Pomiar- jest to czynność porównywania wartości danej wielkości mierzonej pewną wartościa wielkości tego samego rodzaju przyjętą za jednostkę miary.
Jednostka miary- jest umownie przyjętą i wyznaczona z dostateczną dokładnością wartość danej wielkości, która służy do porównywania ze sobą innych wartości tej samej wielkości.
Metody pomiarowe- jest to zespół czynności wykonywanych podczas przeprowadzania pomiaru celu określenia wartości wielkości mierzonej.
Stałą miernika- Cx $\frac{C_{\max}}{\alpha_{\max}}$ , gdzie
Cx- stałą miernika wyrażona ilorazem jednostki mierzonej wielkości i działki;
Xmax- zakres pomiarowy miernika wyrażony w jednostkach mierzonej wielkości;
αmax- maksymalna ilość działek na podzielni miernika, działki.
Działy metrologii:
*teoria mierzenia- będąca systemem naukowo uzasadnionych praw wyjaśniających istotę pomiarów i sposoby ich wykonywania;
*technika pomiarów- obejmująca ogół sposobów mierzenia;
*instrumentacja- obejmująca narzędzia pomiarowe oraz wiedzę o ich projektowaniu, konstruowaniu i eksploatacji.
Czynności procesu pomiarowego:
*wytypowanie właściwości obiektu, które należy zbadać,
*zbudowanie modelu matematycznego obiektu,
*ustalenie modelu metrologicznego obiektu, polegającego na takiej transformacji modelu matematyczno-fizycznego, aby opisywały go tylko wielkości mierzalne;
*wybór metody pomiaru i środków technicznych do jego przeprowadzenia;
*dokonanie operacji porównania (pomiar);
*opracowanie i interpretacja rezultatu pomiarów.
Model obiektu- jest to bardziej lub mniej uproszczony opis obiektu fizycznego, odwzorowujący wybrane jego własności z przyjętego punktu widzenia.
Pomiary bezpośrednie- są to takie pomiary, w wyniku których wartość wielkości mierzonej otrzymuje się bezpośrednio, bez konieczności wykonywania dodatkowych obliczeń.
Pomiary pośrednie- są to takie, w wyniku których wartość wielkości mierzonej otrzymuje się pośrednio z pomiarów bezpośrednich innych wielkości związanych funkcjonalnie z wielkością mierzoną.
Pomiary złożone- są to takie pomiar, w których bezpośrednio lub pośrednio wyznacza się wartości pewnej liczby wielkości związanych ze sobą układem równań algebraicznych. Wyznaczenie wartości wielkości mierzonej wymaga rozwiązania tego układu.
Metoda wychyłowa klasyczna- polega ona na przyporządkowaniu wielkości mierzonej x miejsca w uporządkowanym zbiorze W wartości danej wielkości. Pomiar tą metodą wykonuje się najczęściej przyrządem pomiarowym wywzorcowanych w jednostkach miary danej wielkości. W przyrządach analogowych uporządkowanym zbiorem danej wielkości, będzie wywzorcowana podziałka przyrządu, natomiast miejsce wielkości mierzonej w tym zbiorze określone będzie położeniem wskazówki ustroju pomiarowego. Równanie pomiaru w pierwszym przybliżeniu: x=α, gdzie
α- wskazania przyrządu pomiarowego w jednostkach wielkości mierzonej;
x-wartość wielkości mierzonej.
Metoda wychyłowa różnicowa- polega ona na odjęciu od wielkości mierzonej x znanej wartości xw i pomiarze metodą wychyłową różnicy x- xw. Jako wynik wskazania miernika odczytuje się wartość α należącą do zbioru W wartości danej wielkości: α= x- xw. Otrzymana wartość wielkości mierzonej jest wówczas równa: x= α+ xw. Przyrząd mierzący te różnice można wyzerować w wartościach wielkości mierzonej x lub w wartościach różnicy x- xw.
Metody ZEROWE- są to metody, których różnicę wielkości mierzonej x i znanej wielkości wzorcowej w doprowadza się do zera. Miarą wielkości x jest wówczas znana wartość wielkości w. Pomiar tą metodą jest to przyporządkowanie mierzonej wielkości ze zbioru X znanej wartości w ze zbioru W na drodze badania różnicy tych wielkości i takiej zmianie jednej z nich, aby różnica była równa zeru.
Czynność badania różnicy i sprowadzania jej do zera nazywamy równoważeniem. Równoważenie realizowane jest przez dwa elementy funkcjonalne przyrządu pomiarowego: detektor i urządzenie równoważące. Równoważenie może odbywać się ręcznie lub automatycznie.
Detektor- jest to taki element lub zespół elementów, który po doprowadzeniu doń różnicy x-w jest zdolny sterować procesem równoważenia przyrządu.
Metoda kompensacyjna- jest to metoda w której wielkość wzorcowa przeciwdziała wielkości mierzonej i kompensuje jej fizyczne działanie na detektor. W metodzie kompensacyjnej następuje bezpośrednie porównania wielkości mierzonej x z wielkości wzorcową w. Badając róznicę x-w i sprowadzając ją do zera przez regulację wartości wielkości wzorcowej w otrzymamy: |x-w| ≤ ΔxD, gdzie:
x- wielkość mierzona,
w- znana wielkość wzorcowa,
ΔxD- próg czułości detektora.
Metoda komparacyjna- jest to metoda, w której porównuje się bezpośrednio wielkość mierzoną x ze znaną krotnością k wielkości wzorcowej w. Badając różnicę x-w*k i sprowadzając ją do zera prze regulację wartości współczynnika k otrzymamy: |x-w*k| ≤ ΔxD.
Praktyczne znaczenie metody polega na zastosowaniu wzorca odtwarzającego tylko jedną wartość wzorcową w, a więc wzorca o większej dokładności niż wzorce odtwarzające wiele wartości, jak to ma miejsce w metodzie kompensacyjnej.
Metoda podstawienia- jest to metoda polegająca na porównaniu wielkości mierzonej x z wielkością wzorcową w, ale nie jest to porównanie bezpośrednie i równoczesne, lecz pośrednie poprzez kolejne przybliżenia. Metoda ta polega na zastąpieniu w trakcie procesu pomiarowego, wielkości mierzonej x, znaną wielkością wzorcową w dobraną w taki sposób, aby skutki wywołane przez nią były takie same. Podczas pomiaru badamy wielkość y bedącą efektem zjawiska zależnego, raz od wielkości mierzonej x(y1=f(x)), raz od znanej wielkości wzorcowej w(y2=f(w)), tak aby uzyskany efekt w obu przypadkach był identyczny.
Rezystancja- opór czynny.
Impedancja- opór pozorny.
WZORY:
Indukcyjność własna cewki: L=$\frac{z^{2}}{R_{m}}$, z-ilość zwoi cewki; Rm- reluktancja(opór magnetyczny) obwodu magnetycznego;
Błąd odczytu miernika analogowego: ΔXa= $\frac{\text{kl}.\text{dok}*X_{n}}{100\%}$, ΔXa- błąd bezwzględny wskazania miernika analogowego [ w jednostkach Xn], kl. dok.- klasa dokładności miernika, Xn- zakres pomiarowy miernika;
Błąd odczytu miernika cyfrowego: ΔXc= a*X+b, ΔXc- błąd bezwzględny wskazania miernika cyfrowego [ w jednostkach X], a- błąd przetwarzania, X- wartość zmierzona, b- błąd dyskretyzacji.
Prawo Joule’a(rezystancja powoduje przemianę energii elektrycznej w ciepło): P=I2*R,
P-moc czynna pobierana prze odbiornik,
LabVIEW- jest zintegrowanym środowiskiem programowania.jest to pakiet oprogramowania służący do projektowania wirtualnych przyrządów pomiarowych.
Główne cechy środowiska LabVIEW to:
*obiektowe podejście do programowania,
*programowanie odbywa się w języku „G”, który w przeciwieństwie do klasycznych języków oferuje ikony funkcji łączone w diagramach przy pomocy „nitek” zamiast formy tekstowej,
*wykorzystywanie bibliotek dołączanych dynamicznie umozliwia korzystanie z funkcji standardowo niedostępnych w pakiecie LabVIEW. Jest to przydatne podczas tworzenia skomplikowanego lu8b niestandardowego przyrządu wirtualnego.
*gotowy program może zostac skompilowany do postaci samodzielnego programu, dzięki jednemu z z wewnętrznych narzędzi pakietu.
Okno „Front Panel”- stanowi interfejs użytkownika korzystającego z programu napisanego w Lab View. Przy jego pomocy tworzymy panel, na którym możemy umieścić przyciski, przełączniki, wskaźniki, okna dialogowe okna z wynikami, wykresy. Przy pomocy tego okna użytkownik programu steruje wykonaniem programu i odczytuje wyniki wykonania programu.
Okno „Block Diagram”- zawiera kod programu napisany w języku graficznym. Wszystkie instrukcje języka graficznego posiadają swoją reprezentację graficzna. Programowanie polega na wyborze odpowiednich instrukcji i ich łączeniu zgodnie z kolejnością przepływu danych lub kolejnością wykonywania obliczeń.
Typy danych programu LabView:
a) TYPY PROSTE:
*typ całkowitoliczbowy,
*typ zmiennoprzecinkowy,
*typ precyzji,
*typ binarny,
*typ łańcuchowy,
*typ wyliczeniowy,
*typ ścieżkowy,
*typ identyfikatora sesji VISA
b) TYPY ZŁOŻONE- to odpowiedniki struktur w klasycznych językach programowania. Są to zmienne zawierające w sobie więcej niż jedną zmienną. Charakteryzują je grube, prążkowane linie.
Charakterystyka- zależność między pewnymi wielkościami rozważanymi przy badaniu maszyn, urządzeń, elementów wyrażona za pomocą formuł matematycznych lub w postaci graficznej.
Aproksymacja jest to zastąpienie jednej funkcji przez inną (zwaną funkcją aproksymującą lub przybliżeniem), tak aby różnica wartości tych funkcji w zadanym przedziale była mniejsza od z góry zadanej liczby.
Interpolacja jest to wyznaczanie przybliżonych wartości funkcji między jej węzłami tj. między argumentami, dla których są znane wartości funkcji danej (interpolacja z węzłami równoodległymi i interpolacja z dowolnymi węzłami).
Ekstrapolacja 1. indukcja lub wnioskowanie przez analogię
2. poszerzanie dziedziny funkcji z D do D1 gdy D należy do D1
3. przedłużenie funkcji na argumenty leżące na zew. Zbioru argumentów danej funkcji
RODZAJE CHARAKTERYSTYK
Charakterystyka statyczna układu jest to zależność wielkości wyjściowej Y od wielkości wejściowej X, wyznaczona dla stanów ustalonych lub takich, przy których jedna z wielkości zmienia się tak powoli, że można uznać ją za stałą: f1 (Y) =f2 (X); Y=f (X)
Odpowiednikami charakterystyk przetwarzania w stanie statycznym układu są charakterystyki czasowe, będące odpowiedziami układu na określone wymuszenia oraz charakterystyki częstotliwościowe.
Na podstawie charakterystyki przetwarzania definiuje się czułość układu pomiarowego jako swojego rodzaju „przełożenie metrologiczne”, które można wyznaczyć ze wzoru: S = dX/dY
Dla układów o liniowej charakterystyce przetwarzania, przechodzącej przez początek układu
współrzędnych czułość układu jest równa współczynnikowi wzmocnienia, który wyraża się wzorem: k=S=Y/X
Oprócz czułości układu pomiarowego określa się jej odwrotność, nazywaną stałą przyrządu: C=1/s=X/Y
Czułość lub wzmocnienie układu to stosunek wartości mierzonej sygnału y do wartości wielkości mierzonej x dla liniowych przetworników gdy stan wielkości mierzonej jest ustalony lub zmiany jej wartości x są powolne: k=Y/X - stan statyczny
Zakres wskazań przedział wartości wielkości mierzonej odpowiadający całej podziałce przyrządu (miernika) pomiarowego
Zakres przetwarzania przyrządu pomiarowego jest to przedział wartości wielkości wejściowej odpowiadający jego bezawaryjnemu działaniu.
Zakres pomiarowy, część zakresu wskazań przyrządu, która spełnia wymagania
co do dokładności wskazań miernika.
RODZAJE BŁĘDÓW PRZETWARZANIA
Błąd podstawowy błąd wskazania lub przetwarzania przyrządu lub przetwornika pomiarowego występujący w warunkach znamionowych
Warunki znamionowe (temperatura pracy 293 K ± 2K, wilgotność względna 30 - 80 %, częstotliwość np. 50 Hz, brak zewnętrznych pól elektromagnetycznych)
Dopuszczalna wartość błędu względnego podstawowego (dg) jest liczbowo równa klasie dokładności przyrządu lub przetwornika, przy czym przez
Klasa dokładności zbiór właściwości metrologicznych umownie oznaczonych wartością dopuszczalnego błędu podstawowego.
Błąd addytywnym lub błąd zera wartość błędu nie zależy od wartości wielkości mierzonej tzn. wartość błędu jest stała w całym zakresie pomiarowym.
Błąd multiplikatywnym lub błąd czułości błąd jest proporcjonalny do wartości wielkości mierzonej i powstaje on wówczas, gdy błędnie zostanie określona czułość przyrządu lub przetwornika pomiarowego.
Błąd bezwzględny pomiaru to algebraiczna różnica między wynikiem pomiaru X, a wartością wielkości mierzonej: ΔX=X-Xw
Błąd systematyczny składowa błędu, która przy wielu pomiarach tej samej wartości pewnej wielkości wykonywanych w warunkach praktycznie niezmiennych pozostaje stała, zarówno co do wartości bezwzględnej jak i znaku lub zmienia się wg określonego prawa wraz ze zmianą warunków odniesienia. Istnieją 4 sposoby usuwania błędów systematycznych: likwidacja źródła błędu, kompensacja błędów, korekcja błędu przez zmianę przyczyny błędu i pomiar wielokrotny, korekcja błędu przez pomiar przyczyny błędu i wprowadzenie poprawki.
Błąd przypadkowy to składowa błędu pomiaru która zmienia się w sposób nieprzewidziany zarówno co do wartości bezwzględnej jak i znaku przy wykonywaniu dużej pomiarów tej samej wielkości w warunkach pozornie niezmiennych.
Błędy nadmierne to często pomyłki lub błędy grube wynikające z nieprawidłowego wykonania pomiarów(niewłaściwe zastosowanie przyrządów, mylne odczytanie wskazania, błąd obliczeniowy).
Na błąd wskazania składają się: niedokładność własna narzędzi pomiarowych, niedokładność własna obiektów mierzonych, zewnętrzne wielkości wpływające jak temp, ciśnienie i wilgotność; czynniki zakłócające jak zanieczyszczenie powierzchni, korozja, wstrząsy i wibracje; charakterystyczne błędy techniki pomiarowej; wpływy zależne od rodzaju wielkości mierzonej różne dla wielkości mechanicznych.
Na błąd odczytania składają się: rodzaj i dokładność urządzeń odczytowych, długość działki elementarnej, szerokość kresek, natężenie, rodzaj i barwa oświetlenia, hałas, czynniki osobowe wynikające z niedoskonałości zmysłów obserwatora oraz jego doświadczenie i kwalifikacje.
Metoda techniczna polega na pomiarze wartości napięcia i natężenia prądu stałego za pomocą woltomierza i amperomierza oraz wyznaczenie wartości mierzonej rezystancji.
Wartość graniczna rezystancji mierzonej, której wartość można wyznaczyć z zależności Rgr=$\sqrt{R_{A}R_{V}}$
Błąd bezwzględny pomiaru rezystancji ΔR to algebraiczna różnica między wynikiem pomiaru a wartością wielkości mierzonej: ΔR=R-Rw
Błąd względny pomiaru rezystancji to stosunek błędu bezwzględnego do wartości wielkości mierzonej: δR= ΔR/Rw*100%.