedziałach) najczęściej jednakowej szerokości b, jednostronnie domkniętych. Liczbę klas ustalamy w zależności od liczności próby, np. wg tabelki

Liczba pomiarów n	Liczba klas
30-60	6-8
60-100	7-10
100-200	9-12
200-500	11-17
500-1500	16-25

Szerokość przedziału klasowego b przyjmujemy jako

b = R/k

Pyt. 4. Co to jest GUM?

Główny Urząd Miar - sprawuje nadzór nad administracją miar i administracją probierczą w Polsce. Podstawowym jego zadaniem jest:

-zapewnienie spójności pomiarowej,

-utrzymanie państwowych wzorców miar,

-zapewnienie wzajemnej zgodności i określonej dokładności wyników pomiarów przeprowadzanych w Polsce,

-oraz ich zgodności z Międzynarodowym Układem Miar.

1 W jaki sposób powinien być podany pełny wynik pomiaru?

Wynik pomiaru podaje się według następujących wskazówek;

-im hierarchicznie wyższy jest pomiar tym więcej należy podać szczegółowych informacji o sposobie otrzymywania wyniku i jego niepewności

-dla każdego wyniku pomiaru wszystkie informacje niezbędne do odtworzenia obliczeń wyniku powinny być dostępne dla każdego

Podając wynik pomiaru, gdy miarą niepewności jest złożona niepewność standardowa u_C(y), należy:

• podać pełną definicje wielkości mierzonej Y

• podać estymatę y wielkości mierzonej Y i jej złożona niepewność standardową u_C(y) łączne z jednostkami

• gdy zachodzi potrzeba, podać względną złożoną niepewność standardową u_C(y)/|y|

Podając wynik pomiaru , gdy miarą niepewności jest niepewność rozszerzona U=k*u_c(y), należy podać

• pełną definicje wielkości mierzonej Y

• wynik pomiar jako Y=y±U łącznie z jednostkami y i U

• gdy zachodzi potrzeba względną niepewność rozszerzoną U/|y|

• wartość k przyjętą do obliczenia U

• przybliżoną wartość pomiaru ufności związanego z przydziałem y±U oraz podać sposób jego wyznaczenia

Ze względu na znaczną niepewność obliczonej wartości niepewności zaokrąglamy ja do jednego miejsca znaczącego, w szczególnych przypadkach do dwóch i zawsze gdy pierwszą cyfrą znacząca jest jeden. Przy zaokrąglaniu do jednego miejsca znaczącego wynik zaokrąglamy w górę, przy dwóch miejscach znaczących wg ogólnych zasad zaokrąglania. Estymatę wyniku pomiaru zaokrąglamy zgodnie z dokładnością tak zaokrąglonej niepewności.

2 Jak określamy niepewność wyniku pomiaru wykonanego metoda bezpośrednią?

Dla niepewności typu A

Po wykonaniu serii pomiarów:

• metodami: statystyki matematycznej wyznaczamy estymaty wartości oczekiwanej i odchylenia standardowego

• zapisujemy wynik w postaci estymaty wartości mierzonej wielkości i niepewności standardowej (lub rozszerzonej niepewności standardowej)

Do tego jest przykład 5.8 ze strony 107 jeśli ktoś chciałby opisać to dokładniej

Dla niepewności typu B

Jeśli jakiejś wielkości można przyporządkować określony rozkład prawdopodobieństwa to należy przyjąć jako niepewność standardową typu B odpowiadające temu rozkładowi odchylenie standardowe. Określeni niepewności standardowej oparte jest na:

-ogólnej znajomości zjawisk występujących w pomiarach

-właściwościach użytych przyrządów i metod pomiarowych

-danych uzyskanych w czasie wzorcowania

-danych uzyskanych w czasie wcześniejszych pomiarów

-informacjach podanych przez producenta

Przykład 5.10 str.110

Niepewność typu AB

W pomiarach bezpośrednich liczba składowych niepewności jest ograniczona. W praktyce najczęściej spotykamy się z niepewnością wynikająca z efektów losowych i niepewnością wnikającą z niedoskonałości aparatury.

Niepewność (całkowita) wyniku może być określona z zależności:

Wpisz tutaj równanie.

U(y)=k_α
U_c(y)k_α

Do określenia wartości wskaźnika k_α niezbędna jest znajomość splotu rozkładu normalnego i jednostajnego Rys. 5.23/111

Przykład 5.11/112

3 W jaki sposób określamy niepewność wyniku pomiaru wykonanego metodą pośrednia?

Dla niepewności typu A

W pomiarach pośrednich mierzona wielkość jest funkcją wielu zmiennych

Y=f(Xi) i=1,2,...N

Jeśli funkcja jest liniowa i brak jest korelacji między mierzonymi wielkościami Xi niepewność wielkości Y wyznaczamy z zależności

u_A(y)=

Dla niepewności typu B

Niepewność całkowita wyniku musi uwzględniać wszystkie niepewności typu B. W praktyce przyjmuje się że funkcja Y=F(X_i) jest liniowa, zmienne Xi są zmiennymi niezależnymi. Niepewność u_b(y) wyznaczamy z zależności 5.45 lub 5.48 przy znajomości niepewności składowych u_b(x_i). Niepewność rozszerzoną obliczamy wg

U(y)=k_α
u_b(y)= k_α

Określeni wartości wskaźnika k_α wymaga znajomości rozkładu prawdopodobieństwa funkcji wielu zmiennych

Dla niepewności typu AB

Jest to najczęściej spotykany przypadek: rozrzut wyników pomiaru wynika zarówno z losowego charakteru zjawisk towarzyszących procesowi pomiarowemu, jak również z skończonej dokładności użytych przyrządów.

Złożoną niepewność standardową wyznaczamy z zależności

Uc(y)=

3. W przetworniku generacyjnym zmiana sygnału wejściowego powoduje powstanie sygnału wyjściowego, zaś w przetworniku parametrycznym zmiana sygnału wejściowego powoduje zmianę sygnału wyjściowego, przy czym niezbędna jest do tego energia pomocnicza.

4.Przetworniki mechaniczne służą do pomiarów statycznych oraz wolnozmiennych i są to przeważnie przetworniki generacyjne. Można je podzielić ze względu na wielkość fizyczną, która ma być zmierzona. Wyróżniamy między innymi przetworniki: ciśnienia, temperatury, przemieszczenia, siły. Na przykład budowa przetworników siły i ciśnienia oparta jest na elementach sprężystych, gdzie sygnałem wyjściowym jest przemieszczenie. Przetwornikiem siły może być sprężyna lub pręt, na które działamy siłą i odczytujemy wychylenie z położenia równowagi. Podobnie jest w przetworniku ciśnienia, gdzie na przykład na membranę działa jakieś ciśnienie, a my odczytujemy odkształcenie tej membrany.

5.Przetworniki pneumatyczne przez swoją dużą niezawodność działania, niski koszt i możliwość pracy w atmosferze wybuchowej wykorzystywane są w ukladach automatyki pneumatycznej. Zaś sygnałem wyjsciowych tych przetworników jest przeważnie ciśnienie gazu. Przykładem takiego przetwornika jest sonda Prandtla, w której prędkość gazu jest sygnałem wejściowym, a wyjściowym jest różnica ciśnień spiętrzenia i statycznego. Kolejnym przykładem przetworników pneumatycznych są zwężki pomiarowe, które powodują przewężenie strumienia gazu, przez co powstaje różnica ciśnień przed i za zwężką. I ta różnica jest miarą ilości płynącego czynnika.

6.Przetwornik i ndukcyjny to przetwornik generacyjny, w którym zmiany strumienia magnetycznego bezpośrednio powodują powstanie siły elektromotorycznej w przetworniku, zaś przetwornik indukcyjnościowy to przetwornik parametryczny, w którym zmiany strumienia magnetycznegopowodują zmiany indukcyjności przetwornika, który zaś zasilany jest energią pomocniczą w postaci prądu zmiennego.

Zasada pracy przetworników pojemnościowych wykonanych w oparciu o kondensator płaski i ich charakterystki statyczne

Przetworniki pojemnościowe działają poprzez zwiększenie pojemności przetwornika pod wpływem sygnału wejściowego. Elementem czynnym takiego przetwornika może być kondensator płaski lub cylindryczny.

Naszkicuj zmianę czułości pojemnościowego przetwornika ciśnienia z:

a) zmienną odległością elektrod \

b) zmienną powierzchnią elektrod w funkcji sygnału wejściowego.

W jakim celu budowane są różnicowe układy przetworników - podaj przykłady układu

Różnicowe układy przetworników budowane są w celu zwiększenia dokładności pomiaru przy małych zmianach: przykład potencjometr, podwójny kondensator z przesuwną środkową okładką.

67 Na wejście elektrycznego wzmacniacza prądu a) stałego b) zmiennego o wzmocnieniu k=500 wprowadzono sygnał harmoniczny o częstotliwości f=1,2kHz amplitudzie 120mV i składowej stałej 20mV Podaj częstotliwość amplitudę i składową stałą na wyjściu wzmacniacz w obu przypadkach.

a) amplituda 60V częstotliwość 1,2kHz, składowa stała 10V

b) amplituda 60V częstotliwość 1,2kHz składowa stała 0 mV

1. Zasada pracy przetworników piezoelektrycznych, ich zalety i wady.

W przetwornikach piezoelektrycznych wykorzystano zjawisko piezoelektryczne występujące w niektórych kryształach, a polegające na pojawianiu się ładunków elektrycznych na ściankach kryształu w wyniku działania sił przyłożonych do kryształu. Zjawisko piezoelektryczne najsilniej występuje w dielektrykach o dużej przenikalności dielektrycznej. Do budowy przetworników najczęściej stosowany jest kwarc i tytanian baru. Istotną zaletą tych przetworników jest fakt, że poprzez odpowiednie wycięcie płytki z kryształu kwarcu można uzyskać praktyczną niezależność stałej piezoelektrycznej k od temperatury (pozwala to na wykonywanie przetworników, w których sygnał wejściowy nie zależy od zmian temperatury przetwornika). W przetwornikach piezoelektrycznych ładunki elektryczne powstają w momencie zmiany wartości mierzonej wielkości (siła, ciśnienie); w przypadku działania jej w sposób statyczny ładunki nie powstają, zaś te, które pojawiły się w momencie jej przyłożenia, zanikają (szybkość tego zaniku zależy od:rezystancji piezoelektryka, rezystancji wejściowej wzmacniacza ładunku i rezystancji przewodów łączących przetwornik z wzmacniaczem ładunku. Stąd wadą tych przetworników jest fakt, że nie mogą być one stosowane do pomiarów statycznych, tj. pomiaru wielkości niezmiennych w czasie. Stosuje się je do pomiarów wielkości niestacjonarnych (zmiennych w czasie).

2. Omów pomiar temperatury badanego elementu przetwornikiem termoelektrycznym i rezystancyjnym.

->Badanie przetwornikiem termoelektrycznym [w przetwornikach tych wykorzystuje się zjawisko powstawania siły termoelektycznej STE w miejscu złączenia dwóch różnych metali (powstaje ona w wyniku różnicy ilości elektronów swobodnych w miejscu styku)]:

W zamkniętym obwodzie elektrycznym utworzonym przez połączenie dwóch metali A i B oraz umieszczenie ich spoin w różnych temperaturach powstaje wypadkowa siła termoelektryczna STE. Jest ona funkcją dwóch różnych wartości temperatury T₁ i T₂ , pozwala więc na określenie różnicy temperatury T₁ - T_2. Jeśli jedna z temperatur, np. T₂ = const, wówczas STE stanie się funkcją tylko jednej zmiennej temperatury T₁ .

->Badanie przetwornikiem rezystancyjnym (w przetwornikach tych wykorzystuje się zjawiska fizyczne występujące w przewodnikach stałych, półprzewodnikach i elektrolitach powodujące zmianę ich rezystancji: Z Wikipedii: „Pomiar jest dokonywany drogą pośrednią. Mierzy się oporność odpowiednio dobranego elementu pomiarowego (rezystora) przy pomocy omomierza, który jest wyskalowany w jednostkach temperatury. Oporność elektryczna metali w pewnym zakresie rośnie liniowo wraz ze wzrostem temperatury”, więc na podstawie zmiany oporności jesteśmy w stanie określić zmianę temperatury (przynajmniej ja tak to rozumiem, LOL).

3. Zasada pracy przetworników tensometrycznych.

W przetwornikach tensometrycznych wykorzystano zmiany rezystancji elektrycznej przewodnika pod wpływem naprężeń mechanicznych. Zmiana ta wynika zarówno ze zmiany wymiarów geometrycznych przewodnika, jak i ze zmiany jego oporności właściwej.

4. O ile zmieni się oporność 100Ω tensometru konstantanowego (K=2,0) pod wpływem zmiany odkształcenia ε=1‰ ?

- podstawowe twierdzenie tensometrii stwierdzające, że względna zmiana rezystancji przewodnika ∆R/R jest wprost proporcjonalna do jego względnego odkształcenia mechanicznego ε.

K = 2,0 - stała tensometryczna

ε = 1‰ = 0,1%

R = 100Ω

KONIEC! Miejmy nadzieję, że dobry :D

Pierwsza kropka strony od 67 do 77 :

- oddziaływanie źródła mierzonego zjawiska

- oddziaływanie układu pomiarowego

- oddziaływanie otoczenia

- oddziaływanie człowieka zaangażowanego w proces pomiarowy

Wpływ, źródła mierzonej wielkości, przyrządu pomiarowego, otoczenia i człowieka na niepewność wyniku pomiaru:

- niepewność która tkwi w naturze zjawiska tj. nie można równocześnie określić wartości pewnych par wielkości fizycznych układu (str.67 - 5.1.1)

- naruszenie stanu równowagi układu na skutek pobrania lub doprowadzenia niezbędnej energii do wykonania pomiaru (str.69 - 5.1.2.)

- wpływ zmian parametrów otoczenia na zmiany zjawiska oraz wielkości będących przedmiotem pomiaru (str.73 - 5.1.3.)

- nieprawidłowość działań, brak umiejętności przewidywania, sumienność, wnikliwość, krytycyzm oraz brak staranności i brak dobrej woli już na samym początku etapu pomiarowego może spowodować błędy w aparaturze, organizacji jak i również programach obliczeniowych (str.77 - 5.1.4.)

Zasady zaokrąglania wyniku pomiaru, praktyczna umiejętność stosowania.

Przy zaokrąglaniu wyniku pomiaru stosowane są powszechnie przyjęte zasady zaokrągleń :

- liczbę kończącą się cyframi 0-4 zaokrąglamy w dół, a 5 - 9 w górę

lub

- liczby 0-4 zaokrąglamy w dół, 6 - 9 w górę, a cyfrę 5 w dół, jeśli poprzedza ją

cyfra parzysta, zaś w górę, jeśli poprzedza ją liczba nieparzysta.

Można stosować dowolną z tych zasad, ale w jednym opracowaniu wyników pomiarów

należy konsekwentnie stosować tylko jedną z nich.

Definicja i schemat blokowy procesu pomiarowego:

Def.: jest to proces realizowany przez układ pomiarowy, który stanowi zbiór środków technicznych tak ze sobą sprzężonych, ze całość może służyć do wykonania wszystkich operacji tego procesu(str.50)

WYKŁAD 7/8/9/10

• Co to jest częstotliwość graniczna przyrządu pomiarowego, zaznacz ją na charakterystyce amplitudowej?

częstotliwość graniczna- taka częstotliwość , przy której tłumienie wynosi -3dB.
Dla filtrów pasmowo przepustowych określa się dolną Fd i górną Fg częstotliwość graniczną oraz następujące parametry:

Częstotliwość środkową pasma

Szerokość pasma przenoszenia

Względna szerokość pasma przenoszenia

Charakterystyka amplitudowa przedstawia stosunek amplitud sygnału wyjściowego i wejściowego w funkcji częstotliwości

L=20log(Ay\Ax)

• Jak definiowane jest tłumienie przyrządu pomiarowego

stosunek wielkości wyjściowej do wejściowej

• Co to jest przetwornik pomiarowy?

Urządzenie w którym jest realizowany proces przetwarzania sygnału pomiarowego

• Klkasyfikacja przetworników

Ze względu na sposób przetwarzania sygnału pomiarowego:

Przetworniki rodzaju sygnału

Przetworniki wartości sygnału

Przetwornik iformy sygnału

Ze względu na realizowany proces przetwarzania

Przetwornik prosty

Przetwornik złożony

Ze względu na strukturę przetwarzanych wielkości fizycznych

Przetwornik analogowy

Przetwornik dyskretny

Przykładowe tematy teoretyczne do sprawdzianu z Podstaw Metrologii

Wykład 1

Jednostki podstawowe i pomocnicze układu SI.

Zasada tworzenia jednostek pochodnych i wielokrotnych w układzie SI.

Różnica między obserwacją a pomiarem (przykłady).

Międzynarodowa i krajowa służba miar.

Co to jest GUM?

Definicja i schemat blokowy procesu pomiarowego.

Zasady zaokrąglania liczb przybliżonych, działania arytmetyczne na liczbach przybliżonych - praktyczna umiejętność stosowania.

Wzory wielkościowe i przystosowane (definicja, istotne różnice).

Wzory wielkościowe: oznaczenia literowe oznaczają wielkości fizyczne. Np.

Wzory przystosowane (wzory wartości liczbowych): Np.
,

Równania wartości liczbowych zależą od wyboru jednostek, wielkościowe są niezależne.

Wykład 2

Wymień i omów 4 etapy uogólnionego procesu pomiarowego.

(Schemat na str. 52(pomiar jednej wielkości) lub 54 (kilku) w książce).

Etapy procesu pomiarowego:

1. Przejęcie ze źródła informacji i wyselekcjonowanie jednej lub więcej wielkości interesujących nas w danym przypadku. Przetworzenie i dopasowanie wielkości mierzonej X do wielkości
   .którą można bezpośrednio porównać z wzorcem W.

2. Porównanie przetworzonej i dopasowanej wielkości pomiarowej z wielkością wzorcową, i uzyskanie wyniku
   = W.

3. Przetworzenie i dopasowanie uzyskanego wyniku do bloku opracowania wyników, a następnie do wymagań urządzenia rejestrującego. Zwykle urządzenie opracowuje dane wg. Algorytmu matematycznego (np. rejestracja wyników, wyszukiwanie błędów, korekta błędów systemowych, zakłóceń, obróbka wyniku, określenie niepewności).

4. Etap rejestracji i ujawniania wyniku pomiaru. Przechowywanie informacji o wielkości mierzonej (zapis) i wydawanie w odpowiedniej formie (druk, wyświetlenie na ekranie).

Czym różni się bezpośrednia od pośredniej metoda pomiarowa (podaj przykłady pomiaru obu metodami)?

Metoda bezpośrednia - wielkość mierzona X i wielkość wzorcowa W są tego samego rodzaju.

Np. pomiar długości przymiarem(np. linijką), pomiar masy na wadze szalkowej i na wadze uchylnej.

Metoda pośrednia - wielkość mierzona X i wielkość wzorcowa W nie są tego samego rodzaju. Są różnymi wielkościami fizycznymi. Aby je porównać niezbędne jest:

-Przystosowanie wielkości mierzonej do porównania jej z wielkością z nią skojarzoną.

-Wyrażenie wielkości mierzonej za pomocą kilku wielkości związanych z nią równaniem.

Pośrednie dzielimy na 2 rodzaje (tylko przykłady):

-pośrednia metoda skojarzona (asocjacyjna):

Np. pomiar temperatury termometrem cieczowym (np. rtęć). Działanie jest następujące: Różnica temperatury termometru i mierzonego medium (np. osoby, otoczenia) powoduje przyrost objętości cieczy, a różnica w objętości jest pokazana wydłużeniem się słupka rtęci. Termometr jest wyskalowany, więc patrząc na skalę widzimy o ile się wydłużyło, i wiemy dzięki temu o ile zmieniła się temperatura.

-pośrednia metoda pochodna (derywacyjna):

Np. Chcemy obliczyć gęstość danego ciała. Mierzymy jego masę, mierzymy objętość. Ze wzoru na gęstość
(Gęstość = Masa / Objętość) wyznaczamy gęstość. W taki sposób zmierzyliśmy gęstość danego ciała.

Czym różni się komparacyjna od kompensacyjnej zerowej metody pomiarowej (podaj przykłady pomiaru obu metodami)?

W metodzie kompensacyjnej porównujemy bezpośrednio wielkość mierzoną X z wielkością wzorcową W, próbując uzyskać stan równowagi. W metodzie komparacyjnej podobnie, z tym że mamy tu także dodatkową regulację parametrem liczbowym K zmniejszającą lub zwiekszającą wielkość wzorcową W.

Przykłady:

Kompensacyjna - Waga szalkowa dwustronna.

Komparacyjna - Waga szalkowa, ale możliwa zmiana punktu podparcia dźwigni (zmiana stosunku długości ramion).

W jaki sposób uzyskujemy stan całkowitej kompensacji w zerowej metodzie kompensacyjnej.

Metoda charakteryzuje się takim działaniem wielkości wzorcowej W, które przeciwdziała wielkości mierzonej X, dążąc do jej całkowitego skompensowania. W stanie równowagi działanie obu wielkości na przyrząd jest jednakowe i przeciwnie skierowane. Mamy wtedy także równowagę energii wydatkowanych przez obie wielkości i przyrząd nie pobiera energii.

Różnica między klasyczną i różnicową wychyłową metodą pomiarową (podaj przykłady pomiaru obu metodami).

Klasa przyrządu, bezwzględny i względny błąd graniczny.

Rodzaje oddziaływań będące źródłem niepewności wyniku pomiaru

Wpływ, źródła mierzonej wielkości, przyrządu pomiarowego, otoczenia i człowieka na niepewność wyniku pomiaru.

Zasady zaokrąglania wyniku pomiaru, praktyczna umiejętność stosowania.

Wykład 3 i 4

Założenia i postać rozkładu normalnego (Gaussa) gęstości prawdopodobieństwa.

Porównaj rozkład normalny i jednostajny zmiennej losowej, wskaż na istotne różnice między nimi.

Na czym polega klasowanie zmiennej losowej?

Parametry rozkładu normalnego zmiennej losowej i ich definicja (wzory).

Na czym polega estymacja punktowa przy statystycznym opracowaniu wyników pomiaru?

Na czym polega estymacja przedziałowa przy statystycznym opracowaniu wyników pomiaru?

Kiedy stosujemy rozkład normalny a kiedy Studenta przy statystycznym opracowaniu wyników pomiaru?

Co określa prawdopodobieństwo wystąpienia zmiennej losowej w danym przedziale <x₁, x₂ >?

Jak określamy szerokość przedziału ufności?

Jaka jest różnica między poziomem ufności a poziomem istotności?

5

Wykład 5

Co rozumiemy pod pojęciem "niepewność" wyniku pomiaru? Wymień i omów składowe niepewności

Co to jest błąd wyniku pomiaru i jaki jest jego związek z niepewnością pomiaru?.

Co to jest skorygowany wynik pomiaru?

Jaka jest różnica miedzy niepewnością standardową i niepewnością rozszerzoną?

• Metody szacowania składowych niepewności (typu A i typu B)

Jak określamy niepewność wyniku pomiaru wykonanego metodą bezpośrednią?

Jak określamy niepewność wyniku pomiaru wykonanego metodą pośrednią?

W jaki sposób powinien być podany pełny wynik pomiaru?

Wykład 6

Wymień i krótko scharakteryzuj znane Ci metody opracowania wyników pomiaru.

Zasady graficznego przedstawiania wyników pomiaru.

Metody wyznaczania stałych równania opisującego wyniki eksperymentu. Ich zalety i wady.

Istota metody wybranych punktów wyznaczania stałych równania analitycznego - praktyczna umiejętność stosowania.

j.w. dla metody "zerowych różnic w grupach".

j.w. dla metody najmniejszej sumy kwadratów.

Wykład 7/8

Co składa się na model matematyczny przyrządu pomiarowego?

Co to jest wzorcowanie, cechowanie, legalizacja przyrządu pomiarowego?

Co to jest charakterystyka statyczna przyrządu pomiarowego?

Jak możemy wyznaczyć charakterystykę statyczną przyrządu pomiarowego?

Wymień i zdefiniuj parametry charakterystyki statycznej.

Charakterystyka statyczna elektrycznego przetwornika siły dana jest zależnością:

a) I = 0,258 F + 4 [mA] F <0, 60 daN>

b) I = 0,0048 F2 + 0,258 F + 4 [mA] F <0, 60 daN>

Jaka jest czułość tego przetwornika dla F = 0,5 kN?

Co to jest charakterystyka dynamiczna przyrządu i kiedy jej znajomość jest niezbędna?

Klasyfikacja przyrządów pomiarowych ze względu na ich właściwości dynamiczne.

Omów i krótko scharakteryzuj metody wyznaczania właściwości dynamicznych przyrządów pomiarowych.

• Omów metodę wyznaczania właściwości dynamicznych przyrządu za pomocą wymuszenia harmonicznego.

Co to jest częstotliwość graniczna przyrządu pomiarowego, zaznacz ją na charakterystyce amplitudowej?

Jak definiowane jest tłumienie przyrządu pomiarowego?

Wykład 9/10

Co to jest przetwornik pomiarowy?

Klasyfikacja przetworników.

Czym różni się przetwornik generacyjny od parametrycznego?

Na wybranych przykładach omów przetworniki mechaniczne

Na wybranych przykładach omów przetworniki pneumatyczne

Czym różni się przetwornik indukcyjny od indukcyjnościowego?

Zasada pracy przetworników piezoelektrycznych, ich zalety i wady.

Omów pomiar temperatury badanego elementu przetwornikiem termoelektrycznym i rezystancyjnym.

Zasada pracy przetworników tensometrycznych.

O ile zmieni się oporność 100 tensometru konstantanowego (K=2,0) pod wpływem zmiany odkształcenia = 1 ‰?

Zasada pracy przetworników pojemnościowych wykonanych w oparciu o kondensator płaski i ich charakterystyki statyczne.

Naszkicuj zmianę czułości pojemnościowego przetwornika ciśnienia z a) zmienną odległością elektrod, b) zmienną powierzchnią elektrod w funkcji sygnału wejściowego.

W jakim celu budowane są różnicowe układy przetworników - podaj przykład układu.

Wykład 11

Na wejście elektrycznego wzmacniacza prądu a) stałego, b) zmiennego o wzmocnieniu k = 500 wprowadzono sygnał harmoniczny o częstotliwości f = 1,2 kHz, amplitudzie 120 mV i składowej stałej 20 mV. Podaj częstotliwość, amplitudę i składową stałą na wyjściu wzmacniacza w obu przypadkach

Na czym polega proces filtracji sygnału pomiarowego?

Kiedy niemożliwe jest przeprowadzenie procesu filtracji?

Podaj charakterystyki filtrów: a) dolnoprzepustowego, b) górnoprzepustowego, c) pasmowoprzepustowego, d) pasmowozaporowego.

Zastosowanie filtracji w metrologii.

Omów proces modulacji sygnału pomiarowemu, wskaż na istotne różnice między modulacją amplitudy i częstotliwości.

Wykład 12

Zasada pracy miernika elektromagnetycznego, równanie przetwarzania, zastosowanie miernika.

Zalety i wady optycznych metod rejestracji.

Zasada pracy i zakres zastosowań oscyloskopu elektronicznego.

Wykład 13

Porównaj gwiazdową i liniową konfigurację systemu pomiarowego.

Na czym polega asynchroniczna transmisja sygnału pomiarowego?

Omów sposoby doprowadzenia sygnału pomiarowego do komputera.

Czym charakteryzują się przyrządy wirtualne?

Wykład 6

Wymień i krótko scharakteryzuj znane Ci metody opracowania wyników pomiaru.

Tabelaryczne - zestawienie danych w postaci uporządkowanej listy wartości liczbowych. Rzadko stosowany, pracochłonny, mało czytelny, znajduje zastosowanie dla prostych pomiarów i opracowywanych metodą „off line”.

Graficzne - wykresy wstęgowe, kołowe, na osi x-y. Często stosowane, rozpowszechnione, pozwalają prześledzić przebieg funkcji, jej ekstremów, przegięć etc. Są proste w sporządzaniu i posługiwaniu się nimi.

Analityczne - przedstawienie danych za pomocą równania. Łatwe zapamiętanie zależności przez zapis równaniem. Łatwość wykonywania operacji (pochodne, całki…). Łatwość porównywania wyników pomiaru z teorią opisującą dane zjawisko.

Zasady graficznego przedstawiania wyników pomiaru.

Odpowieni wybór układu współrzędnych, dobór skali (równomierna/logarytmiczna/półlogarytmiczna). Zasady: zmienna niezależna powinna być odkładana na osi poziomej ; skala dobrana tak, by łatwo i szybko odczytywało się współrzędne punktów (odległość między podziałkami powinna wynosić 1*10n,2*10n,5*10n, lecz nie powinna 3*10n, 6*10n, 7*10n, 9*10n) ; graniczne punkty skali należy dobierać odpowiedno do najwyższych i najniższych wartości zmiennych ; skalę zmiennych należy dobrać tak, by nachylenie krzywej w najważniejszym miejscu było zbliżone do 1 lub -1.

Metody wyznaczania stałych równania opisującego wyniki eksperymentu. Ich zalety i wady.

Graficzna metoda linii prostej: możliwość zastosowania tylko w równaniach, które da się przekształcić do równania prostej. Niejednoznaczna, wartości stałych zależne od subiektywnie poprowadzonej prostej.

Metoda wybranych punktów: wybór m-danych z danych eksperymentalnych równa liczbie m stałych. Wybór punktów w miarę równomiernie rozłożonych z pominięciem stref granicznych. Wstawianie ich do równania opisującego zależność (x y) punktów. Otrzymujemy układ m-równań do rozwiązania i wyznaczenia stałych. Wartość wyznaczonych stałych jest zależna od dobranych przez nas punktów.

Metoda zerowych różnic w grupach (metoda średnich): niedokładność z powodu uśredniania grup wyników pomiaru.

Metoda najmniejszej sumy kwadratów różnic: najdokładniejsza z w.w. metod.

Istota metody wybranych punktów wyznaczania stałych równania analitycznego - praktyczna umiejętność stosowania.

Ze zbioru danych eksperymentalnych wybieramy m-danych, równą liczbie m-stałych, przyjętej postaci równania. Wybiera się punkty możliwie równomiernie rozłożone z pominięcie stref granicznych. Współrzędne wybranych punktów wstawiamy do równania opisującego zależność między zmiennymi x y. Stałe wyznaczamy, rozwiązując powstały układ m-równań.

---