Wykład 1

- Czym są: pomiar, miernictwo i metrologia

Pomiar jest to niezależne od obserwatora przyporządkowanie obserwowanemu zjawisku wartości liczbowych. Miernictwo jest to technika prowadzenia pomiarów. Metrologia to nauka o zasadach prowadzenie pomiarów, ukierunkowana na ilościowe pozyskanie informacji.

- Koncepcje praw przyrody (dwie pierwsze)

1. Prawo natury jest na wszechświat nałożone - gdyby istniało kilka równorzędnych wszechświatów, każdy z nich rządziłby się tymi samymi prawami przyrody.

2. Prawa przyrody są ściśle związane ze wszechświatem - we wszechświecie z innym rozkładem materii obowiązywałyby inne prawa przyrody.

- Schemat procesu poznawczego w metrologii

Zjawisko->Obserwator->Model fizyczny->Model matematyczny->Model metrologiczny

Model fizyczny jest to wyróżnienie podstawowych właściwości fizycznych obiektu. Model matematyczny opisuje obiekt za pomocą równań matematycznych, zaś model metrologiczny przypisuje wartości określonym własnościom zjawiska. Występują sprzężenia zwrotne - późniejsze etapy są zależne od wcześniejszych.

Wykład2

- Co to jest informacja i jakie są jej miary

Informacja to relacja pomiędzy obiektami., związana ze zmianą stanu jednego z nich a tym samym zmianą jego nieokreśloności. Informacja może być uzyskana tylko na drodze materialnego współoddziaływania z obiektem, ma charakter kwantowy. Jest transportowana od źródła do odbiornika poprzez nośnik i układ przesyłania. Na tej drodze występują zakłócenia.

- Na czym polega związek pomiaru z informacja

Pomiar jest to sposób, w jaki uzyskuje się daną informację. Entropią informacji nazywamy miarę nieoznaczoności źródła równą średniemu przyrostowi informacji przypadającej na jedno z k zdarzeń. Wraz z dokonywaniem pomiarów zmniejszamy entropię informacji. Ilość informacji zależy więc od jakości przyrządów pomiarowych. Pomiar jest również przetwarzaniem nośnika informacji.

- Co to jest układ miar

Układem miar nazywamy zbiór jednostek podstawowych, powstałych z utworzenia wzorców danej wartości oraz jednostek pochodnych powiązanych równaniami matematycznymi z jednostkami podstawowymi, ściśle od nich zależąc.

- Jaka jest rola stałych fizycznych w definiowaniu jednostek miar

Stałe fizyczne są używane przy definiowaniu jednostek podstawowych i pochodnych. Ich najdokładniejsze określenie jest jednym z zadań metrologii. Ograniczona dokładność w wyznaczaniu tych stałych wpływa na dokładność jednostek i pomiarów.

- Jak funkcjonuje hierarchia wzorców

Najwyżej w hierarchii wzorów stoją wzorce pierwotne. Są one wykonane tak dokładnie jak tylko jest to możliwe. Na ich podstawie buduje się wzorce wtórne, będące kopiami (niedokładnymi) wzorców pierwotnych. Wzorce pierwotne nazywają się etanolami. Zwykle etanoli jest kilka - są wzorcami podstawowymi. Następne są wzorce-świadkowie, używane do kontroli wzorca podstawowego. Rozróżniamy jeszcze wzorzec odniesienia i wzorzec kontrolny, będące wzorcami wtórnymi służącymi do kontroli wzorców laboratoryjnych.

Wykład 3

- Jak realizowane są jednostki wielkości elektrycznych i czasu we wzorcach pierwotnych

Wielkość natężenia zdefiniowana jest za pomocą tzw. wagi prądowej - natężenie powoduje odchylenie wskaźnika wagi, dokładność 10 do -6. Napięcie realizuje złącze Josephsona - dialektryk jest włożony między dwa nadprzewodniki. Całość wkładamy do pola magnetycznego o bardzo dużej częstotliwości. Generuje to napięcie rzędu 1mV z dokładnością do 1 do -10 V. Wzorcami użytkowymi są kolejno ogniwo normalne Westona dla natężenia oraz diody Zenera dla napięcia (dokł. 10 do -5).

Wzorcami częstotliwości są układy fizyczne wytwarzające określone częstotliwości w czasie. Są nimi generatory atomowe oraz wzorce kwarcowe (np. zegarek kwarcowy). Wzorzec czasu zlicza okresy znanych wzorców częstotliwości.

- Co charakteryzuje poszczególne metody pomiarowe

Rozróżniamy pośrednie i bezpośrednie metody pomiarowe. Metoda bezpośrednia to porównanie mierzonej wartości do wzorca, np. mierzenie linijką. Rozróżniamy następujące metody pomiaru bezpośredniego:

-klasyczna wychyłowa - wartość mierzona jest pokazywana w pewnym przedziale uporządkowanych wartości, np. przyrząd analogowy,

-metoda różnicowa - porównujemy na mniejszym zakresie, odejmując od badanego przedmiotu wartość wzorcową,

-metoda zerowa - doprowadzamy różnicę do 0 tak dobierając wartość wzorcową, aby była równa wartości mierzonej,

-metoda kompensacyjna - przeciwdziałamy wartości mierzonej wartością wzorcową, gdy oba oddziaływania będą się równoważyć otrzymamy wartość mierzonego obiektu, np. waga szalkowa,

-metoda komparacyjna - porównujemy wartość mierzoną z wartością wzorcową, skalując ją za pomocą specjalnego układu, otrzymujemy krotności wartości wzorcowej.

-metoda podstawieniowa - używamy dodatkowej wartości do pomiaru, badamy potem efekty jakie wywołała ona na wartości wzorcowej oraz na wartości mierzonej, porównujemy je i w ten sposób uzyskujemy wartość tego, co mierzymy.

Metoda pośrednia, w odróżnieniu od bezpośredniej, nie polega na porównywaniu wartości mierzonej z wartością wzorcową. Szukamy innej wartości, co pozwala nam przy użyciu odpowiednich równań algebraicznych wyznaczyć badaną wielkość. Rozróżniamy również metodę pośrednią złożoną, jako efekt której otrzymujemy kilka mierzonych wartości jednocześnie.

Wykład 4

- Co nazywamy błędem pomiaru i jaka jest jego wartość

Błędem pomiaru nazywamy różnicę pomiędzy wartością rzeczywistą a wartością zmierzoną. Wartość błędu zależy od wielu czynników, nigdy nie jest dokładnie znana.

- Jakie są fizyczne przyczyny granic dokładności pomiaru

Wynikają one z własności materiałów użytych do pomiaru, niedokładności w ich zmierzeniu. Ważną rolę odgrywa także zasada nieoznaczoności Heisenberga, która mówi, iż nie da się dokładnie zmierzyć wszystkich wartości - określenie miejsca elektronu jest niemożliwe, można wyznaczyć jedynie prawdopodobieństwo jego wystąpienia w danym obszarze. Nie da się więc jednoznacznie określić pewnych wartości właśnie z powodu tej zasady.

Istotną rolę odgrywają także niedokładności wzorców, z czego wynikają dalsze błędy pomiarów oraz, przy pomiarach elektrycznych, występowanie różnego rodzaju szumów zakłócających poprawny pomiar.

- Czym charakteryzuje się deterministyczna interpretacja błędów pomiarowych

Deterministyczna interpretacja wprowadza pojęcie błędu granicznego, który wyznacza przedział, w którym znajduje się wartość mierzona. Wprowadza także pojęcie błędów systematycznych, które są powtarzalne i zdeterminowane przez pewne czynniki, np. stałą niedokładność przyrządu pomiarowego. Często błędy systematyczne da się obliczyć i nanieść odpowiednią korektę na wynik pomiaru.

- Czym charakteryzuje się probabilistyczna interpretacja błędów pomiarowych

Probabilistyczna teoria błędów mówi, że z jednego pomiaru nie możemy wywnioskować o błędach, jakie miały w nim miejsce - potrzebna jest seria pomiarów aby uzyskać informacje o błędach przypadkowych. Aby obliczyć wynik pomiaru bierzemy średnią arytmetyczna wszystkich pomiarów. Zakłada to, że poszczególne błędy pomiarów się zniosą (np. w jednym przypadku błąd będzie zawyżał wartość, w innym zaniżał, więc w rezultacie powinno się to znieść). W praktyce jednak w skończonej ilości pomiarów nie jest powiedziane, że wyniki te ułożą się równomiernie wokół prawdziwej wartości, przez co nie jest możliwe całkowite wyeliminowanie błędów przypadkowych. Teoria Gaussa (probabilistyczna) pozwala określić z jakim prawdopodobieństwem wartość mierzona znajduje się w danym przedziale (rozkład Gaussa i Studenta).

- Ocena niepewności pomiaru wg standardów międzynarodowych

Międzynarodowy dokument systematyzujący błędy pomiarowe z 1993 roku (ISO) wprowadza pojęcie niepewności pomiaru. Niepewność jest to odchylenie standardowe od wartości określonego przedziału prawdopodobieństwa. Pozwala to wyznaczyć przedziały ufności pomiaru (przedział, w którym z dużym prawdopodobieństwem znajduje się mierzona wartość). Niepewność rozszerzona pozwala wyznaczyć granic przedziału ufności dla średniej wartości pomiarów. Współczynnik ten zwany jest współczynnikiem rozszerzenia. Występują dwa rodzaje niepewności: typu A i B. Niepewność typu A jest wyznaczana na podstawie serii pomiarów, natomiast niepewność typu B jest zależna od aparatury pomiarowej i jest dostarczana w dokumentacji urządzenia przez producenta. Łączna niepewność, tzw. niepewność standardowa jest pierwiastkiem sumy kwadratów obu niepewności.

Wykład 5

- Podaj źródła błędów pomiarów pośrednich

Błędy pomiarów pośrednich wynikają zarówno z błędów pomiarów bezpośrednich (czyli niedokładność aparatury i metody pomiarowej, wzorca) oraz z cech specyficznych dla pomiaru pośredniego - niedokładność opisu fizycznego i matematycznego dla danego zjawiska.

- Na czym polega „propagacja błędów”

Propagacja błędów to przenoszenie się błędów. Każdy z błędów uzyskanych w pomiarze kumuluje się, tworząc ogólny błąd dla danego pomiaru. Zarówno błędy systematyczne, przypadkowe, niedokładności wzorców, etc. kumulują się, tworząc całkowity błąd dla danego pomiaru.

- Przedstaw omówione schematy analizy wyników pomiarów

-Analiza deterministyczna. Najpierw zapisujemy wynik pomiaru z taką dokładnością, na jaką pozwala nam przyrząd pomiarowy. Następnie szacujemy dokładność pomiaru, najczęściej za pomocą błędu granicznego, korzystając z danych podanych przez producenta urządzenia pomiarowego. Jeśli jest to pomiar pośredni (obliczamy badaną wielkość na podstawie pomiaru innych wielkości) musimy skorzystać z prawa propagacji błędów systematycznych. Ostatnim krokiem jest zapis kompletnego wyniku pomiaru, np. x+/- graniczny.

-Analiza statystyczna dla serii wyrobów. Zapisujemy wyniki serii pomiarów, następnie liczymy wartości średnie, wyznaczamy odchylenie standardowe dla pojedynczego pomiaru, na końcu wyznaczamy przedział ufności na wybranym poziomie istotności (ilość miejsc po przecinku).

-Analiza statystyczna dla serii pomiarów. Wykonujemy serię pomiarów, wyznaczamy wartość średnią, obliczamy odchylenie standardowe dla pojedynczego pomiaru, odrzucamy błędy grube i ponownie obliczamy powyższe parametry, obliczamy odchylenie standardowe średniej i wyznaczamy przedział ufności na danym poziomie istotności.

Wykład 6

- Na czym polega systemowy opis działania przyrządów pomiarowych

Opis systemowy to matematyczny opis przetwarzania danego urządzenia pomiarowego związany z pewnymi schematami blokowymi ilustrującymi sposób przetwarzania - wejście, wyjście. Wartość mierzona jest przetwarzana z pewnymi zakłóceniami, które wpływają na pracę urządzenia. Można wyróżnić tzw. stopnie przetwarzania, czyli kolejne etapy, w których następuje przetwarzanie wartości mierzone aż do uzyskania właściwego wyniku.

- Czym różnią się przyrządy o przetwarzaniu statycznym i dynamicznym i jak się je charakteryzuje

Przyrządy o przetwarzaniu statycznym badają daną wartość nie zwracając uwagi na poprzednie pomiary. Przyrządy dynamiczne zaś zwracają uwagę na wyniki poprzednich pomiarów - dany pomiar jest zależny od tego, co było wcześniej.

W przetwarzaniu statycznym mamy do czynienia z pojęciami zakresu i liniowości, powtarzalności, offsetu oraz histerezy. Zakres to wartości najmniejsze i największe jakie może zmierzyć dany przyrząd. Liniowość jest to odchylenie jakim wykazuje się w rzeczywistości przyrząd od założonego modelu. Powtarzalność pomaga oszacować występowanie błędu przypadkowego, offset jest wartością wyjścia przyrządu przy zerowym pobudzeniu (przesunięciem o jakie `oszukuje' dany przyrząd). Histereza to błąd związany z oddziaływaniem poprzedniego stanu miernika na to, co ma miejsce obecnie (np. był namagnesowany i nie rozmagnesował się całkowicie do nowego pomiaru). Błędem statycznym nazywamy różnicę pomiędzy rzeczywistym wskazaniem miernika a jego opisem matematycznym.

W przetwarzaniu dynamicznym mamy do czynienia z: odpowiedzią impulsową - zmiana wyjścia w czasie po podaniu na wejściu impulsu o jednostkowej amplitudzie, odpowiedzią skokową - zmianą wyjścia w czasie po skokowej zmianie wejścia o jednostkowej amplitudzie, stałą czasową (jak się zmienia wyjście w czasie), częstotliwością graniczną - powyżej niej przyrząd traci swoje własności, modelem matematycznym przetwarzania - równaniem różniczkowym określającym sposób przetwarzania informacji wejściowej na wyjściową. Błędami dynamicznymi nazywamy błędy wynikające z różnicy między rzeczywistym przetwarzaniem przyrządu a sposobem przetwarzania wyników pomiaru.

- Czym charakteryzują się analogowe mierniki elektroniczne

Mierniki analogowe to takie mierniki, których wskazanie jest funkcją ciągłą wartości badanej wielkości. Mierniki analogowe elektroniczne przetwarzają nośnik informacji o wartości mierzonej na sygnał elektryczny i w tej postaci jest on dalej przetwarzany. Zaletami takiego rozwiązania są zwiększenie dokładności odczytu, możliwość pomiaru zarówno bardzo dużych jak i bardzo małych wielkości, zmniejszenie wrażliwości na zakłócenia pomiaru oraz możliwość transportu wyników na duże odległości.

- Jakie funkcje pełnia podstawowe bloki mierników analogowych

Bloki generacji sygnałów i czujników - pobierają sygnał z badanej wartości, zbierają informację, następnie bloki przetwarzania analogowego przetwarzają pobraną informację w taki sposób, aby dopasować ją do wejścia następnego urządzenia pomiarowego. Następnie bloki realizujące przetwarzanie zgodnie z definicja wielkości mierzonej w danym urządzeniu pozwalają na dopasowanie informacji do tego, co mamy uzyskać. Ostatnią fazą zajmują się bloki komunikacji z użytkownikiem, przekazujące wynik pomiaru do użytkownika.

Wykład 7

- Podaj podstawowe rodzaje przetworników analogowych

Dzielniki prądów i napięć, przetworniki prostownikowe (przerabiają napięcie zmienne do stałego)(średnie, szczytowe, skuteczne), przekładniki (transformatory), przetworniki I/U, U/I (U - napięcie, I - natężenie), wzmacniacze, przetworniki mnożące.

- Jakie procesy składają się na przetwarzanie analogowo-cyfrowe

Zadaniem bloku przetwarzania analogowo-cyfrowego jest przekształcenie sygnału analogowego na ciąg cyfr, przypisując określonym stanom analogowym określone cyfry. Polega na próbkowaniu kwantowym. Próbkowanie to pobranie wartości sygnałów w określonych odstępach czasowych. Kwantowanie to przypisanie określonej cyfry (wartości) określonym wartościom sygnału. Kodowanie to przekształcenie kwantowania do kodu binarnego. Im więcej bitów przetwarzania, tym dokładniej możemy określić sygnał (lepsze kwantowanie=lepsza wartość wyjściowa).

- Omów podstawowe sposoby przetwarzania A/C

Porównywanie bezpośrednie: sigma-delta i kompensacyjne oraz porównywanie pośrednie - sygnał analogowy jest przekształcany na inną porównywalną do niego wielkość, np. czas lub częstotliwość a następnie całkowany lub przetwarzany przetwornikiem napięcie -częstotliwość..

- Podaj podstawowe parametry przetworników A/C

Zakres i polaryzacja wejścia, liczba bitów wyjściowych, dokładność, czas przetwarzania.

Wykład 8

- Podstawowe sposoby przetwarzania C/A

Zadaniem przetwornika cyfrowo-analogowego jest przetworzenie cyfrowej wartości sygnału na proporcjonalną, skwantowaną wartość analogową.

- Podstawowe parametry przetworników C/A

Podstawowymi parametrami tych przetworników są: liczba bitów wejścia, rodzaj sygnału wyjściowego, zakres i polaryzacja wyjścia, obciążalność, rozdzielczość, dokładność, czas przetwarzania.

- Bloki składowe i działanie cyfrowych przyrządów pomiarowych

???

- Cyfrowe przetwarzania danych w dziedzinach czasu i częstotliwości

???

Wykład 9

- W jakich konfiguracjach działają systemy pomiarowe i jak ze sobą współpracują?

Systemem pomiarowym nazywamy zorganizowany zespół urządzeń pomiarowych mający na celu przekazywanie użytkownikowi zoptymalizowaną, przetworzoną informację. Rozróżniamy następujące konfiguracje: sekwencyjna - sygnały przechodzą informacyjne przechodzą kolejno przez wszystkie urządzenia, natomiast organizacyjne kierowane są bezpośrednio do kontrolera, konfiguracja gwiaździsta, gdzie kontroler pośredniczy w przekazywaniu każdej informacji, konfiguracja liniowa, gdzie urządzenia są podłączone do magistrali z danymi, natomiast rolę kontrolera pełni urządzenia o najlepszych parametrach do tego celu, pętlowa - kontroler nie zajmuje szczególnego miejsca, połączone w pętle oraz konfiguracje mieszane łączące powyższe. Systemy pomiarowe mogą ze sobą współpracować: master i slave.

- Właściwości szeregowych i równoległych interfejsów pomiarowych

Rozróżniamy dwa rodzaje połączeń: szeregowe i równoległe. W połączeniu szeregowym elementy są do siebie kolejno podłączone, tworząc szereg. Jest to połączenie wolniejsze niż równoległe, jednak ze względu na swoje własności elektryczne działa poprawnie na dużych odległościach. Dla 8 bitów potrzebujemy co najmniej 8 impulsów (stąd chyba wynika jej mała szybkość). Możliwe są następujące rodzaje transferu informacji: Simplex - transfer w jedną stronę, Half-Duplex - wysyłamy i odbieramy, jednak nie w tym samym czasie (sygnał idzie tym samym przewodem, więc w jednej chwili może iść tylko w jedną stronę), Full-Duplex - wysyłanie i odbieranie w tym samym czasie.

Transmisja równoległa działa poprawnie tylko na małych odległościach (10cm to duża odległość). Jest szybsza niż szeregowa - wystarczy jeden impuls aby przesłać 8 lub nawet 16 bitów (teoretycznie tak jest). Występują także mieszane rodzaje połączeń, szeregowo-równoległe. Transmisja może być synchroniczna (odbiór informacji w określonych chwilach) bądź asynchroniczna (odbiór wtedy, gdy informacja jest wysyłana, sygnalizowany jest początek i koniec transmisji).

- Podstawowe struktury systemów pomiarowych

Szeregowe:

RS232 - szeregowy, odległość do 15, szybkość transmisji 20kbit/s, 0 jest oznaczane przez napięcie 3 do 15V, 1 przez -3 do -15 V. Rozróżniamy linie sterujące i linie transmisji danych. Transmisja jest synchroniczna, z kontrolą błędów, bądź asynchroniczna.

RS485 - szeregowa, udoskonalenie RS232, więcej nadajników/odbiorników na jednej linii, lepsza odporność na zakłócenia, co pozwala na transmisję nawet na 1200m z szybkością 10Mbit/s, nadajniki trójstanowe (gdy nadajnik ma dużą rezystencję pozostaje odłączony), napięcia od -1,5 do 1,5V.

Równoległe:

IEC-625 (IEEE-488, HP-IB, GPIB): konfiguracja magistralowa - wszystko podłączone do jednej magistrali, w taśmie pomiędzy liniami transferowymi zastosowano masę, co pozwala zachować odpowiednią jakość transmisji, magistrala składa się z 8 linii danych, 3 linii synchronizacji, 5 linii sterowania i 9 linii masy, do 15 urządzeń, napięcia 1: dla >2,4V , 0 dla <-0,5V. Możliwość zastosowania ekspanderów w celu zwiększenia ilości podłączanych urządzeń, szybkości transmisji 1MB(megabajt)/s.

Standard VXI: modułowe systemy pomiarowe: kaseta, płyty główne, karty, karty modułowe o znormalizowanych wymiarach (EUROCARD), magistrala: 8 typów szyn zgrupowanych w 3 magistrale, od 8 do 32 bitów, transmisja do 40MB (megabajtów)/s, do 256 urządzeń, sterowanie za pomocą komputera.

Wyróżniamy następujące struktury systemów pomiarowych: czujniki inteligentne (jedno urządzenia mające czujniki, które przerabiają sygnał analogowy na napięcie, przetworniki, którymi dane trafiają do mikrokontrolera, złącze interfejsowe na wyjściu, choć często mają swoje wyświetlacze); przyrządy wirtualne (karta rozszerzeń do komputera PC odbiera sygnały z czujników, przy użyciu odpowiedniego oprogramowania możliwe jest symulowanie urządzenia przetwarzającego takie sygnały, np. oscyloskop); sieci lokalne (RS-232/IEEE-488) lub sieci rozłożone, które do komunikacji wykorzystują istniejące sieci - WIFI, GSM.

Wykład 10

- Czynniki wpływające na dokładność i zakres pomiaru prądu stałego

Dokładność od pA do A, wpływają na nią opór wew. Źródła prądu i amperomierza.

- Czynniki wpływające na dokładność pomiaru napięcia stałego

Dokładność od nV do V, wpływają na nią wewnętrzny źródła prądu oraz opór wejściowy woltomierza.

- Podstawowe metody pomiaru napięcia stałego

Woltomierze magnetoelektryczne Cewka (elektro)magnetyczna przerabia napięcie na prąd i w ten sposób badane jest jego napięcie (im większe napięcie tym większy prąd czyli natężenie). Woltomierze elektroniczne - dzielnik napięcia, wzmacniacz napięcia, układ zwiększający opór wejścia (przetwornik analogowo-cyfrowy), wyświetlacz - są to woltomierze impulsowo-czasowe, całkujące, kompensujące. Woltomierze cyfrowe wykorzystują wiele bloków przetwarzania analogowo cyfrowego.

- Zasady pomiarów bezpośrednich i pośrednich mocy przy prądach stałych

Pomiar mocy może odbywać się w sposób pośredni bądź bezpośredni. Rozróżniamy następujące pomiary: elektrodynamiczny (analogowy) - dwie cewki, im większe natężenie, tym większe wychylenie wskazówki (większe pole magnetyczne); ferrodynamiczny - jedna cewka i specjalny materiał wzmagający strumień magnetyczny (ferromagnetyk?), w obwodach prądu stałego możemy skorzystać ze wzoru P=IU - przetwarzamy napięcie na natężenie i liczymy moc. Metody bezpośrednie to watomierz analogowy (cewki), natomiast pośrednie to woltomierz i amperomierz, potem wzór P=IU, watomierz cyfrowy (jak obok, tyle, że cyfrowo, oba w jednym urządzeniu wbudowane).

- Podstawowe metody pomiaru rezystancji miernikami analogowymi i cyfrowymi

Pomiary oporów mogą być również pośrednie i bezpośrednie. Pośrednie: korzystamy z prawa Ohma: R=U/I, mierzymy U oraz I i wyliczamy, dochodzi błąd metody (systematyczny), który możemy wyeliminować (wynika on z oporów wew. Woltomierza i amperomierza): omomierze magnetoelektryczne, elektroniczne (z dużą i małą rezystancją), cyfrowe. Pomiar bezpośredni: metodą zerową, porównawczą/zerową podstawieniową, czyli równoważymy dany opór innym oporem, tak, aby napięcia były takie same w obu `opornikach'.

Wykład 11

- Podstawowe rodzaje sygnałów pomiarowych

Sygnał pomiarowy to podstawowy nośnik informacji w systemie pomiarowym. Wyróżniamy następujące sygnały: stochastyczne - szumy, zakłócenia, nie da się ich przewidzieć. Sygnały te dzielą się na stacjonarne, gdzie ich parametry są stałe w czasie (te znów dzielą się na ergodyczne, gdzie potrafimy wyznaczyć te parametry i nieergodyczne, gdzie nie umiemy) oraz niestacjonarne, czyli takie, gdzie parametry są zmienne w czasie. Drugą główną grupą, obok sygnałów stochastycznych, są sygnały zdeterminowane, które pozwalają nam przewidzieć ich wartość na podstawie obserwacji tychże sygnałów, dzielą się one na sygnały nieokresowe (zanikające(ich energia maleje, zanikają), trwałe(stałe w czasie) i prawie okresowe(niby okresowe, ale im dalej tym mniej podobne do bazowego okresu) oraz na sygnały okresowe.

- Podstawowe parametry sygnałów okresowych

Sygnały okresowe dzielimy na harmoniczne, odkształcone i impulsowe. Ich parametry to wartość chwilowa, wartość średnia, wartość średnia wyprostowana, międzyszczytowa, skuteczna. Mogą wystąpić ich zakłócenia, np. na skutek szumów transmisyjnych. Parametry czasowe: pulsacja, częstotliwość, okres, czas trwania impulsu, narostu, czas opadania, wypełnienie sygnału będące ilorazem czasu trwania impulsu i okresu sygnału. Kształt jest charakteryzowany przez współczynnik kształtu, szczytu i uśrednienia.

- Zasady działania cyfrowych częstościomierzy małych i dużych częstotliwości

Częstotliwość możemy zmierzyć w następujący sposób: mierzymy ilość pełnych wykonań czegoś w danej jednostce czasu (okresie)(pomiar pośredni), w przypadku fal, mierzymy ich długość i sprawdzamy jak rozchodzą się w danej jednostce czasu, metodą porównawczą (porównujemy z wzorcem) oraz metoda rezonansowa.

Budowa urządzeń mierzących częstotliwość: urządzenie takie składa się z następujących bloków: układ wejściowy przekształca okres na impuls, potem mamy generator kwarcowy, generujący częstotliwość wzorcową, dalej dzielnik częstotliwości (zawsze potęga 10), układ sterowania bramką, odmierza on wzorcowy czas t; bramka przekazująca impulsy tylko przez czas t, potem mamy licznik zliczający impulsy, na końcu urządzenie odczytujące pokazujące ilość zliczonych impulsów. Są dwa rodzaje pomiarów: przez zliczanie okresów i impulsów - jeden z nich lepiej działa dla dużych f drugi dla małych (ale który?).

- Zasada pomiaru odstępu czasu

Zasada działania podobna jak przy pomiarze okresu/częstotliwości, jednak ma on dodatkowe bloku funkcjonalne, których zadaniem jest zliczanie okresów.

Wykład 12

- Zasada działania rejestratorów o przetwarzaniu bezpośrednim i pośrednim

Rejestratory elektromechaniczne dzielą się na te mierzące sygnały w sposób pośredni i bezpośredni. Bezpośrednie pobierają energię z badanego przedmiotu, co jest ich wadą, mają jednak prostą konstrukcję, pobierają z obiektu dużą moc, działają dla napięć/natężeń większych niż 0,5V/A. Ich częstotliwość graniczna (czyli taka, przy której tracą swoje własności to 100Hz). Pośrednie rejestratory zaś energię pobierają z pomocniczego źródła, nie obciążając przy tym badanego obiektu. Budowane są najczęściej na bazie kompensacyjnych przetworników napięcia, wzmacniając je specjalnym wzmacniaczem do uzyskania odpowiedniej wartości, żeby wyrównać się z badaną wartością. Częstotliwość graniczna to trochę mniej niż 10MHz.

- Powstawanie obrazu w oscyloskopie

Oscyloskop to urządzenie używane do obserwacji przebiegu napięcia stałego/zmiennego. Oscyloskop składa się z lampy elektronowej, działa elektronowego, katody, wyświetlacza oraz grzejnika. Jeżeli do pary płytek odchylających przyłożymy odpowiednie napięcie, elektrony zaczną się przemieszczać z miejsca o wyższym potencjalne do tego o niższym. Dzięki temu na ekranie będziemy mogli zaobserwować ich drogę, oddającą to, jak przebiega mierzone napięcie. Zadaniem układu synchronizacji jest takie dobranie parametrów, aby sinusoidy na ekranie nie nakładały się na siebie, tylko tworzyły spójny obraz.

- Podstawowe bloki i zasada działania oscyloskopu analogowego i cyfrowego

W oscyloskopie analogowym wyróżniamy następujące bloki: blok odchylanie poziomego, blok odchylania pionowego, blok wyzwalania i synchronizacji. Działanie analogowego jak wyżej. W oscyloskopie cyfrowym zasada działania jest nieco inna, albowiem przetwarzanie odbywa się mikroprocesorem. Wyróżniamy następujące bloki: graficzny wyświetlacz LCD, przetwornik A/C, pamięć układ sterowania (przetwornik C/A, inne).

- Fizyczna interpretacja impedancji elektrycznej

Impedancja elektryczna to inaczej opór. Można go wyrazić jako liczbę zespoloną. Impedancja opisuje stosunek między zmiennym prądem (natężeniem) a zmiennym napięciem na elemencie.

- Związek częstotliwościowych właściwości pomiarów napięć przemiennych z ich dokładnością

Im większa częstotliwość prądu, tym większa impedancja woltomierza a przez to większy błąd dokładności pomiaru. Wynika to z własności cewki magnetycznej (zwojnicy), która pod wpływem wyższej częstotliwości ma zwiększoną impedancję.

- Budowa i działanie woltomierzy i amperomierzy napięć przemiennych

???

- Budowa i działanie multimetrów cyfrowych

Multimetry to urządzenia mogące mierzyć różne wartości - natężenie, napięcie, opór. W praktyce stosuje się urządzenia mikroprocesorowe, mogące mierzyć różne wartości.

---