MÉRÉSTECHNIKA BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Fazekas Miklós (1) 463 26 14 ’16 márc.
1
Méréstechnikai alapfogalmak CÉL
Mennyiségek mérése
Fizikai mennyiség Hosszúság
L= 2 m Mennyiségi {L}=2
’16 márc.
minőségi [L]=m 2
METROLÓGIA Mérés Mérendő mennyiség Mértékegység Analóg mérési rendszer Digitális mérési rendszer ’16 márc.
3
Mértékegység rendszerek
SI
alapegységek kiegészítő-egységek származtatott egységek
CGS MKS MKSA SI m, kg, s, A, K, mol, cd, rad, sr
hosszúság
’16 márc.
4
JELÁTALAKÍTÓK SZEREPE A MÉRÉSTECHNIKÁBAN CÉL
mérőszám meghatározása /mennyiség számértéke/
pl. 3,2 m
Melyek azok a mennyiségek, amelyeknek mérőszámát érzékszerveinkkel közvetlenül meg tudjuk határozni? Gázösszetétel, Súly Hőmérséklet Megvilágítás HOSSZÚSÁG
ÁTALAKÍTÁS ’16 márc.
SZÖG 5
Jelátalakító A fizikai mennyiségek átalakítására szolgáló eszköz. Jelváltó Mérőátalakító /amit átalakít/
Bemenőjel
B
/amivé alakít/
JELÁTALAKÍTÓ
K
Kimenőjel
KIMENŐJEL a mérendő mennyiségről szerzett információ. TOVÁBBFELDOLGOZÁS ’16 márc.
6
A JELÁTALAKÍTÓK VIZSGÁLATÁNAK FŐ KÉRDÉSEI 1. Milyen mennyiségeket alakít át a jelátalakító? 2. Milyen összefüggés szerint? 3. Milyen zavaró hatások befolyásolják? I.
Milyen mennyiségeket alakít át a jelátalakító?
Rendszerezés:
bemeneti mennyiségek szerint kimeneti mennyiségek szerint
bemeneti mennyiségek szerint
’16 márc.
mechanikai optikai villamos stb.
7
kimeneti mennyiségek szerint
I.
MECHANIKAI VILLAMOS PNEUMATIKUS, HIDRAULIKUS TERMIKUS DIGITÁLIS
Milyen összefüggés szerint végzi az átalakítást? A rúd hossza hogyan változik? L= L ( 1+α.ϑ ) hőmérséklet változás B ’16 márc.
JELÁTALAKÍTÓ
hoszzváltozás K 8
KARAKTERISZTIKA:
A bemeneti és kimeneti mennyiségek közötti kapcsolatot leíró összefüggést karakterisztikának nevezzük. 1. STATIKUS 2. DINAMIKUS
STATIKUS KARAKTERISZTIKA
A bemeneti mennyiség időben állandósult értékeinél meghatározzuk a kimeneti mennyiség állandósult értékeit. STATIKUS KARAKTERISZTIKA
K É=∆K / ∆B ∆K ∆B
∆
B ’16 márc.
A szelő iránytangense. 0
É=dK É=dK // dB dB 9
K
STATIKUS KARAKTERISZTIKA K=C*B
É
ÉRZÉKENYSÉG É=C
B
B
K = C * B2
K
É
B
’16 márc.
É=2CB
B
10
Bemeneti mennyiség időben változik: Időfüggő differenciál egyenlet
B2
Dinamikus karakterisztika
B
B1 K2
t
K
∆K
K1
t
beállási idő Beállási idő függ: 1. Jelátalakító tulajdonságai 2. A választott hibaintervallum Félérték idő: Időállandó:
Beállás
90 %-ra
e-χt
Időállandónak azt a T időtartamot nevezzük, amely mellett az exponenciális kifejezés kitevőjének abszolút értéke éppen egy.
’16 márc.
11
HIBÁK Eredetük szerint:
1. rendszeres 2. véletlen
Fajtájuk szerint:
a. abszolút b. relatív c. karakterisztika d. dinamikus
abszolút hiba:
hA = Xmért - Xpontos
relatív hiba:
hR =
’16 márc.
xmért − xpontos xpontos 12
karakterisztika hiba: !!! megadható többféleképpen linearitási hiba:
hL =
xmért − xelméleti xmax − xmin
dinamikus hiba: hibasáv: osztálypontosság: digitális mérőműszer:
± 0,005%of,rdg± 2d ’16 márc.
13
ZAVARÓ HATÁSOK 1. Mérési hibákat eredményeznek 2. Gátolják a működést
HŐMÉRSÉKLETVÁLTOZÁS
A hőmérsékletváltozás az egyik leglényegesebb zavaró hatás. HOOKE törvény G ε= σ / E
G ’16 márc.
ahol
ε = ∆l / l0
σ=G/A
Ez a statikus karakterisztika ∆l 14
A hőmérsékletváltozás is okoz hosszváltozást
∆lH = α ⋅ l0 ⋅ ∆T G ∆T
∆l
Méréskor nem tudjuk a két hatást szétválasztani A súlyskála csak egy adott hőmérsékleten lesz pontos. Lineáris rendszerre alkalmazzuk a szuperpozíció elvét. Súly
∆l1 = l0 G / A E
Hőmérséklet változás ’16 márc.
∆l2 = α l0 ∆ T 15
Végül:
∆G = α A E ∆ T
abszolút hiba nem függ a súlytól
Hogyan csökkenthető? 1. Mérni a hőmérsékletet. 2. A jelátalakítót úgy kell kialakítani, hogy a hibát csökkentse.
A.
KÜLÖNBSÉGI / differenciál / mérés
Két azonos mérőelem G
esetén!!!
’16 márc.
a mérendő mennyiség csak az egyikre hat. Rugalmassági modulusz – hőmérsékletfüggése?! Csak lineáris karakterisztika
16
B
KOMPENZÁCIÓ
-olyan mérőrendszer, ahól a mérendő mennyiség hatását vele megegyező – ismert nagyságú hatással kiegyenlítjük.
G
Legpontosabb módszer -két azonos rúd -azonos külső feltétel
Lényeges alkotóelemek: 1. Két azonos mérőelem. 2. Különbségképző szerkezet. 3. Nullindikátor. ’16 márc.
17
IDŐ A mérőrendszerek és elemeik időben változtatják tulajdonságaikat. STABILITÁS Rövid idő
zavarérzékenység
Hosszú idő
öregedés
’16 márc.
18
VISSZAHATÁS A mérendő mennyiségnek a mérés következtében előálló megváltozását visszahatásnak nevezzük. 100 l 100 °C levegő
’16 márc.
L=10cm A=0,1cm2 Fém Hőmérő
∆ T = 4,5 °C
19
REFERENCIA FELTÉTELEK
Azok a környezeti körülmények, amelyek mellett érvényesek a mérőrendszer szavatolt minőségi jellemzői. -megfelelő működés feltételei károsodás raktározás
’16 márc.
20
EGYÉB ZAVARÁSOK Villamos eszközökben a ZAJ Jellemzésére: jel / zaj viszony
10 log ( Pjel / Pzaj )
SZÓRÁSOK Hálózat
50 Hz
árnyékolás
HISZTERÉZIS A kimeneti mennyiség a változás irányától is függ. SURLÓDÁS Mechanikai eszközökben. ’16 márc.
Érzéketlenségi sáv. 21
’16 márc.
22
