Készítette: Bujdosó Julianna és Zákány Ildikó

Készítette: Bujdosó Julianna és Zákány Ildikó

1.óra

Alapfogalmak Gépesítés: emberi izomzat helyettesítése Automatizálás: az emberi agytevékenység helyettesítése, a gépek bizonyos szinten döntéseket hoznak → vezérlik a berendezéseket. Műszerezés: a primer műszerezés során a technológiáról információt gyűjt (pl.:nyomást átalakítja villamos jellé). Irányítás: olyan művelet, amely a gépesített műszaki folyamatba beavatkozik, annak létrehozása, fenntartása, tervszerű lefolyásának biztosítása, megváltoztatása vagy megszüntetése céljából. Nagy energiájú folyamatokba avatkozunk be kis energiájú berendezésekkel. Művelet: irányítási folyamat 1. értesülésszerzés, információszerzés (primer műszerezés) 2. szerzett információ feldolgozása, egységesítés (jel) Hatáslánc 3. ítéletalkotás 4. rendelkezés, beavatkozás Ez a hatáslánc. Tagjain áthaladó hatásokat jeleknek nevezzük. Jel: valamely állapothatározó minden olyan értéke vagy értékváltozása, amely egyértelműen hozzárendelt információ szerzésére, szerzésére, továbbítására, tárolására és feldolgozására alkalmas. Irányítási szerv: szervnek nevezzük a szerkezeti elemek szervezett együttműködését. Tag: az irányítási rendszer egy tetszés szerint kiválasztott része (komplett vagy absztrakt tulajdonságokkal rendelkezik). Van bemenő és kimenő jele, de a kettő nem ugyanaz! (pl.: áramból feszültséget csinál). Irányítástechnika Szabályzástechnika kezelő

Bemeneti szerv

Logikai szerv

Vezérléstechnika

Kimeneti szerv

Irányított berendezés

információ visszajelzés a működésről

Járulékos szerv

Külső zavaró hatás

A szabályzástechnikai rendszer hatáslánca zárt, mindenféle tényező kiküszöbölhető vele és analóg jelekkel dolgozik, ezzel szemben a vezérléstechnikai rendszer hatáslánca nyitott, csak a tervezéskor figyelembe vett külső, zavaró tényezők küszöbölhetők ki és logikai jelekkel dolgozik (ezek kétállapotú, digitális jelek). Analóg jel: értelmezési tartományát és értékkészletét tekintve folytonos és végtelen Digitális jel: értékkészletük diszkrét, kétállapotú jel (0,1). Eldöntendő kérdésre adott egyértelmű válasz.

A amplitúdó

T idő

Önműködő vezérlések •

• • •

Követő vezérlés: valamilyen folyamatnak be kell fejeződnie, hogy a másik elkezdődjön. (pl.:robot) A vezérléstechnikai rendszer és a szabályozástechnikai rendszer nem válik el teljesen egymástól. Programvezérlés: valamilyen előre meghatározott program szerint kell a funkciókat végrehajtani. Időterv vezérlés: legfontosabb paraméter az idő (pl.: tojásfőzés) Lefutó vezérlés: (hasonló a követő vezérléshez)

Irányítástechnikai elemek és szervek Bemeneti szervek: • Érzékelő • Parancsadó Logikai szervek (időmérés) Kimeneti szervek: • Beavatkozó vagy végrehajtó szervek Járulékos szervek: visszajelzést adnak a kezelőnek (pl.: kijelzők, lámpák)

Különleges segédenergiás szervek • • •

Villamos rendszer Pneumatikus rendszer (sűrített levegő) Hidraulikus rendszer (hidraulikai olaj)

Villamos rendszer: a) Előnyei: gyors, tiszta, kis súly, kis méret, környezetbarát, segédenergia ellátottsága jó, külső mechanikai hatásra ellenálló, jelek könnyen kombinálhatók, jelek átviteli távolsága korlátlan, jeltovábbítás leggyorsabb b) Hátrányai: környezetre érzékeny, túlmelegedés, tűz- és robbanásveszélyesek, a karbantartás nagy szakképzettséget igényel, sugárzásra érzékeny Pneumatikus rendszer: c) Előnyei: nagy üzembiztonság, könnyen javítható, nem tűz- és robbanásveszélyesek (alkalmazzák ezért bányákban, malmokban, élelmiszeriparban, stb.), kis méret és kis súly, karbantartása olcsó, üzem közben nem melegszik, sugárzásra nem érzékeny, 3000N-ig előnyösen alkalmazható d) Hátrányai: táplevegőre érzékeny, lassú, 300m felett nehézkes jeltovábbítás nehéz a jelek továbbítása Hidraulikus rendszer: e) Előnyei: nincs kenőanyag, karbantartása és kezelése egyszerű, , gyors, legnagyobb erőhatás 150bar , nagy a jeltovábbítás sebessége f) Hátrányai: érzékeny a tömítetlenségre, tűzveszélyes, olajat cserélni kell időnként, több nagynyomású vezetéket igényel, nem kerülhet levegő a rendszerbe, az olaj nem engedhető ki bárhol a rendszerből

Irányítástechnikai berendezésekkel szemben támasztott követelmények Üzembiztonság: ha egyetlen helyen meghibásodás lép fel → az egész berendezés meghibásodik Megbízhatóság: egy berendezés üzemzavar nélkül képes működni Élettartam: azoknál jelentős, amelyek üzem közben elhasználódnak, azoknak van élettartamuk (mert pl.: forog, mozog → csapágy, esztergakés). Megoldás: időnként cserélni kell Nehézüzemi körülmények: pl. magas hőmérséklet→élettartam rövidül por korrozív közeg levegőben van fémpor(ipari szennyezés)→zárlatot okoz 2.óra MSZ 806/1-76 szabvány előírja, hogy adott készülék esetén milyen védettséget kell alkalmazni: IP XY jelenti, hogy milyen védettséget kell alkalmazni, ahol X jelenti: védettség szilárd anyaggal szemben ahol Y jelenti: védettség folyadékkal szemben X lehet:

0 – nincs védettség 1 – nagyméretű testek behatolása elleni védelem 2 – ujjak érintése elleni védelem 3 – szerszámokkal, huzallal vagy 2,5mm-nél nagyobb tárgyakkal szembeni védelem 4 - szerszámokkal, huzallal vagy 1mm-nél nagyobb tárgyakkal szembeni védelem 5 – működésre káros porbehatolás elleni védelem 6 – porbehatással szembeni teljes védettség Y lehet: 0 – nincs védettség 1 – vízcseppek lecsapódásával szembeni védelem (függőlegesen eső cseppek) 2 – vízcseppek lecsapódásával szembeni védelem (ha a vízcseppek esési szöge nem nagyobb 15º-nál) 3 – esővel szembeni védelem (esési szög max. 60 º) 4 – fröcsköléssel szembeni védelem (minden irányból) 5 – vízsugárral szembeni védelem (bármely irányból) 6 – hajó fedélzetén uralkodó hatások elleni védelem 7 – vízbemerítés elleni védelem (teteje max. 15cm-re, alja max 1m-re lehet a vízszinttől) 8 – tartós vízbemerítéssel szembeni védelem Sújtólég és mérgező gázok Azokban az üzemekben, ahol sújtólég és mérgező gázok keletkeznek. Ha olyan helyen kell műszerezni, ahol robbanásveszély van, akkor szakembernek kell besorolni a terepet szabvány szerint. Olyan műszert lehet elhelyezni, ami megfelel a tűzveszélyességnek. Bizonylatot kell beszerezni a műszernek, hogy ott, adott helyen használható→felelősség-elhárítás! A műszerbe belenyúlni, módosítani rajta tilos, mert akkor a gyártó nem vállal felelősséget, csak rendeltetésnek megfelelően lehet használni. Konstrukciós biztosítás a robbanás ellen a) Nyomásálló tokozás Olyan tokba teszik a készüléket, amibe ha bejut a robbanásveszélyes anyag, a tok megakadályozza, hogy a robbanás energiája kijusson a környezetbe. b) Lemezes védőszerkezet A robbanás energiája a lemezeken lehűl, és így nem jut ki a levegő (pl.: Déry-lámpa) c) Túlnyomásos szellőzés Kívülről ne jusson be a robbanó anyag. d) Olaj alatti védelem Készüléket olajba tesszük, az oldószergőz nem tud bejutni a készülékbe. Ha savmentes olaj → korrózióvédelem. Hűti az olaj a készüléket. e) Túlnyomás alatti védelem

Túlnyomással zárják le a dobozt a műszerrel → kívülről nem juthat be a robbanásveszélyes anyag Gyújtószikra elleni védelem A készülék szikrát ne hozzon létre. Az áramkör nyitásakor vagy zárásakor keletkező szikra energiája az adott koncentrációjú keverék begyújtásához szükséges energiánál kellő biztonsággal kisebb legyen. A tápegység és a hálózat részéről is biztosítani kell a védelmet. • Tápegység 24V, 50mA → rövidzárási áram (egy készülék ellátásához elegendő) • A készülékek tartalmazhatnak energiatároló elemeket (pl.:kondenzátor, tekercs) • se hálózati, se külső feszültség ne jusson be

Robbanásbiztos tér

Robbanásveszélyes tér

Tápegység E.x.

Zenner-gát Zenner-gát

U U, E.x.

Zenner-dióda rajzjele: (egyenirányítóként működik) Zenner-gát: -áramot és feszültséget lehet korlátozni vele (biztosító berendezés) ellenállás

24V

Galvanikus leválasztás •

optikai vezetés pl.: optikai kábelen jön az internet Pestről → nagyobb jelátvitel kell telefonbeszélgetés: digitalizálják, nagy sebességű robbanásbiztos, benne nem terjedhet szikra

•

optocsatoló: digitális jelek átvitele (létezik analóg is)

Vezérléstechnikai berendezések szervei •

Bemeneti szervek: érzékelő szervek vagy parancsadó szervek is lehetnek érzékelők: kétállapotú jelet adnak (i, n) hőmérséklet-érzékelők: - Pt100 vagy Pt1000: platinahuzalból készül, 0ºC-on 100Ω az ellenállása, ha a hőmérséklet nő, nő az ellenállás, ha állandó feszültséget vezetünk át rajta, akkor nő a feszültsége, 100ºC-on 137,5Ω az ellenállása, 215Ω szobahőmérsékleten 300ºC és 400ºC közötti hőmérséklet mérésére - speciális hőmérők: 1000ºC-1200ºC-ig, pl.: kettős fémhőmérők (Ni-Cr) kontaktpotenciál (néhány ezredV) jön létre (hőmérsékletfüggő) ha a kettő fémet összeérintjük - infravörös hőmérők: 1200ºC feletti hőmérséklet mérésére, kalibrálni kell nyomásérzékelők: - abszolút (tényleges) - relatív (atmoszférikus a 0 és ehhez viszonyítva adja) - nyúlást, elmozdulást használják ki, félvezetős kristályokat használnak, membrános kapcsoló - kontaktmanométer reflexiós érzékelők lineáris- és forgásérzékelők szintérzékelők (pl. folyadékokét tartályban) - kapacitív - ultrahangos - mágneses

• Parancsadó szervek: - emberi üzeneteket kezeli - monostabil: egy stabil állapota van, bontó vagy záró kivitelben,

pl.: csengő - bistabil: két stabil állapota van, prell jelenség: legideálisabb körülmények között sem jön létre ideális elektromos kapcsolat billentyűzetek - sokfélék, könnyen sérülnek és koszolódnak

- fólia tasztatúra: nem megy bele a víz, tisztítható, egyszerűen gyártható nagy tételben, bármilyen kivitelben létrehozható, meleget nem bírja (300ºC), ellenálló, kopásálló -

hall tasztatúra: mágneses térrel lehet villamos áramot kelteni, nincs benne villamos kontaktus

3.óra • Kimeneti szervek: Funkciója: kis energiájú változásokat nagy energiájú változássá alakítani bipoláris tranzisztor (hátránya: nem biztosít galvanikus leválasztást) térvezérlésű tranzisztor (FAT) opto-csatoló

LED

I1

I2

- előnye: nem ég ki (50 év az élettartama) - közlekedési lámpáknál alkalmazzák

fény hatására áram folyik benne

relé - tekercset tartalmaz - élettartamát nem időben, hanem kapcsolási számban mérik(105-107) - koptatják egymást az érintkezők - átmeneti ellenállás a „pogácsák” között zárt állásban - szigetelési ellenállás - villamos terhelhetőség - érintkezők típusa és darabszáma - lassú eszköz (lassan bont és zár, néhány 10ms) - teljesítmény-áttétel (12V-os tekercs 42mA áramot vesz fel) - a relé 250V-al terhelhető és 10A-t képes megszakítani - korrózió miatt betokozzák reed relé - nincs tekercs, csak az érintkezők egy üvegburkolatban - mágneses tér érzékelésére szolgál - hátránya: javítani nem lehet, ha az érinkezők összeégtek - előnye: környezeti hatásoknak jól ellenáll

reed relé szilárd test relé (SSTR) - nem tartalmaz mozgó alkatrészeket - teljesen elektronikus - 25A-100A kapcsolására alkalmas - félvezető relé - nulla átmenetnél kapcsol - galvanikus leválasztó és optócsatoló van benne - élettartalma végtelen ha nincs túlterhelve tirisztor, triac - a tirisztor 4 rétegű, a triac 5 rétegű - csak kapcsoló elemek - két állapotúak - bekapcsolása impulzussal - kikapcsolása árammegszakadással - váltakozó áramkörben gyakran alkalmazzák különleges relék - feszültség relé (túlfeszültség ellen) - áramrelé (meghatározott áram hatására) - termikus túláramrelé (hőkioldót tartalmaz) - többtekercses relé

relé

- emlékezőrelé - polarizált relé (csak meghatározott polaritás hatására kapcsol be) - időrelé - számláló relé Járulékos készülékek Működéshez nem szükségesek. A. hangjelzők →figyelemfelkeltők pl.: sziréna, kürt, duda, kolomp B. fényjelzők - közönséges fényjelzők (pl.:izzólámpa) - ledek (sokféle szín, kis fogyasztás, hosszú élettartam) - 7szegmenses kijelzők - 16szegmenses kijelzők (alfanumerikus: szám és betű kiíratása) - folyadékkristályos kijelző (LCD) - CRT: katódsugárcsöves monitor

sziréna

- energiát igényel: led, LCD - nem igényel energiát: km-óra spirál, benzinkutaknál benzinár oszlopok, reklámoszlopok

7szegmenses kijelző

led

CRT

Energiaforrások és védelmi szervek Tápegységek látják el, stabil feszültséget állít elő galvanikus leválasztással. Villamos készülékeknél érintésvédelem 48V felett. • védőföld (pl.: vasaló) • kettős szigetelés (zárlat esetén a készülék külsejére nem juthat áram) • érintésvédelmi relék (FI) - minden lakásban kötelező, rá kell kötni a bejövő hálózatra

Számrendszerek 10-es számrendszer, ezt használjuk (decimális). 60-as számrendszer, pl.: óra. Kétállapotú jelek esetén:

NR =

n −1

∑A

k =−n

K

• RK

(számrendszerek általános alakja)

↑ együttható Bináris számrendszer →digitális technikában alkalmazzák Kettes számrendszer → digitális berendezéseknél használják Nyolcas számrendszer → könnyen átszámolható kettesbe Hexadecimális (tizenhatos) számrendszer → könnyen átváltható kettesbe •

Fixpontos ábrázolás - radix vessző (rögzített helyen található) - számábrázolás: szám normál alakja ּ 2gész kitevőjű hatványa

•

Lebegőpontos ábrázolás szám normál alakja ּ 2valamilyen hatványkitevője előjellel

4.óra

Kódrendszerek Átvitel javítása érdekében alkalmazzák. Kód: két szimbólumhalmaz egyértelmű egymáshoz rendelésének rendszere. (pl.: számok, betűk) Kódolás: szimbólumok egymáshoz rendelése valamilyen meghatározott elvek alapján. (pl.: 5 → 0101) Dekódolás: ellentétes művelet, eredeti szimbólumhalmazra való visszatérés. Jelkészlet: azon jelek összessége, amelyeket meghatározott szabályok szerint a kódszavak felhasználásához alkalmazzák. Kódszó: a jelkészlet elemeiből, meghatározott szabályok szerint felépülő értelmes üzenet vagy egybefüggő jelsorozat. Kódszó készlet: a kódolásra meghatározott szabályok szerint felhasználható egybefüggő jelsorozatok összessége. Kódszavak felhasználásával képezhetünk kódszó készleteket. Tiltott kódszó: képezhetjük ugyan a jelkészletből, de nem tartoznak a kódszó készlethez. Bit: információ legkisebb egysége. Értéke 0 vagy 1. Byte: 8 bit 16 bit-es kódszó → 216 számot lehet vele írni Redundancia: valamely üzenetforrás ki nem használt információ mennyisége. Redundáns számok: 4 biten 16 féle kódot tudunk realizálni Hamming-távolság: ahány elemet meg kell változtatni egy kódszóban, hogy a másikat kapjuk. Több kódszó között: a legkisebbet kell érteni, ami közöttük létezik. Két tetszõleges kódszót megadva, mindig megállapítható, hogy hány bitben különböznek egymástól: a két szó kizáró vagy (XOR) kapcsolata által adott eredményben az 1-esek száma adja a különbséget, és ezt szokták a két kódszó Hamming távolságának nevezni. Adatátvitel formái: • villamos kábelen keresztül (koaxiális kábel, árnyékolt…) • optikai kábelen (üvegszál bevonva) • rádiófrekvenciás kapcsolat analóg műsorszórás digitális műsorszórás (műholdvevők, telefonok, stb.) Átviteli csatorna: fizikai felület, amely meghatározza az információ nagyságát, típusát, sebességét

Adatátvitel lehet: • soros • párhuzamos: egyszerre több vezetéken megy az információ

Vevő / adó

...

Adó / vevő

közösítő földvezeték (közös potencálra hozza a két oldalt) Az adó és a vevő felcserélődhet: adóvevő. Kétirányú az adatkapcsolat. Párhuzamos adatátvitel előnye: gyors, több adat - hátránya: drága, sérülékeny Soros adatátvitel előnye: 1 vezeték, bizonyos helyeken csak a soros alkalmazható -hátránya: lassú, egyszerre csak egy adat Handshake: adó és vevő két külőn egység. Visszajelzés kell az adónak a vevőtől. Amikor az adó küldi az információt, küld egy jelet is, hogy fogadja a vevő. A vevő amikor fogadta a jelet, visszaküld egy új jelet az adónak, hogy fogadta az információt. Adatátvitel típusa: • simlex/egyirányú (pl.: előadás) • duplex/kétirányú - half: egyszerre csak 1 irányba közlekedhet az adat - full: egyszerre 2 irányba is közlekedhet az adat (pl.: telefon) Komoly szinkronizáció kell az adó és vevő között. Bit szinkronizáció: az adónak és a vevőnek egyidejűleg kell adni és fogadni az adatokat. Bit sorozat → karaktert ad Karakter szinkronizáció: az adónak és a vevőnek is tudnia kell hol van eleje és vége a karakternek és bit-enként is fel kell ismernie. Szinkronizálás: szinkronizáló vezetékkel -gyors, egyszerű, de nem mindig megoldható, ekkor → aszinkronizáció Aszinkronizáció: a sebességet szigorúan rögzíteni kell Baud-sebesség: [bit/sec] 150 - 115 200

Gondot jelenthet, az adó és a vevő időbeli eltérése, vagyis nem ugyanaz az órajelük. Megoldás: az adatátvitel elején van a STARTBIT, a végén pedig a STOPBIT. Stopbit után viszont nem jöhet rögtön STARTBIT, szünetet (3-15bit) kell tartani. Ha kis mértékű az órajelcsúszás van az adó és vevő között → a szünettel ki lehet köszöbölni. Moduláció: adatátvitel egy csatornán. Moduláció során az üzenet jelet a saját frekvenciatartományából egy másik frekvenciatartományba tesszük át. Adott frekvencián történik az átvitel, az adó és a vevő is azonos frekvencián működik, így nem zavarhatnak más jelek. Szelektálni tudni kell a jelek között az adónak és vevőnek is. •

Amplitudó moduláció: - a vivő amplitudója határozza meg a logikai 1-et és a 0-át. - legzavarérzékenyebb, legegyszerűbb, - használják TV képátvitelénél

•

Frekvencia moduláció: - a jel frekvenciája változik - megbízhatóbb, bonyolultabb - használják TV hangátvitelénél

•

Fázis moduláció: - sok fajtája létezik - fázisváltásra alapszik - legmegbízhatóbb

Blokk- szinkronizáció: Bitet idővel, karaktert bittel, blokkokat karakterrel szinkronizálnak. Az adatokhoz redundáns információkat csomagol (hosszúság, start, stop). Egyértelműen meghatározható legyen, ha az adatok megsérülnek, vagyis könnyű meghatározni a kód sérülését. 5.óra Adatcsomagok/ kódfajták •

LRC kód (Longitudinal Redundancy Code) - hosszanti ellenőrző kód - egymás utáni bejövő byte-okat összeadják n

-

∑ byte = mod i =1

•

256

256 − LRCbyte = LRC kód sérülékeny

CRC kód (Cyclic Redundancy Code) - ciklikus, ellenőrző kód - mindig figyelembe veszi az ellenőrző értékeket - ellenőrző kód byte-át betolják-e a carry nevű regiszterbe (eggyel odébbtolják) - nagyon bonyolult művelet - nyilvános kulcsú kódok - titkosító és kibontó kulcsnak is tekinthető - adatellenőrzésre alkalmazzák

Numerikus kódok Rengeteg féle létezik. • Stibitz-kód - 3többletes kód - eltolják az eredeti kódot hárommal, hogy ne tartalmazzon nulla kódot •

Excess kód - többletes kód - mindenképp több kódot tartalmaz, mint az eredeti kód

X 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0

9 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0

8 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0

7 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0

6 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0

5 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0

4 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0

3 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0

2 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0

1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

A Stibitz- és az Excess-kódok hibafelfedő kódok. Szükség van azonban olyanra is, amelyik ki is javítja a hibát. (gyors adatátvitelkor szükséges) Egyszerű hibajavító kód a parítás vizsgálat Paritás vizsgálat: Azt mondja meg, hogy az aszinkron átvitelnél az adatbitekben lévő 1-esek száma páros vagy páratlan. - páros paritás: páros számra egészíti ki az egyesek számát - páratlan paritás: páratlan számú egyesekre egyesíti ki az egyesek számát - paritásbit: Az aszinkron átvitel esetén az adatbitek minden csoportját egy stopbitnek kell követnie. A paritásbit arra szolgál, hogy a vevő oldal a kapott adatbitek helyességét ellenőrizni tudja, hiszen külső zavaró tényezők bármikor közbeszólhatnak. Az adó és a vevő az adatbitek továbbítása előtt megegyezik abban, hogy használnak-e paritást, és ha igen, páros vagy páratlan paritást használnak-e. A küldendő adatbitek közül az egyesek száma 0 és 8 között lehetséges. Például a páros paritás azt jelenti, hogy minden olyan byte-hoz, amelyben az 1 adatbitek párosan vannak (0, 2, 4, 6 vagy 8 darab), a paritásbit 0 lesz. Ha páratlan számú egyes szerepel az adatbitek között, akkor a paritásbit 1. Az így kapott paritásbitet aztán hozzáírják az adatbitekhez. Az egész játék arra megy ki, hogy az adatbitekként szereplő 1-esek száma páros paritás esetén páros, páratlan paritás esetén pedig páratlan legyen. Pl.: a 01010111 adatbitek közül 5 darab 1-es. Páros paritás esetén tehát a paritásbit 1, páratlannál pedig 0. 1 1 1 0 0 1

0 1 0 0 1 0

1 0 1 1 0 1

0 1 1 1 1 0

1 1 0 0 0

Sor-oszlop vizsgálattal meg lehet mondani hol sérült az adat, így könnyű kijavítani.

• Telex-kód: 5 biten tárolódott • ASCII kódtáblázat: • Az ASCII rövidítés az American Standard Code for Information Interchange (=Amerikai szabványos kód az információ kölcsönös cseréjére) kifejezés rövidítése. - 8 bites (eredetileg 7 bites), számítógépek használják - vezérlő karakterek, írásjelek, betűk, számok

Adatátviteli módok A digitális adatok továbbításának két alapvető módja a párhuzamos és a soros jelátvitel. Ha a biteket egymás után, sorosan mozgatják, egyetlen jelvezeték, egyetlen jelátviteli út elegendő a jeltovábbításhoz. A soros jeltovábbítás egyre általánosabbá válik, olyan területeken is, ahol hagyományosan a párhuzamost alkalmazták. SPI (Serial Peripheral Interface): • • • • • • • • • • •

Motorolla cég találmánya Soros periféria illesztő egység Az adatvonal kétirányú, két vonalon összekötött shift regiszter Az adatátvitelnél egy master és több szolga lehet A master vezérli a folyamatot és adja az órajelet Két adat és két vezérlő vonalból áll Full - duplex adatvonal Szinkron adatátvitel Nagyon gyors kommunikáció Nem ipari adatátvitel Nem nagytávolságú rendszerek

Az SPI (Serial Peripheral Interface) egy nagy sebességű soros szinkron I/O rendszer. Az SPI alkalmas egy CPU és kiegészítő áramkörei összekapcsolására, de több processzor együttműködését is lehetővé teszi. Az órajel fázisa és polaritása szoftverrel választható, így különféle megoldású soros elemek is összekapcsolhatók az SPI rendszerrel. A kiegészítő áramkörökben a Slave jelleg rögzített. A jelvezetékek: o o o o

MOSI (Master kimenet, Slave bemenet) MISO (Master bemenet, Slave kimenet) SCK (soros órajel, a Master küldi ki) SS (Slave kiválasztás).

Nyolc SCK óraciklus valósít meg egy adattranszfert. Miközben a Master eszköz kiküld egy adatot a Slave-hez (MOSI), a Slave is kiléptet egy másikat a Master számára (MISO). Ezt a kétirányú folyamatot az egyetlen órajelsorozat szinkronizálja. Az SPI adattranszfer is tartalmaz parancsot, amit a Master küld. A parancsok az IC kapcsolatokat támogatják, pl. egy EEPROM terület folyamatos feltöltése adatokkal egyetlen paranccsal előírható. Az SPI BUSZ-t általában 2 MHz-ig használják, de pl. a Xicor cég X25650 soros adatkezelésű EEPROM memória IC-je, mely SPI jelleggel kezelhető, 5 MHz-es adatsebességet is megenged.

IIC BUSZ(I2C, vagy Inter- IC):

• • • • • • • • • •

Integrált áramkörök közötti átvitel Philips cég gyártmánya Slave – Master - Soros ADÓ - VEVŐ Soros kommunikáció Nincs szükség külön eszközkiválasztó kábelre Lassúbb adatátviteli mód Órajele: kb.400 kHz Több eszközzel tud kommunikálni a Master Start kondíció: eszköz megcímzése a kommunikáció előtt Stop kondíció: a kommunikáció befejezése

A két vezeték:

o SCL (órajel) o SDA (adat) Alapvetően egy Master és egy vagy több Slave kommunikál egymással, de a rendszerben több Master is lehet. A Masterek a BUSZ feletti vezérlés jogáért versenyeznek egymással, s amelyik nyertesként kerül ki az arbitrációs folyamatból, a következőkben az kezeli a BUSZ-t. Mindig a Master küldi az órajelet az SCL vonalra. Az eredeti leírásban az adatátvitel sebessége 100 KHz volt, később ezt kiterjesztették 400 KHz-re, ma pedig általános az 1 MHz átviteli frekvencia alkalmazása. I2C Konfiguráció Az adattranszfert a Master kezdeményezi, Start feltétel kialakításával, amit egy cím követ, a cím utáni egy bites vezérlő jel mutatja meg, hogy a megjelölt Slave-et a Master írni vagy olvasni kívánja. A Slave ACK (Acknowledge) jellel visszaigazolja a vételt s ezután következik az írási vagy olvasási ciklus. Az adattranszfer végét a Master Stop feltétellel jelzi. A rendszer eredetileg 7 bites címekkel működik, az újabb igényeknek megfelelően később bővítették ki 10 bites címekre. Egy kitüntetett címérték az általános hívási cím; ha ezt küldi ki a Master, üzenete minden Slavenek szól. Ha a Slave küld adatot (Master olvasás), akkor az adat után a Master adja ki a nyugtázó impulzust (ACK), amit a Slave érzékel. RS-232: • • • • • • • • • • •

Soros kommunikáció Nem nagy távolságú átvitelre képes (max.15 m.) Zajérzékeny Sodrott érpár Kábelhossz: 15 m. Aszinkron vonal Full- duplex átvitel Másik neve: V24! (24V a feszültsége): +12V,-12V tartományban, ahol -3V-tól +3V-ig ú.n. tiltott tartománya van, zavarvédelmi célok miatt. Max.adatsebesség: 20 kbit/s Meghajtó kimeneti terheletlen szint: +/- 25 V Meghajtó kimeneti terhelt szint: +/-5V….+/-15V

•

Minimális vételi szint:+/-3V

A digitális technikával egyidős soros kommunikációs jelátviteli megoldás az RS-232 aszinkron soros átvitel. Ezt az EIA szabványt többször átdolgozták, kiegészítették, ma az RS-232C az érvényes változat. A CCITT nemzetközi szabványként is elfogadta. Az RS-232C esetében az átvitt bit időtartama nem lehet tetszőleges, egy szabványos sorból kell választani a bitidő értékét. A bitidő reciproka a Baud rate. A közepes sebességű átvitelek megengedett Baud rate értékei pl.: 1200, 2400, 4800, 9600. A Baud rate értéket a kapcsolatfelvétel előtt ki kell kötni s azt az adónak is és a vevőnek is ismernie kell. Adásszünetben az adatvezetéken logikai 1 szint van, az adatot Start bit vezeti be (0 szint). A lefutó él után minden bitidő közepén mintát vesz a vevő a jelvezeték logikai szintből – így fogadja az adatot. Az adat végén paritásbit állhat, az átvitelt Stop bit (1 szint) zárja le. A Stop bit után azonnal következhet egy újabb átvitel Start bitje, de tetszőlegesen hosszú ideig is logikai 1 értéken maradhat a vonal (szünet). Mivel a kerettel (Start bit, Stop bit) kiegészített adatok közvetlenül egymás után is küldhetők vagy rövidebb-hosszabb szünetek közbeiktatásával, ezt az átviteli megoldást aszinkron soros átvitelnek szokás nevezni. Az aszinkron soros csatlakozó az IBM PC szabványos illesztő felülete, de igen sok mikrovezérlőben is megtaláljuk az aszinkron soros Portot (esetenként kommunikációs Port a neve). A szinkron soros átvitel fogalma megváltozott az idők folyamán. A digitális technika hajnalán a szinkron soros átvitel olyan soros adatkapcsolatot jelentett, ahol a keretet az adatblokk elején lévő egy vagy több ún. szinkron-szó jelentette, amit szünetek nélkül követett az adatok bitjeinek sorozata. A mai szinkron soros átviteli megoldásokban az adatbiteket egy további vezetéken kiküldött órajel sorozat segítségével lehet precízen kezelni. Az RS-232C pont-pont összeköttetésre alkalmas. Eredetileg a nagytávolságú összeköttetésben a számítógép és a modem közötti kapcsolatra dolgozták ki, de később modem nélküli nagytávolságú átviteleket is létrehoztak a felhasználásával, sőt, a számítógép és a perifériák

közötti jelkapcsolatra is felhasználták. Az egér pl. többnyire a számítógép RS-232C soros csatlakozóján keresztül működik. Bár a legegyszerűbb esetben egy kétirányú RS-232C kapcsolathoz egy adó és egy vevő jelvezeték valamint egy GND (0V) vezeték szükséges, tehát három érrel a kapcsolat kialakítható, a szabványos megoldásban további jelek átvitelét is előírják. Sodrott érpár segítségével az RS232C 15 m távolságot hidal át (a szabvány szerint), legnagyobb adatsebessége 20 Kbit/s. A gyakorlatban azonban jóval nagyobb sebességek mellett is használják, így pl.1Mbit/s. RS-485: • • • • • • • • •

Két vezetéket tartalmaz (A & B) Működése a jel polaritására épül ’A’ és ’B’ vezetékek polaritást cserélhetnek előnye, hogy nehéz megzavarni a polaritást A két vezeték közötti potenciál nem változik meg soha. Fél- duplex átvitel Több Adó, több Vevő Szimmetrikus multi- drop, duplex megoldás 1 km távolságra 5 km/h sebességgel lehet vinni az adatot, de közbe lehet iktatni jelismétlő erősítőket, így növelhető a távolság.

RS-422:

•

Működése hasonlít az RS-485-höz, de a különbség az, hogy az RS-485 half- duplex átvitel

• • •

4 vezetéket tartalmaz Aszinkron vonal Szimmetrikus multi- drop, duplex megoldás

• • • •

Két érpárt tartalmaz (Adó -Vevő) Egy Adó, több Vevő Gyorsabb átvitel Kétirányú kommunikáció

CAN BUSZ (Car/Controller Area Network): A folyamatirányítás BUSZ rendszerei elnevezései nem árulkodnak sok fantáziáról – az elnevezés általában semmit nem mond a rendszer sajátságairól. Így a CAN betűszó sem mond sokat – ez a Controller Area Network szavak kezdőbetűiből alkotott betűszó. Ez egy szenzor/aktuátor kezelő BUSZ. Ezt a személygépkocsik fedélzeti irányítási rendszere számára fejlesztették ki. Ebben a programban olyan félvezetőgyártó multik vesznek részt, mint az Intel, a Motorola, a Siemens, a National Semiconductor – ezek a cégek gyártják a CAN vezérlő IC-ket

7.óra Egy luxus kategóriájú személygépkocsiban ma a vezetékek összes hossza már meghaladja a 2 km-t, a kábelezés teljes tömege elérheti a 100 kg-ot is. A CAN – egyetlen kábel végigvezetését igényli csak a karosszéria mentén! A CAN rendszert eredetileg a Bosch cég fejlesztette ki 1987ben – mára már széles körben alkalmazott ipari szabvánnyá nőtte ki magát ez a BUSZ rendszer. Multi Master jellegű rendszer, kéteres kábelre épül. Az átvitel nem a szokásos címzéses megoldású, hanem objektum-orientált. Az adatra jellemző objekt identifier szerepel az üzenet elején, s minden részvevő, aki használni tudja az adatot, befogadja. A Masterek BUSZ arbitráció révén, egymással versenyezve igyekszenek megszerezni a BUSZ kezelés jogát, nincs előre programozott aktivitási sorrend. Legtöbbször sodrott érpárral alakítják ki, ezen 1 Mbit/s adatátviteli sebességet lehet elérni. A kábelhossz – ipari alkalmazásokban – 10 km lehet. Az üzenetet Start bit vezeti be, ezt követi a 11 bites objekt identifier – ami arbitrációs eseményként is szolgál, mire az utolsó bitje a vezetékre kerül, eldől, melyik Master működhet. Az üzenet következő részlete az adat, amit 15 bites CRC ellenőrző kód követ, az üzenetet a nyugtázó mező és az üzenet vége jelzés zárja le. Az ipari irányítási rendszerek különleges területe a mozgó egységek kezelése, felügyelete, irányítása. A korszerű automatikus raktározási és anyagmozgatási rendszerek irányításának egy lehetséges megoldása az infravörös digitális adathálózat. A Rolltronic cég rendszere a technológiai csarnok mennyezetén helyezi el a rögzített IR adó/vevő egységeket, az automatikus targoncákon, szállító egységeken a mobil elemeket szerelik fel. A rendszerbe – IR csatolóval – PC, robotvezérlő, szerszámgép vezérlő is bekapcsolható. A rögzített IR egység RS232C vagy RS422 jelleggel kapcsolódik a központi számítógéphez. Az IR egységek hatótávolsága 40 m. Felhasználási területei még: o Kórházi műtők (asztal mozgatás) o Motorok irányítása Jellemzői: • • • •

Nagy adatátviteli sebesség [1 Mbit/s] 40 m távolságban Aszinkron vonal 1 km-es kábelhossz esetén, 5 kbit/s - ra csökken az adatátviteli sebesség Nincs küldő és fogadó, csak a csomag van azonosítva pl. BASIC CAN(11 bites azonosító), PELI CAN(Extended verzió:29 bites azonosító)

• • • • • •

Minden rendszer tartalmaz egy elfogadási regisztert és egy elfogadási kódot A nagy átviteli sebesség elérése érdekében, rövid üzenetek küldése ajánlott Max.8 Byte-os adatcsomagokat lehet küldeni a CAN BUSZ - on. Minden csomag rendelkezik egy azonosítóval, amelyprioritási sorrendet is tükröz.(Minél több 0 van a csomag azonosítójában, annál nagyobb a prioritása.) A logikai 0- nak nagyobb a prioritása, mint a logikai 1-nek. Ha egyszerre több üzenet kerül elküldésre több állomásról, akkor a visszaolvasás megtörténik, vagyis addig működik, míg ua. nem olvassa vissza.

Állomások: o Önmagukat is kontrolálják o Háromféle állapotuk van: Bus-off Hiba aktív Hiba passzív o Vizsgálják az adatátvitel milyenségét, azaz hogy hibás e. Minél több a hiba, annál jobban nő a számláló értéke; minél kevesebb a hiba, annál jobban csökken a számláló értéke. Kevés hiba esetén még hiba aktív üzenet. Ha hibát észlel, hiba aktív üzenetet generálhat, leállíthat egységeket.(125 hiba felett) Passzív hiba: csak passzív hiba üzenetet generálhat, de ezzel nem állíthat le egységeket. Az üzenet felülírható. Ha 255-ön túl fut a hibaszámláló, buss-off állapotba kerül. Az eszköz még működőképes, de kommunikáció már nincs (lekapcsolódik az eszköz BUSZról). Átjárás van hiba aktív és hiba passzív állapot között, de off állapotból nem lehet visszatérni, csak Reset-tel, így nullázódik a hibaszámláló.

Autókban három átviteli sebességi rendszer található: 1 Mb/s sebességű rendszer - biztonsági rendszer és a motor irányítása pl. fékrendszer 125 kb/s sebességű rendszer pl. kijelzők, világítás 50 kb/s v. 25 kb/s sebességű rendszer pl. kényelmi berendezések(tükrök állítása, ülésfűtés, biztonsági öv feszességének beállítása)

Villamos mennyiségek mérése Technikatörténet: Modellalkotás: -

-

-

Ősember: barlangrajz [ bölény levadászása], társ beöltöztetése [szerepjáték] Ókor: i.e.5. évezredtől Folyam-menti kultúrák: Egyiptom, Nílus: Csillagászat[időszámítás], földmérés, piramisok, naptár[1500-as évkig] Mezopotámia: Matematika[60-as számrendszer] Alexandria: Logika, ideák világa, Archimedes [tömeg-, súlymérés] [egzakt matematika], Föld- Hold távolság mérése (Asszuáni kút: délben pontosan függőlegesen süt bele a Nap) i.e.530. Eupolinosz: egy hegyben alagút fúratása a hegy két oldaláról elindulva i.e.80.fogaskerekes műszer, vízóra Rómaiak: Építészet, földművelés, fejlett gazdálkodás, vízfogyasztás mérése (OHM elődjének létrehozása- központilag hitelesített vízórák) Középkor: Lószerszámok tökéletesítése. iránytű, ingaóra, papírgyártás, 10-es számrendszer, 0 szám fogalmának megalkotása, Reneszánsz kora: Kopernikusz, Kepler, Gallilei (Jupiter 4 holdjának felfedezése), Descartes, Torrichelli, Fresnel, Newton, Euler, Haygens 1700- as évek: Dörzselektromos gép Coulomb, Wolta 1820. Az áram mágneses hatása Faraday, Maxwell 1900. Ruherford [ mesterséges magátalakítás], Planch, Heisenberg, Einstein

Nagy magyarok:

Jedlik Ányos: Bunsen-elem javításán dolgozott, egyenáramú forgógépet fejlesztett ki, melyet motorként működtetve, meghajtotta vele optikai rácsosztó gépét, s jobbnál jobb rácsokat állított elő(elektromotor), "villámfeszítő" berendezés(feszültség-sokszorozó) Irinyi János: Zajtalanul gyúló foszforos gyufa feltalálója, savelmélet (rámutatott arra, hogy vannak olyan savak, amelyekben nincs oxigén, viszont a lúgokban is van oxigén), Budapesten gyújtógyárat alapított, meghonosította a géppel való szántást, vetést, boronálást, a talajt hamuval és mészsóval műtrágyázta, nagyváradi lőpor és ágyúöntöde vezetése, Eötvös Lóránd: gravitációs vizsgálatok, érzékeny gravitációs műszereket fejlesztett ki, torziós inga(Eötövs-inga), Harkányi Béláva és Cholnoky Jenővel összesen 28 észlelési helyen határozták meg a nehézségi erő változását

Bláthy Ottó: Felismerte a mágneses Ohm-törvény gyakorlati alkalmazásait, váltakozó áramú elosztórendszer továbbfejlesztése(vasrúddal rövidre zárta az induktor pólusait, és megfigyelte a vasmag zárásának hatását), szabadalma: zárt vasmagú transzformátor, váltakozó áramú generátorok párhuzamos kapcsolása, jelentős érdemei vannak az egyfázisú, soros kapcsolású kommutátoros motorok kifejlesztése körül, önműködő fordulatszám-szabályzót szerkesztett vízturbinák számára, négypólusú, majd egyre növekvő teljesítményű, kétpólusú turbógenerátorokat szerkesztett, vasúti nagy villamosmozdonyok fázisváltóját tökéletesíti,

Bánk Donát: tevékenykedett a Ganz és Társa Vasöntöde- és Gépgyárban, közreműködött a budapesti gabonaelevátor, a Mechwart-eke megtervezésében, szabadalmi tevékenységet folytatott a gázmotorok és a belsőégésű motorok terén, a Bánki-Csonka féle karburátor szabadalmaztatása, elsőkerék-hajtású gépkocsi, hidraulikus szervomotorból álló stabilizátort szerkesztett, egyszerű és olcsó turbinát szerkesztett, Vaskapu-vízerőmű terve Kandó Kálmán: indukciós motorok méretezésére teljesen új számítási módszert dolgozott ki, indukciós motor család, háromfázisú villamos vontatás, javaslat a leggazdaságtalanabb szénfogyasztó, a gőzüzemű vasút villamosítására, bebizonyította az 50 periódusú vontatás

előnyeit, Budapest - Hegyeshalom vasútvonal villamosítása, négy szinkron sebességfokozatú mozdony, háromfázisú mozdonyok tervezése,

Galamb János: Fejlesztő mérnök a Ford T-modell gyártásánál, a diósgyőri Vasgyárban dolgozott műszaki rajzolóként, majd a Magyar Automobil Rt.-nél, ahol egy németországi tanulmányutat nyert, Ford Motor Company kötelékében tervező, (az N-modell hűtőrendszerének áttervezése után a gyár főkonstruktőre lett, s a híres T-modell sok fontos alkatrészét ő tervezte), Fordson-traktor terveken dolgozott, Ford ötletére hathengeres kiskocsit tervezett Zsigmond Richárd: Kémiai Nobel díj Szent Györgyi Albert: A C-vitamin felfedezése, ismeretlen anyagot talált a mellékvesében.(megállapította összetételét (C6H8O6), és hexuronsavnak nevezte el), majd olyan növényi forrást keresett, melyből nagyobb mennyiségben lehet kivonni hexuronsavat.(erre a célra a szegedi paradicsompaprika kiválóan megfelelt), fumársav-katalízis szerepének felfedezése Nobel díj Hevessy György: Radiokémia Gábor Dénes: "aeroplán körhinta" találmánya, ciklotron (a töltéssel bíró elemi részecskék sebességének gyorsítására szolgáló berendezés) elve, fémgőz-ívlámpák és a vákuumbiztos árambevezetés, katódsugárcsöves oszcillográfok és a kadmium-plazmalámpák kifejlesztése, izzólámpa, plazmalámpa, elektronsokszorozó, katódsugárcső, holográfia feltalálása, Nobel díj

Mértékegységek Ma a metrikus és angol-szász mértékegységrendszer használatos. SI(Nemzetközi mértékegységrendszer, System International d'Unités): •

Hosszúság: [méter]

1 méter az a távolság, amelyet a fény vákuumban 1/299 792 458 s alatt tesz meg(ma érvényes definíció) •

Tömeg: [kilogramm] nemzetközi etalon, a Sévres-i Nemzetközi Súly- és Mértékügyi Hivatalban (Bureau International des Poids et Mesures) őrzött, platina-irídium ötvözetből készült, 39 mm magasságú és átmérőjű henger (a „Le Grande Kilo”) tömegeként definiálták. Az etalonról az egyes országok másolatokat készítenek; ezek a nemzeti etalonok, amelyeket mintegy 10 évente újra összehasonlítanak a nemzetközi etalonnal. A 90% platina, 10% irídium ötvözet nagy sűrűsége miatt alkalmas

•

Idő: [másodperc] A másodperc a 133-as céziumatom két hiperfinom szintje közötti átmenetnek megfelelő sugárzási periódus 9 192 631 770-szerese.

• • •

Áramerősség: [Amper] Hőmérséklet: [Kelvin] Anyagmennyiség: [mol=6*1023db)

•

Fényerősség: [Kandela]

SI Prefixumok: • Kilo-103 • • • • • • • • • • • • • •

Hekto-102 Deka-101 Deci-10-1 Centi-10-2 Milli-10-3 Mikro-10-6 Nano-10-9 Piko-10-12 Femto-10-15 Atto-10-18 Exa-1018 Peta-1015 Tera-1012 Giga-109

• •

Mega-106 Zetta-1021

•

Yotta/Kilozetta-1024

Származtatott mértékegységek: • Erő: [Newton] • Munka, energia: [Joule] • Teljesítmény: [Watt] • Terület, felület: [cm2] • • • • •

Térfogat: [cm3] Sebesség: [m/s] Gyorsulás: [m/s2] Sűrűség: [kg/m3] Fajhő: [J/kg*K]

Egyebek: • Hőmérséklet: [oC] • •

Gázok nyomása: [bar] Légnyomás: [atm] 8.óra

Etalonok Áram etalon: Két tekercs között egy harmadik tekercset tartalmaz. (Adott geometriai méretekkel, pl. menetszám.) Feszültség etalon: Wheatston elem Cd és Hg szulfát kristályokat tartalmaz, melyekben potenciálkülönbség alakul ki (1,01865V). /40 mV-tal kevesebb minden 1oC-kal való hőmérséklet emelkedés esetén./ Ellenállás etalon: Idő etalon: Alapja a kvarckristály. Hőmérséklet etalon:

Mérések csoportosítása I. 1. Közvetlen: pl. tömegmérés, feszültségmérés 2. Közvetett: más, esetleg könnyebb mérésekkel következtetünk a mennyiségre. Pl. kapacitás /időmérésre vezethető vissza/

Mérések csoportosítása II. 1. Értékmutató módszer: pl. mutatókitérés, számkijelző 2. Állapotbeállító módszer: mérőhálózat valamilyen állapotának elérésével következtetünk a mérendő mennyiségre. Pl. nullállapot, rezonanciaállapot 3. Rezonanciaállapot: a mérendő mennyiséget saját etalonjával hasonlítjuk össze. Pl. karos mérleggel történő összehasonlítás. Kétkarú mérleg: Ha rossz a mérleg: Javítani lehet a mérés pontosságát! Pl. Felcseréléses módszerrel (megcseréljük a két edény tartalmát) Helyettesítő módszerrel Analóg módszerrel Digitális módszerrel

Mérési hibák

Külső hatások miatt is bekövetkezhet. Definíciója: a mért érték és a pontos érték közötti különbség. Ha = X m – X p , ahol (X p nem ismert) Abszolút hiba: nem alkalmas összehasonlításra Relatív hiba: H r= (Xm – Xp)/Xp, értékük közel azonos.

ahol Xp nem ismert, azért Xp-t helyettesíthetjük Xm-mel, mivel

Hiba: % - os vagy milliomod részben kifejezett érték (ppm) /”Egy mérés az nem mérés”/ A mért érékek közül a legkisebb és legnagyobb értékeket elhanyagoljuk, majd szórást és átlagot számolnak. A mérési értékeket egy skálán ábrázolhatjuk, ahol m1, m2, …, mx a mért érékek, melyek X p (várható érték E sugarú környezetében helyezkednek el.) A szórás a Gauss eloszlást követi. Hibák csoportosítása: I.Rendszeres hiba: Jól reprodukálható Jó tervezéssel kiküszöbölhető Pl. mérőműszerek terhelő hatása -Mérési hiba: mérővezetékek induktivitása, kapacitása -Skálahiba -Parallaxishiba: mutatós műszerekre jellemző, ha a mutatót nem szemből olvassuk le, akkor jelentkezik, kiküszöbölése érdekében fejlesztették ki a tükrös műszereket. -Interpolációs hiba: pl. ha a beosztások között áll meg a mutató, nem teljesen pontos a leolvasás. -Külső mágnesen tér hatása: minden villamos műszerre hatással van. -Környezeti hőmérséklet: villamos berendezések minden paramétere hőmérsékletfüggő. -Légnyomás, légnedvesség hatása. II.Véletlen hiba: Nehéz kideríteni, hogy mi okozta a hibát Nagyszámú mérések elvégzése szükséges Az átlagból történik a kiértékelés Matematikai összefüggések ismerete szükséges (valószínűségszámítás, matematikai statisztika, nevezetes eloszlások) Mérő műszerek pontossága: Gyárilag megadott érték, általában %-ban megadva, relatív-, vagy abszolút hibára vonatkoztatva. A relatív hiba megadása előnyösebb, hiszen egy műszernek több méréshatára is lehet. Pl. 1V a hiba

Egyenfeszültség, egyenáram mérése: Problémát okoz a mérés folyamán az, hogy minden feszültségforrásnak van belső ellenállása (hiszen ólomcellákat tartalmaz), így minden esetben fellép egy belső ellenállás, ami a mérést módosítja.

Másik probléma: 1. eset. Áram a fogyasztón és a feszültségmérőn is folyik! Hibaáram lép fel, azaz több áramot mérünk majd. 2. eset. A feszültségmérőn átfolyó áramot ekkor már nem méri az árammérő. De az ezen átfolyó áram feszültséget is ad, és azt viszont méri a feszültségmérő. Ez rendszeres hiba, lehet korrigálni.

(első, illetve második eset) Deprez- műszer: A villamos mennyiséget mechanikai munkavégzéssé, energiává alakítja, és analóg módon jelzi ki, a Deprez műszer állórészének állandó mágneses terében a forgórész elfordul, a rajta átvezetett mérendő áram által létrehozott mágneses mező hatására. A lengőtekercses mérőműszer egyenfeszültség mérésére is alkalmas. Váltakozó feszültség mérésére nem alkalmas. A lengőtekercses mérőművek jellegzetes hibaforrásai: az állandómágnes öregszik (gyengül), a lengőtekercs réz tekercselésének ellenállása a hőmérséklet függvénye, a feszültségérzékenység emiatt hőmérsékletfüggő. Mutatós műszereknél a mutatók csillapítására is szükség van. Ezért gyakran a mutatók végét egy vízzel teli kádba lógatják, hiszen a víz sűrűsége jóval nagyobb a levegő sűrűségénél, így alkalmas a mutat kilengésének csillapítására. Viszont a mutató mozgatásához energiára van szükség. Elektrodinamikus műszer:

Mutatós műszer. Az állórész és a forgórész tekercsén átfolyó áramok gerjesztése következtében fellépő erőhatás kimozdítja a mutatót. -Hatásos teljesítményt mér -Általában kompenzálják a veszteségekből eredő hibát Az áram és feszültségtekercsen keresztül átfolyó pillanatnyi áramok szorzatával (végső soron a pillanatnyi teljesítménnyel) arányos elektromechanikus nyomaték igyekszik kitéríteni a mutatót. Ezzel ellentétesen hat egy rugóerőből származó, és a kitéréssel arányos nyomaték. A pillanatnyi teljesítmény gyors időbeli változásait (pl. 50 Hz-es hálózat esetén a 100 Hz-et), tehetetlenségénél fogva, nem képes követni a mechanikai szerkezet, ami kiátlagolja a változásokat, vagyis az integrálással azonos hatást ér el. Az áramtekercset az ampermérő helyére kell kötni (ellenállása kicsi), a feszültségtekercset a voltmérő ’’helyére” (ellenállása nagy). Lágyvasas mérőműszer: Az egyenfeszültség mérésre szolgáló műszerek nem mutatják a váltóáramot, mert a lengőtekercs képtelen másodpercenként 50-szer irányt váltani. A lágyvasas műszer egy kis vasmagra illesztett mutatóból áll, melyet egy mágnes tekercs magába vonz. A mágneses hatás nem függ az áram irányától, ezért az ilyen műszerek váltófeszültség és -áram mérésére is alkalmasak. Elektrosztatikus mérőműszer (Elektroszkóp): Nagy feszültség mérésre alkalmas. NEM mérőműszer, pontos mérésre nem alkalmas, csak körülbelüli érték kijelzésére (erre utal a -szkóp végződés).

Analóg – digitális, digitális – analóg átalakítás A digitális-analóg átalakítás (Digital-Analog Conversation, DAC) Cél: a vevő oldalán a digitális információt vissza kell alakítani analóg jelekké, mivel a modemnek ilyen jelekre van szüksége. A digitális-analóg átalakítás két lépésben történik meg. Mint már tudjuk, a digitális információ tulajdonképpen diszkrét értékű és diszkrét idejű adatok sorozata. Első lépésként ebből állítunk elő diszkrét értékű, de időben már folyamatos jelet. A második lépésben egy helyreállító (rekonstruáló) szűrő segítségével ezt a jelet folytonos értékű, időben is folyamatos jellé simítunk.

A DA átalakítóknak elméletileg három eltérő megvalósítását különböztethetjük meg. Ezek: Párhuzamos eljárás. Tulajdonképpen direkt átalakításnak is tekinthető. Súlyozott eljárás. Számláncot alkalmazó eljárás.

A párhuzamos eljárásnál minden kimeneti feszültségeket előállítunk. Mindig azt a kapcsolót kell zárni, amelyhez a megfelelő kimeneti feszültség tartozik. A feladatot egy dekódoló áramkör végzi el. Ez a bemeneti információnak megfelelő kimenetének a magas szintre állításával kapcsolja a megfelelő kapcsolót. A súlyozásos megoldás esetében a digitális információ közvetlenül képes az analóg jelet meghatározni, nincs szükség dekódolóra. Ebben a megoldásban minden bit egy kapcsolót működtet. A kapcsolóra a helyértéknek megfelelő ellenállások kapcsolódnak. Ezzel biztosítható a megfelelő kimeneti feszültség. A számláncos megoldás csak egyetlen kapcsolót igényel. Ezt egy áramkör periodikusan nyitja és zárja. A nyitási és zárási idő arányát egy számlálóval állítjuk be. A kimenetre kapcsolódó kondenzátor ennek az időaránynak megfelelő kimeneti feszültséget állít elő. A számláló beírását a digitális információval végezzük el. Természetesen a kimeneten egy lépcsős jel jelenik meg. Ez megfelel annak, amit az előzőekben már leírtunk. A következő lépésben a diszkrét értékű jelet kell folyamatossá alakítani.

A DA átalakító kimenetén megjelenő jel alakja. A DA átalakító kimenetén megjelenő lépcsős jel ugrásszerű átmenetei tartalmaznak olyan magas frekvenciájú jelösszetevőket, amelyek az eredeti jelben nem voltak jelen. Ezeknek kiszűrésére egy aluláteresztő szűrőt használunk. Ennek a sajátossága, hogy csak egy határfrekvencia alatti frekvenciájú jeleket enged át, az ennél nagyobbakat nem. Ennek a szűrőnek a kimenetén már egy időben és értékben is folyamatos jel jelenik meg. Az aluláteresztő szűrőn múlik a kimeneti jel tisztasága, ezért nagyon fontos ennek megfelelő elkészítése. A mai modern, integrált átalakítók az esetek többségében már tartalmazzák ezt a szűrőt, ami megfelelően van hozzáillesztve az átalakítóhoz. • • •

Kettes számrendszer használata Binális számok Típusai: 1. Létrahálózatos D-A átalakító: feszültségreferenciát tartalmaz, melyre ellenállások kapcsolódnak (R és 2R értékűek).Kapcsolókat tartalmaz, melyeket feszültséggel lehet ki- és bekapcsolni.

2. 3. 4. 5.

Passzív áramosztós D-A átalakító Aktív áramosztós D-A átalakító (áramtükör) Integráló rendszerű D-A átalakító Kapacitások eltöltésén alapuló D-A átalakító: 1 bites pulzus jellemzi és

párhuzamos bemenete van. 6. Soros bemenetű: térvezérlésű tranzisztort tartalmaz és két azonos kapacitású kondenzátort, emiatt töltésmegoszlás jön létre, és a 2 egész kitevőjű hatványai szerint csökken a beadott érék. Egyszerű felépítésű és működésű. Az analód értékek diszkrét lépésekben változnak.(analóg feszültséget tudunk levenni róla). Digitális adatátvitel a telefonvonalon keresztül: A feladat az , hogy az analóg, beszédcélú vonalakon digitális információt vigyünk át. Erre egy ma már nagyon gyakran alkalmazott megoldást használnak. A technika a PCM (Pulse Code Modulation, impulzus kód moduláció) nevet viseli. A telefonvonal sávszélessége 300 Hz-től 3400 Hz-ig terjedő tartományból kifolyólag körülbelül 3,1 kHz nagyságú. Ahhoz, hogy az analóg jelekből olyan digitális információt képezhessünk, amelyet azután vissza is tudunk állítani, a Shannon-tételnek megfelelően minimum a legnagyobb frekvencia kétszeresével kell az analóg jelet mintavételezni. A gyakorlatban 8 kHz-es mintavételi frekvenciát, az analóg jel kódolására pedig 8 bites adatokat használnak. A kódolás logaritmikus kódolású. Ennek oka, hogy az emberi fül ilyen karakterisztikájú, vagyis körülbelül tízszeres hangnyomást érzékelünk kétszer akkorának. Mivel a mintavételi frekvencia 8 kHz és minden információt 8 bittel kódolunk, ebből következik, hogy az adatátviteli sebesség 8 * 8 = 64 kbit/s. A túloldalon ezt az információt alakítják vissza. A PCM kódolást nem csak erre a célra használják. Sok helyen a telefonközpontok közel maximális kapacitással működnek. A bővítés helyett lehetőség van egy vonal több részre bontására a PCM technikával. Ilyen esetekben a beszélgetés közben nem vesszük észre a megosztást (talán csak a lassabban megjelenő tárcsahang figyelmeztet minket erre). Az analóg-digitális átalakítás (Analog-Digital Conversation, ADC): Az analóg-digitális átalakítás tulajdonképpen az időben és amplitúdóban folytonos (rendszerint folyamatosan változó) jelértékek rögzítése és meghatározott idejű és értékű adatok formájában.

Az analóg jel értéke két szélső érték között gyakorlatilag bármilyen értéket felvehet és ráadásul időben ezt bármikor megteheti. A digitális jel esetében ez nem mondható el. A jel állapota csak meghatározott időben változhat meg, ráadásul csak két értéket vehet fel. Az analóg-digitális átalakításnak ezt a kettős problémát kell áthidalnia.

Az analóg-digitális átalakító vázlatos felépítése. Az időben folyamatosan változó jeleket nem lehet digitális formában tárolni, ezért első lépésként meg kell oldani, hogy az analóg jel látszólag csak meghatározott időben változzon meg, amikor meg tudjuk határozni a nagyságát. Ezt valósítja meg a mintavevő áramkör. Ez tulajdonképpen egy kapcsoló, amely a bemenetére kötött analóg jelet csak az órajel által meghatározott időpontokban adja az átalakítóra. Ezt a folyamatot nevezzük mintavételezésnek. A jel most már tulajdonképpen csak megadott időnként változik.

A Mintavételezés hatása az analóg jelre

A mintavevő kimenete egy tartóáramkörre kerül, amelynek a feladata a mintavételezett jel állapotának tartása addig, amíg a feldolgozása megtörténik. Értelem szerűen ez az idő nem lehet nagyobb, mint amennyi a két mintavételezés között eltelik. A tartóáramkör kimenete a kvantáló bemenetére csatlakozik. Ennek az egységnek a feladata a most már időben nem folyamatos analóg jel digitálissá alakítása. Az átalakítás során nagyon fontos, hogy milyen szélességű (mennyi bitből fog állni) lesz a digitális jel. A bitek száma meghatározza, hogy mennyi különböző értéket lehet megkülönböztetni. Az átalakító minimális és maximális feszültsége közötti tartományt annyi részre osztják fel, amennyi a digitális állapotok száma. Például 8 bites kódolás esetén az állapotok száma 28, vagyis 65536. Ha az átalakító 0 és 10 V közötti analóg jelek fogadására

képes, akkor a 10 V-ot el kell osztani 65536-tal és így megkapjuk a legkisebb tárolható feszültségkülönbséget.

A kvantálás folyamata. A kvantálás több módon is megtörténhet, a legegyszerűbb, és ezzel együtt a leggyorsabb de a legdrágább megoldás a létrahálózatos átalakító. (A digitális információ legyen 3 bites, amivel összesen 8 különböző feszültségértéket leszünk képesek megkülönböztetni. A megoldás leglényegesebb része a feszültségosztó. A feszültségosztó ellenállásokból álló hálózat, amely a bemeneti feszültséget az ellenállások arányában képes leosztani.)

A feszültségosztó felépítése. A bemenetre Ube feszültséget kapcsolva a kimeneten Uki feszültség jelenik meg. Mindkét ellenálláson ugyanaz az I áram folyik át a soros kapcsolásnak megfelelően. a létrahálózat egy referenciafeszültségre kapcsolódik. Ez határozza meg a legnagyobb érzékelhető feszültséget, míg a legalacsonyabb a példában 0V. A 8 ellenállás pontosan nyolc egyenlő részre osztja a 0-Uref közötti feszültségtartományt. Ahhoz, hogy el tudjuk dönteni, hogy a bemeneti feszültség mekkora amplitúdójú, komparátorokat alkalmazunk. A komparátorok olyan elektronikus áramkörök, amelyek képesek a két bemenetükre kapcsolt feszültség közül a nagyobbikat, vagy a kise4bbiket kiválasztani. Összesen hét komparátorra van szükség a nyolc kilenc állapot megkülönböztetésére (0 és az Uref is benne van az állapotok számában). Minden komparátor egyik bemenete a bemeneti feszültségre kapcsolódik. A másik bemenet az ellenállásháló megfelelő pontjához van csatlakoztatva. A komparátor kimenete akkor lesz 1-es, ha a bemeneti feszültség nagyobb lesz, mint az ellenálláshálón eső feszültség. Így lehetőség van az összes feszültségszint megkülönböztetésére. Minél nagyobb a bemeneti feszültség, annál több komparátor kimenete lesz magas szinten. A hét kimenetből kell előállítani a 3 bites digitális információt, amire egy kódoló áramkört használunk.

A megoldással tehát a bemenetre adott feszültség digitálisan kódolva megjelenik az átalakító kimenetén. A megoldásból látható, hogy 8 bites információhoz 255 komparátorra lenne szükség, ami a megoldást nagyon drágává teszi. Nem csak ez az egyetlen módszer az analóg-digitális átalakításra, de ez a legegyszerűbb és az egyik leggyorsabb, ugyanakkor a sok komparátor miatt a legdrágább megoldás is. Shannon-féle mintavételi törvény: A tétel kimondja, hogy a mintavételi frekvenciát úgy kell megválasztani, hogy az analóg jelben előforduló jelek legmagasabb frekvenciájának minimálisan a duplája legyen. Kvantálási törvény: Az ilyen módon kvantált értékeket, már csak jellegében lehet visszaállítani eredeti jellé. Nagyon hasonlíthat, de az eredeti jelet soha nem fogjuk visszakapni. A hasonlítás mértéke függ a felbontás mértékétől. Kvantálási zaj: Az eredeti jel és a digitális jel közötti véletlenszerű eltérés. Hang digitalizálása: Bizonyos időközönként mintát kell venni az analóg jelsorozatból (mintavételezés), majd ezen minták amplitúdóértékeit bináris számokká kell alakítani (kvantálás). Minél nagyobb a mintavételezés gyakorisága (mintavételezési frekvencia), és a kvantálás során megkülönböztethető értékek száma (kvantálási hossz), annál jobb minőségű rögzítést tudunk véghezvinni, de ennek megfelelően a rögzített hanganyag helyfoglalása is drasztikusan növekedhet. (Az audio CD-minőség eléréséhez 44,1 KHz-es mintavételezési frekvenciával kell dolgoznunk, vagyis a számítógépnek egy másodperc alatt 44100 alkalommal kell mintát vennie az analóg jelből). Az emberi fül 20 kHz-ig hall. 9.óra Funkcionális egységek: 1. Mintavételi áramkör: egy kondenzátorból és egy kapcsolóból áll. Ha be van kapcsolva a kapcsoló, a kondenzátor követi a feszültség ingadozását, ezért az átalakítás alatt a feszültséget állandó értéken kell tartani. 2. Komparátor áramkör: két analóg bemenete van, és egy (digitális) kimenete. [0 és 1 jelet ad] Komparálás annyit tesz, összehasonlítás. Ha BE1>BE2, akkor a kimeneti jel 1. Ha BE1
Analóg- digitális átalakítók csoportosítása: 1. Közvetett: a villamos jelek mérését időmérésre vezetik vissza. Pl. Dual Slope (leglassabbak, zajok elnyomása, kettős meredekségű átalakítók, egy kondenzátor és egy ellenállás sorba kötve, állandó feszültség mellett kisütés jön létre és állandó meredekségű görbét kapunk, zajos környezetben is nagyon pontos műszer) 2. Közvetlen: megmérik a bemenő feszültséget, és számértékkel jellemzik A, Visszacsatolt Pl. számláló, követő, SAR (folyamatos közelítés elvén működik, tartományfelezéses módszer, ez a legelterjedtebb) B, Visszacsatolatlan (leggyakoribbak) Pl. teljesen párhuzamos (flash konverter, rövid idő alatt képes átalakítani a jelet, nagyon sok alkatrészt tartalmaz [precíziós alkatrészek], nagyon drága, nagyon gyors), soros párhuzamos( kevesebb alkatrészt tartalmaz, kicsit lassabb)

Digitális szűrők Adott frekvenciatartományban szelektivitást mutatnak. Típusai: 1. Alul áteresztő szűrő: a frekvencia alsó tartományát engedi át

2. Felül áteresztő szűrő:

3. Sávzáró szűrő (lyukszűrő):

4. Sáváteresztő szűrő

A szűrőket digitális és szoftveres úton is megvalósíthatjuk. IIR: Végtelen impulzus válaszú szűrő FIR: Véges impulzus válaszú szűrő IIR:

Egy memóriaelemet, egy összeadó és két szorzó részt tartalmaz. Kimenet= X*Kimenet + Y*Új érték X+Y => meghatározza a szűrő eredő erejét. Ha 1-nél nagyobb az értéke, erősíti a el nagyságát. Ha 1-nél kisebb az értéke, gyengíti a jelet. X és Y aránya a szűrő sebességét, frekvenciáját határozza meg. Ha az összeadásjelet kicseréljük kivonás jelre, alul áteresztő szűrőt kapunk. A memóriaelemben soha nem veszik el az első bemenő jel, végtelen hosszú ideig tudja tárolni. Nagyon egyszerű működésű.

FIR:

Sok memóriaelemet tartalmaz. Az új érték bekerül a memóriacella rekeszekbe és az egész cellaértéket eggyel arrébb ’’toljuk”. Minden blokkhoz tartoznak szorzó áramkörök, melyek koefficiensekkel vezérelhetők. A jel felbontása változtatható. Túl-mintavételezés: 16 bites mintából csinálunk 20, esetleg 28 bites anyagot, majd átalakítjuk. Ezáltal lehet, hogy javul a minősége, pl. a hangnak ☺ Önszabályzó algoritmusok: Változtatni lehet adott eszköz működését, paraméterét (szoftveres úton).

Villamos jelek mérése Jelátalakítók: (a mért jel típusa, vagy tartománya nem felel meg) Típusai: • Aktív: erősítők és/vagy szűrő áramkörök/ aktív vagy passzív/ • Passzív: osztók, jel csökkentése pl. 230V-ról 9V-ra Az osztók 3 típusa van: -

ellenállásosztók: csak ellenálláselemeket tartalmaz, széles értéktartományban kaphatók, az ellenállásokon hő alakul ki rajtuk, melyek veszteségeket okoznak. - Induktív osztók: tekercsből készültek, az osztás aránya pontosan méretezhető, jóval nagyobb teljesítményt/terhelést képesek elbírni. - Kapacitív osztók: nagy feszültségű jelek osztása, nem képződik veszteség, nincs káros hőfelszabadulás. Kapacitív osztóval egyenfeszültséget lehet osztani(Coulomb törvény). Transzformátorok: A transzformátor magyar mérnökök találmánya név szerint: Bláthy Ottó Titusz, Déri Miksa és Zipernowszky Károly. A feltalálók 1885-ben szabadalmaztatták a transzformátor gyártását. A transzformátor tulajdonképpen átalakítót, átformálót jelent A transzformátor alkalmazása teremtette meg a villamos energia erő-teljes fejlődését, e nélkül nem tudnánk nagy távolságokra szállítani a villamos energiát.

A transzformátor két – közös vasmagra tekercselt, egymástól és a vasmagtól elszigetelt – tekercsből, az N1 menetszámú primer és az N2 menetszámú szekunder tekercsből áll. A primer tekercsre kapcsolt U1, I1 váltóáramú villamos teljesítményt alakítja át a szekunderről levehető U2, I2 villamos teljesítménnyé.

Üresjárásban (terheletlenül) a feszültségeket a menetszámok arányában transzformálja: a0=U1/U20=N1/N2. Ha a terhelést növeljük (a leadott I2 áram nő), megnő az I1 áramfelvétel és ugyanakkor lecsökken a leadott U2 feszültség. A transzformátor hatásfoka ( =P2h/P1h) is nő a terheléssel: a legjobb hatásfokot maximális (névleges) terhelésnél érhetjük el. A transzformátor bizonyos veszteségeit csak rövidzárási üzemmódban vizsgálhatjuk, amikor a szekunder tekercs rövidre van zárva, de a transzformátort olyan kis feszültségről tápláljuk, hogy a felvett áram éppen a névleges áram legyen. Hall elem (generátor): Mágnesen térerősség mérésére alkalmas eszköz. Hall-feszültség: U H= k*B*I , ahol k= konstans ; B=mágneses térerősség ; I=a Hall-elemen átfolyó áram. Galvanikus leválasztást biztosít, egyenáram transzformálására alkalmas.

Teljesítmény és energiamérés - Teljesítmény fizikai definíciója: P=dW/dt adott időegység alatt végzett munka, leadott/felvett energia. A fogyasztó felvesz energiát dE>0, telj.-e pozitív P>0, a termelő lead energiát dE<0, teljesítménye negatív P<0. Egyenáramú (DC) teljesítmény: P=U*I Pillanatnyi teljesítmény: p(t)=u(t)*i(t) A pillanatnyi teljesítmény, mint adat nem értékelhető, inkább a hosszabb távon érvényes átlagos teljesítményviszonyok érdekesek. Hosszabb időintervallumra szeretnék egyetlen adatot kapni, ezért átlagoljuk. Pl. periodikus jeleknél egy periódusra. T

Periodikus jelek hatásos teljesítménye:

P = 1 / T ∗ ( ∫ u = (t ) ∗ i (t )dt ) 0

A pillanatnyi teljesítmény átlaga a hatásos teljesítmény. Ha egy periódusban termelt/fogyasztott energiát megadjuk (ezt fejezi ki az integrál), akkor tetszőleges időhosszra vonatkozóan nyilatkozni tudunk, hiszen periodikusan ugyanaz ismétlődik. A periódus hosszával leosztva egy átlagos teljesítményt kapunk. Szinuszos jelekre: P=U eff * I eff * cosφ , ahol ϕ cos a teljesítménytényező. ∞

Általános periodikus jelekre: P = ∑ U eff ∗ I eff ∗ cos ϕ n =1

A periodikus feszültség-jel szinuszos nf0 frekvenciájú komponensekre bontható, az egyes komponensek ϕ nU kezdőfázisúak. φn azt adja meg, hogy az nf0 frekvenciájú áramkomponens mennyivel siet a megfelelő feszültségkomponenshez képest. A frekvencia komponensek teljesítménye összegezhető. Meddő teljesítmény (szinuszos jelre): Q=U eff * I eff * sinφ. Általános periodikus jelre pedig ilyen tagok összege. A meddőteljesítmény arányos azzal az energiával, ami a reaktív elemekben ki-be pumpálódik egy periódus alatt. A meddő teljesítmény veszteségek és túlfeszültségek forrása lehet. Látszólagos teljesítmény: S= U eff * I eff Ekkora teljesítményt mérünk, ha a jelalakokat és a fázisviszonyokat nem vesszük figyelembe, és a külön mért áram- és feszültség-értékeket szorozzuk össze. A látszólagos teljesítményt az U*I (vektoriális) szorzat konjugáltjából is megkaphatjuk. A teljesítmény mérésre alkalmas műszer az elektromechanikus szorzó. Megvalósítása bonyolult. M=k(α) I i I u cosφ , ahol k a műszerre jellemző skálatényező (kitérés függő, a kitérés nem lineáris) α a kitérés függvénye. Olcsóbb és gazdaságosabb módszer, ha A*B= ¼ ( (A+B)2- (A-B)2) Megvalósítása is könnyebb. Digitális szorzó (DIGITAL MULTIPLIER UNIT): Két digitálisan ábrázolt szám szorzatát előállító eszköz.

Háromfázisú teljesítménymérés: Háromfázisú váltakozó feszültség jön létre, ha állandó homogén mágneses mezőben forgatunk három, egymással 120º-os szöget bezáró vezetőkeretet, állandó szögsebességgel. Az indukált feszültségek időben 120º-kal (a periódusidő egyharmadával) eltolt szinuszos feszültségek. A feszültségvektorok is 120º-kal eltoltak. A háromfázisú feszültség elektromos hálózaton, transzformátorok segítségével jut el a fogyasztókhoz. A transzformátorok tekercsei csillag vagy háromszög kapcsolásúak lehetnek.

Kereszttekercses műszer. Pk+Ps+Pt=P3fázis Aron kapcsolás: P1+P2=P3fázis

Villamos áram mérése Az alumíniumból készült forgótárcsa három mágneses kör fluxusa hat: a fogyasztói árammal ill. a fogyasztói feszültséggel arányos i Φ ill. u Φ fluxusok, valamint egy permanens mágnes Φ fluxusa. A fluxusok örvényáramokat keltenek a tárcsában. A fluxusok és örvényáramok kölcsönhatásaként a tárcsára forgató nyomatékok hatnak. M ui~P , Mfékez~ fordulatszám n A hatásos teljesítménnyel arányos fordulatszámnál n ~ P ezen nyomatékok egyensúlyba kerülnek. Az megtett fordulatokat számláló összegzi, a számláló állása az elfogyasztott energiát mutatja. A Lentz törvény értelmében az elmozdulást okozó erők abba az irányba hatnak, hogy az örvényáramokat kiváltó gerjesztés csökkenjen. Az örvényáramokat az adott keresztmetszetben bekövetkező fluxusváltozás gerjeszti, tehát a tárcsának úgy kell mozognia, hogy ezt minimalizálja. - alumíniumtárcsa - a fogyasztói árammal ill. feszültséggel arányos változó fluxusok: i Φ , u Φ => i i , u i örvényáramokat keltenek - permanens mágnes állandó Φ fluxusa a tárcsa elmozdulásakor ugyancsak örvényáramot kelt - ellentétes nyomatékok: M ui~P , Mfékez~ n fordulatsz. - számláló: E -Az alumínium tárcsán tekercsek találhatók, melyek 900-ban vannak egymáshoz képest (feszültségtekercs, áramtekercs) -a mechanikus számláló szerkezet integrálja a fordulatszámot -hatásos teljesítményt mér 10.óra

Impedanciamérés Definíciója: időben nem változó (időinvariáns, stabil) lineáris elemen U(t)=U0*sin(ωt) feszültség hatására I(t)=I0*sin(ωt+Φ) áram halad át, a két mennyiség viszonyát az áramköri elem impedanciája: az U0/I0 amplitudóarány és a Φ fáziskülönbség együttese fejezi ki:Z(ω)=[U0exp(jωt+Φ)]/[I0exp(jωt+Φ)]). Villamos áram ellenállásának kiterjesztése váltakozó áramra.

Ismert Ug és R esetén Ur = f(|Zx |), azaz a szintmérő műszer közvetlenül |Zx |-re kalibrálható. A mérővevőkben rendszerint a szintjelző műszeren külön impedanciaskála is található. A mérőkapcsolás ismert impedancia csatlakoztatásakor a generátor szintjével hitelesíthető. -RLC – körök:

komplex körök, szigetelésvizsgálat/ T függő, U függő, f függő/, iparban KAPACITÍV eljárások: távolságmérés, nedvességtartalom mérése, szintmagasság mérése, szögelfordulás. Egy áramkörben található a kapacitív érzékelő és a felhozó áram. -Nyúlásmérő bélyeg: ellenállásmérés, erő, megnyúlás, deformáció mérése, biztonságtechnika (mozgásérzékelő), orvosi alkalmazások (szemnyomás, impedancia kardiográfia), -Villamos vezetékek érzékelése a falban. Az impedancia frekvenciafüggvény. Ellenállás impedanciája: Φ=0, ZR=R=U0/I0 Tekercs impedanciája: Φ=-π/2 , ZL=jωL Soros kapcsolásra: Z=Z1+Z2 Párhuzamos kapcsolásra: 1/Z=1/Z1+1/Z2 Ív módszer: Egyenáram mérésére szolgál. A referenciáktól való eltérést méri. Ideális esetben a kondenzátor szakadásnak számít, míg a tekercs rövidzárlatnak. R= U/L ; Z=U/I Áram és feszültségmérésre vezethető vissza. Speciális mérőkapcsolásokat tartalmazhat. 11.óra

A digitális tervezés alapjai Régen: analóg szabályzó készülékek. Digitális előnyei: 1. programozhatóság, újraprogramozhatóság analóg. A mikroprocesszor programja átprogramozható. 2.paraméter változtatásának lehetőségei 3.adatok gyűjtése a készülékből, paraméterek/adatok folyamatos gyűjtése és azok nagy távolságra való továbbítása pl. internet Analóg jel: olyan jel, amely egy tartományon belül tetszőleges értékeket vehet fel és a különböző értékekhez különböző információkat rendelhetünk hozzá. Bemeneti jel és kimeneti jel: véges számú diszkrét értékeket vehetnek fel. Kettőjük közötti kapcsolatot nem lineáris, vagy differenciál egyenletekkel lehet megadni, hanem speciális összefüggésekkel. Digitális jel: két állapotú jelek, két értéket vehetnek fel (Igaz/Hamis vagy ,1’=kb.+5V/,0’=0V) ’’Eldöntendő kérdésre adott egyértelmű válasz”. Pl. lift működése: digitális feltételek alapján működik. -tömeg/súly (padlóban beépített kapcsoló, érzékelő); Van e valaki a liftben? Be van e zárva az ajtó?....stb.

A lift lefelé gyűjtő vezérlésű rendszer.(Biztonságtechnikai okok miatt-az épület könnyű elhagyása miatt). Bemeneti jelek kiértékelése: egyértelműen el lehet dönteni a kimenet értékét-az ilyen típusú rendszert KOMBINÁCIÓS HÁLÓZATNAK nevezzük.

A Kombinációs Hálózat tervezésének néhány lépése: 1. A feladat megfogalmazása szöveges formában 2. Igazságtáblázat készítése (Hazugság táblázat nem létezik ☺) Bal oldalon a bemeneti változók és azok összes lehetséges kombinációik szerepelnek. Jobb oldalon a kimeneti változók Közömbös kombinációk: Nem létező bemenet és kimenet Pl. nincs senki a liftben, zárva az ajtó, és valaki megnyomja a gombot. Nem létező lehetőségek, de figyelembe vesszük őket a tervezésnél. 7 Logikai funkció megtervezése: logikai feladat egyszerűsítése: logikai függvények segítségével írom le a feladatot, majd azokat egyszerűsítem. Logikai feladatok elvégezhetők vele: 1.Tagadás /Negálás: ponált(eredeti) és negált(tagadott) értéke lehet egy változónak. Egy változóra működik. 0-=1 1-=0 A= =A A---=A 8 És kapcsolat: akkor igaz a feltétel, ha az összes logikai változó értéke is igaz. Csak két és több változóra igaz. (Egyre nem) 0*0=0 1*0=0 0*1=0 1*1=1 3. Vagy kapcsolat: akkor igaz a kimenet, ha legalább egy változó értéke igaz. Akárhány változóra igaz.

0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=1 ! ’’A’’ – általános logikai változó A*0=0 A*1=A A*A-=0 A+0=A A+1=1 A+A-=1 A műveletek felcserélhetők és csoportosíthatók. (A*B)-=A-*B- De Morgan azonosság. (A+B)-=A-*BMűveletek csoportosítása: szorzásnak nagyobb a prioritása mint az összeadásnak. A*(B+C) nem egyezik meg A*B+C –vel Grafikus minimalizálás: Alapja: Karnaugh-Veitch tábla Összevonások elvégzése 3, 4 változós tábla 2 változóra fölösleges egyszerűsíteni és táblát használni 5 változóra: térbeli buborékok 6 változóra: 4*4*4*4 –es kocka, térbeli buborékok 7 bemeneti változóra: már nem lehet grafikus függvényt egyszerűsíteni. Ki kell lépni a 3D- ből. 12.óra Számjegyes minimalizálás B A

0

1

3

2

4

5

7

6

C

D

Hi

Lo

A BC D

A

0

1

3

2

4

5

7

6

12

13

15

14

8

9

11

10

C

B

Hi

Lo

AB C

A 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

B 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

C 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

D 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

A szomszédos cellák csak egy változóban térnek el egymástól.(pl.:0-1, 2-10, 0-4, stb.) Tömböket alakíthatunk ki (ketteseket, négyeseket, nyolcas csoportokat). Szomszédosság feltételei: 1. Két szám decimális kitevőinek különbsége a 2 egész kitevőjű hatványa. n Di1 − Di 2 = 2 Kivételek: 9-5, 4-2 (4 a különbség, mégsem szomszédosak) 2. Bináris súlyaik különbségének pontosan 1-nek kell lennie a szomszédoknak. Bináris súly: bináris számban lévő egyesek számát értjük alatta. Kivételek: 7-9, 12-11 (nem szomszédok, de bináris súlyaik különbsége 1) 3. A nagyobb decimális indexűnek kell lennie a nagyobb bináris súlya. Ez a 3 feltétel szükséges és elégséges! 4 változós függvény

∑

4

= (0,3,5,6,7,8,13,15)

bemeneti változók

érték 0 8 3 5 6 7 13 15

Bináris súly 0 1 2

Ellenpélda: 6-8 → nem lesznek párok, mert a 6-osnak nagyobb a bináris súlya, mint a 8-asnak és kisebb a decimális értéke.

3 4

Hazárd jelenségek Hazárd jelenség fellépése akkor, ha a kombinációs hálózat rosszul működik, pedig nem követtünk el hibát. Egy logikai áramkörön mikor jel halad át, mindig késleltetést szenved.

τ (késleltetés) 1 3 típusa van: - statikus hazárd -

0

0

dinamikus hazárd többszintű hálózatokban fordul elő (több kétszintű hálózatok összesége) 1 0

-

1 0

funkcionális hazárd kettő τ -t késleltet a jelen, de nem változtatja meg azt mentesítésére nincs különös megoldás

Sorrendi hálózat Típusai: 1. Aszinkron sorrendi hálózat minden esetben megvalósítható kombinációs hálózattal két lépésben történik a hálózat megtervezése kettő kombinációs hálózat található benne

x0 xn y0 ym

f(z)(x,y)=Z

Z0 Zp

f(y)(x,y)=Y

Y0 Ym

Y:szekunder változó Z: kimeneti változó

CLK memóriaelem Van stabil és instabil állapota. Leggyorsabbak, nincs semmi ami késleltetné a működését. Normál aszinkron működés: 1 instabil állapot után rögtön stabil állapot következik. 2. Ütemezett aszinkron hálózat órajel késlelteti a hálózatot addig nem változtatható a bemenet, amíg nem stabil állapotban van 3. Szinkronsorrendi hálózat minden órajel-váltásnál változik a bemeneti érték is Flip-flop: bistabil hálózatok, két állapotuk van (0, 1) Típusaik: S 1. R-S flip-flop 3 csatlakozási pontja van (2 bemenet, 1 kimenet) pl.: set bemenet: 1 =beírás R pl.: reset bemenet: 1 =kitörlés ha mind a 2 bementére egyszerre adunk 1-est → TILOS, nem megengedett S 0 0 1 1 2. J-K flip-flop

R 0 1 0 1 J K

Q Q 0 1 - (TILOS) Q

Q Q

J 0 0 1 1

K 0 1 0 1

Q Q-1 0 1 Q

meginvertálja előző állapotát (instabil állapot) Az instabil állapotot elkerülendő, ütemezett aszinkron, szinkronsorrendi hálózat használata szükséges. 3. T flip-flop T=J+K összekötve

T

Q

4. D flip-flop ami a D-n van, órajel hatására megjelenik a kimenetén csak szinkron módon lehet megvalósítani legelterjedtebb számlálókban stb. 13.óra

Villamos motorok -Egyfázisú villamos motor (elvileg nem létezhet): a villany motor belsejében forgó mágneses tér jön létre. Akkor a legkisebb a gerjesztés, ha a mágnes pontosan keresztbe fordul. -Háromfázisú rendszerek: delta (villamos motoroknál csak szimmetrikus terhelésnél használják, nagy feszültség esik a tekercsekre) vagy csillag(a tekercsekre csak fázisfeszültség esik-230V) kapcsolású. A generátor mindig csillagkapcsolású.

N: nulla vezető Nullvezető áram: a három fázis áramösszege. I1+I2+I3=IN Ha szimmetrikus a terhelés a három fázison: I1=I2=I3 => IN=O (vektoriálisan)

Öt csatlakozó van egy háromfázisú kapcsolóban. Szimmetrikus terhelésnél nem kell nullvezető egy háromfázisú kapcsolóba. (3 egyforma tekercs van benne). Fázisfeszültség: nullvezető és fázisvezető közötti feszültségkülönbség. Vonali feszültség: 400V=230V*√3 Generátor: a villany motor fordított mechanizmusa A váltakozó áramú motorok közül a legegyszerűbb felépítésű motor az aszinkronmotor. Egyszerű felépítésének köszönhetően a működésből adódó meghibásodások száma nagyon alacsony, rendkívül szélsőséges helyeken is megállják a helyüket, pl. folyadékba merítve is működő képesek, akár a folyadék is átfolyhat rajtuk. Széles körben használják háztartási berendezésekben, ventilátorokban, ipari célokra, daruk, felvonók mozgatására is. Az aszinkronmotor olyan forgógép mely működéséhez forgó mágneses térre van szükség, ezt a teret az állórész tekercsei hozzák létre. A motorban a forgórész fordulatszáma eltér a forgó mágneses mező fordulatszámától, innen jön az aszinkron elnevezés, illetve az álló- és forgórész között az elektromágneses indukció teremt kapcsolatot, emiatt ezeket a motorokat indukciós motoroknak is szokták nevezni. Napjainkban leggyakoribb a háromfázisú és az egyfázisú, más néven segédfázisos aszinkron motor, akár néhány tíz wattól több száz kilowattig terjedő teljesítményben. Az aszinkron motorok felépítése a következő. A forgórész és az állórész test egyaránt lemezelve van. Jó minőségű, szilíciummal ötvözött vasanyagból sajtolják össze a lemezdarabokat. A lemezek felületét sajtolás előtt oxidréteggel vonják be. A szilíciummal való ötvözés növeli a vas fajlagos ellenállását, a lemezek közötti szigetelőréteg a kialakuló örvényáramokat csökkenti. A végeredmény egy jó mágneses, rossz villamos vezető anyag. Az álló- és forgórész légrés felöli oldalára hornyokat alakítanak ki, és ezekben helyezik el a tekercselést. A hornyokban horonyszigetelés gondoskodik a vezetékek sértetlenségéről és szigeteléséről. Az állórész tekercselés feszültségtől függően nagyon változatos lehet, viszont fázisszámban a legelterjedtebbek az egy- és háromfázisú tekercselések. A forgórész tekercselés nagyobb teljesítményű háromfázisú gépek esetén gyakran többmenetes tekercselés, melyek végpontjai csúszógyűrűkre csatlakoznak, és a gyűrűkhöz kapcsolódó saruk a kapocstáblán ki vannak vezetve. Kis teljesítményű, 1-2 kilowattos motorok esetében a forgórész tekercsei egyetlen menetből állnak, és rövidre vannak zárva. Ezt a fajta forgórészt rövidre zárt vagy más néven kalickás forgórésznek hívják, a vezető anyag a legtöbb esetben alumínium. Az egyetlen menet miatt az indukálódó feszültség nagyon kicsi, a vasban lévő szigetelési ellenállás nagy a vezető ellenállásához képest, emiatt a horonyszigetelés feleslegessé válik, ez a gyártási műveletet könnyíti meg. A kész vastestbe beleöntik az olvadt alumíniumot, ezzel a technológiával mechanikailag rendkívül stabil forgórész készíthető. A forgórész és a tengely zsugorkötéssel kapcsolódik össze, kis teljesítményű motorok esetén ez ragasztással valósul meg. Az aszinkron motorok házai öntvény anyagból készülnek. Az öntvény házon furatok vannak kialakítva, melyeken rögzíthető a motor a kívánt pozícióba, sok esetben a ház egyik felén kiálló tengelyvégre ventilátort is szerelnek, hűtés céljából. Egy aszinkronmotor élettartama sokszorosa egy kefés motoréhoz képest, két jellegzetes hiba adódhat ennél a típusnál, a csapágy elkopása, illetve a tekercsek meghibásodása. Nagyobb motorok esetén a csapágy szerepét golyóscsapágy tölti be. A meghibásodott motor

csapágya a tengelyről lehúzható, és a csapágy kicserélhető. A kisebb motorok esetén siklócsapágyazást alkalmaznak. A legtöbb esetben a tengely a csapágy forgórésze is. Az állórész házán a persely egy rugós fészekben fekszik fel. Ha a siklócsapágy elkopik, a legtöbb esetben a forgórész is cserére szorul, ugyanis a tengely a persellyel együtt kopik el, és az új persely illesztése túl laza lesz a régi forgórész tengelyével. A motor túlterhelése következtében a tekercsek túlmelegednek és bezárlatosodhatnak. A leégett tekercseket elég nehéz javítani, kis motoroknál nem is éri meg, egyszerűbb és olcsóbb egy új motort venni. A leglényegesebb rész a motor tekercselése. A tekercselés dönti el, hogy az a motor milyen névleges feszültségről üzemelhet, milyen névleges fordulatszámmal forog stb. A tekercsek menetszáma határozza meg azt a feszültséget, melyről a motor leadja a kívánt tengelyteljesítményt, illetve a tekercsek kialakítása, más néven pólusszáma pedig a motor névleges fordulatszámát határozza meg. Háromfázisú tekercselés esetén összesen három darab tekercs helyezkedik el az állórész hornyaiban. A tekercsek kezdő- és végpontjai a kapocstáblán ki vannak vezetve, egymás alatt úgy, hogy az első tekercsvég a következő tekercs kezdete felett helyezkedik el. Ez az eltolt elrendezés azért van így, hogy a motort egyszerű módon köthessük csillag vagy delta kapcsolásba, a kapocstáblához tartozó árhidaló lemezdarabokkal. Delta kapcsolásban a tekercsvégek vonali feszültségre kapcsolódnak, ebben az üzemben a motor háromszor akkora teljesítményt képes leadni, mint csillag kapcsolásban, viszont az indítási áramlökések elkerülése érdekében célszerű a motort csillag kapcsolásban indítani. Számos indítási lehetőség létezik már, a mai modern félvezető technika szinte veszteség nélkül képes elindítani egy aszinkronmotort. Sok probléma adódik abból, hogyha nem áll rendelkezésre három fázis, csak egy 230V-os hálózat, és a motor pedig három fázisú táplálást igényel. A megoldás egy főfluxus mellett egy időben eltolt segédfluxust létrehozni. A motor egyetlen fázisról nem tud elindulni, nincs indítónyomatéka, hiszen egyetlen tekercs csak lüktető mágneses teret tud létrehozni. Fel kell használni még egy tekercset, hogy a segédfázist létrehozzuk, de ennek időben el kell térnie a főfázis tekercs áramától. Ezt a tekercsel sorosan, vagy párhuzamosan kötött kondenzátor valósítja meg. A kondenzátor feszültsége a rezonanciából adódóan akár a hálózati feszültség kétszeresét is elérheti, erre ügyeljünk oda. A kapacitás értéke meghatározza, hogy mekkora indítónyomaték jöjjön létre. A kondenzátoros motorokat és az alkalmazott kondenzátort kétféle képen lehet méretezni. Vannak az úgynevezett üzemi kondenzátoros motorok, melyeknél a kondenzátor fixen be van kötve az áramkörbe és vannak az ún. indító kondenzátoros motorok, melyek esetében, a kondenzátor csak a motor elindítása szolgál. Az indítás után a kondenzátort nem szabad az áramkörbe hagyni, csakis a motor elindítására szolgál, jóval nagyobb indítónyomatékot érhetünk el de csak az indítás ideje alatt. Ezt áramrelével szokták megoldani. A relé tekercsét a főfázis tekercselésével sorosan kell csatlakoztatni, mikor indulás után a motor forgórésze felpörög, lecsökken a főfázis árama, és kikapcsolja a relé a segédfázis kondenzátort. Ha egy háromfázisú motort egy fázisról üzemeltetünk, a névleges teljesítmény 70-80%-a is kivehető, optimális kondenzátor esetén. Két ökölszabály létezik, a kondenzátor értékének kiszámításához: folyamatos üzemi kondenzátor esetén 5µF 100W-hoz, illetve indítókondenzátor esetén 20µF 100W-hoz. Mivel ezek az értékek csak egy névleges teljesítményhez adottak, nem érdemes pontosan kiszámolni, csak akkor, ha a motor egyetlen munkaponton üzemel, azaz állandó a tengelyteljesítmény. A motorban a fluxusvektor ideális esetben körpályán mozog, ez csak egy állandó terhelésre vonatkozik kondenzátoros motorok esetében.

A motor nyomatékát a fordulatszám függvényében szokták ábrázolni. Két jellegzetes pontja van, az indítónyomaték, mikor a fordulatszám nulla, illetve a billenőnyomaték. A billenőnyomaték az a nyomaték érték melynél a terhelés minden képen alacsonyabb kell, hogy legyen, hiszen a motor nem lesz képes felpörögni. A motor paramétereit legegyszerűbben grafikus úton tudjuk ábrázolni, ezt kördiagramnak hívjuk. A kördiagramon leolvasható minden jellegzetes pont, bármilyen terhelés esetén. A kördiagram szerkeszthető is, a motor paramétereit méréssel kell felvenni különböző üzemállapotokban. Általában ha egy villanymotort vásárolunk, a gépkönyvében megtalálható minden olyan adat, mely lényeges a motor biztonságos üzemeltetéséhez. Ha ezeket az előírásokat betartjuk, nem lesz gond a motor működtetése során.