Teorie měření a regulace

Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb

Teorie měření a regulace CW01

1.

ZS – 2014/2015 © 2014 - Ing. Václav Rada, CSc.

CW01

Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb

Teorie měření a regulace úvod -- SI ZS – 2014/2015

cv 1. © 2014 - Ing. Václav Rada, CSc.

T- MaR METROLOGIE

Měření je standardní vědní disciplína – má své teorie a svoji praxi – má své obecné i specifické problémy a jejich řešení (případně zůstávající otazníky) – má svůj řád a pravidla i definované postupy – má své standardy a definice – má mezinárodní definice z nichž jsou odvozeny národní, včetně názvosloví a definičních hodnot – atd.

© VR - ZS 2012/2013

T- MaR METROLOGIE

Měření je

kvantitativní zkoumání jakýchkoliv vlastností předmětů, jevů, látek, procesů, obvykle porovnáváním s obecně přijatou a formulovanou jednotkou. Výsledkem měření je číslo vyjadřující poměr zkoumané veličiny k jednotce, spolu s uvedením této jednotky – jejího názvu či zkratky.

© VR - ZS 2014/2015

T- MaR METROLOGIE

Význam měření spočívá v tom, že: - charakterizuje měřenou veličinu významně přesněji než obecně kvalitativní údaje (např. dlouhý, vysoký, těžký, malý, tlustý) - využitím definované jednotky lze srovnávat - dovoluje měření opakovat a porovnávat - výsledek lze zpracovávat matematickými prostředky a výpočetní technikou - je nezbytné zejména ve vědách

© VR - ZS 2014/2015

T- MaR METROLOGIE

Význam měření umožnilo a umožňuje… Už od starověku obchodníci měřili délky, plochy, čas, objemy a zejména váhy, většinou pomocí konvenčních jednotek – místně uznávaných a více či méně přesně „definovaných“ – sáh, loket, uzel, libra, pinta,…… Do technického i vědeckého používání se měření dostalo teprve v novověku – popisem, definováním a „úředním“ zveřejněním pomocí konvenčních jednotek

© VR - ZS 2014/2015

T- MaR METROLOGIE

Praktické použití konvenčních jednotek umožnil první pokus o mezinárodní standardizaci vybraných – tj. základních a nejpoužívanějších – jednotek udělala až Francouzská revoluce……- viz dále. Velice rychle se přišlo na to, že jednotka musí být stanovena velice přesně a precizně – přitom dosažitelná i ověřitelná opakovaně – i když ne jednoduše a snadno a tedy i levně a s minimem potíží. Proto i první definice patří do kategorie konvenčních.

© VR - ZS 2014/2015

T- MaR METROLOGIE

Jedním ze základů je metrologie, čili nauka (vědní disciplína) o jednotkách, fyzikálních rozměrech fyzikálních jednotek a o jejich definicích i vzájemných vztazích.

Metrologie je obor, který se zabývá mírami pro stanovení velikosti různých technických a fyzikálních veličin a jejich měřením. Míry jsou obvykle realizovány etalonem. © VR - ZS 2012/2013

T- MaR METROLOGIE Mezinárodně (1875) garantuje definice jednotek a uchování etalonů Bureau International des Poids et Mesures v Sèvres (Francie)

zkratka BIMS a jeho výbory pro elektrické jednotky. Následně ustaveny národní metrologické ústavy

National Metrologic Institute – NMI) a v České republice Český metrologický institut v Brně.

© VR - ZS 2014

T- MaR METROLOGIE

Rok Událost 1922 Československo přistoupilo k Metrické konvenci 1955 zřízen Statni úřad pro míry, váhy a drahé kovy 1962 zřízen Úřad pro normalizaci a měřeni 1962 vydán zákon č. 35/1962 Sb., o měrove službě 1963 vydána norma ČSN 01 1300 Zákonné měrové jednotky 1968 zřízen Československý metrologický ústav v Bratislavě 1980 od 1. ledna 1980 zavedena soustava jednotek SI 1990 vydán zákon č. 505/1990 Sb., o metrologii 1999 ředitelé národních metrologických institutů podepsali tzv. „Ujednání o vzájemném uznávaní státních etalonů a kalibračních listů“ vydaných jejich instituty © VR - ZS 2012/2013

T- MaR METROLOGIE Mezinárodně (1875) garantuje definice jednotek a uchování etalonů Bureau International des Poids et Mesures v Sèvres (Francie)

zkratka BIMS a jeho výbory pro elektrické jednotky. Následně ustaveny národní metrologické ústavy

National Metrologic Institute – NMI) a v České republice Český metrologický institut v Brně.

© VR - ZS 2014

T- MaR METROLOGIE Mezinárodní organizace:

Bureau International des Poids et Mesures Pavillon de Breteuil F-92312 France, Servres Cedex

http://www.bipm.org/en/home/ http://www.bipm.org/en/CGPM/db/11/12/

© VR - ZS 2012/2013

METROLOGIE - základní struktura MINISTERSTVO PRŮMYSLU A OBCHODU ČR Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví - ÚNMZ (Praha) Český institut pro akreditaci - ČIA (Praha + Brno)

Český metrologický institut - ČMI (Brno) oblastní inspektoráty pobočky inspektorátů výzkumné metrologické ústavy

UŽIVATELÉ ………. © VR - ZS 2012/2013

T- MaR

METROLOGIE - zákonná struktura

© VR - ZS 2014/2015

T- MaR


T- MaR

MINISTERSTVO PRŮMYSLU A OBCHODU ČR

MPO - Ústřední orgán státní správy pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví – viz zákon č. 2/1969 Sb., o zřízení ministerstev a jiných ústředních orgánů státní správy ČR a zákon č. 20/1993 Sb., o zabezpečení výkonu státní správy v oblasti technické normalizace, metrologie a státního zkušebnictví.

© VR - ZS 2014/2015


T- MaR

Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví (Gorazdova 24, P.O.BOX 49, 128 01 Praha 2 http://www.unmz.cz )

ÚNMZ - byl zřízen a působnost v metrologii je dána zákonem České národní rady č. 20/1993 Sb., o zabezpečení výkonu státní správy v oblasti technické normalizace, metrologie a státního zkušebnictví + zákonem č. 505/1990 Sb., o metrologii. ÚNMZ je organizační složkou státu v resortu MPO ČR.

© VR - ZS 2012/2013


T- MaR

Hlavním posláním ÚNMZ je zabezpečovat úkoly vyplývající ze zákonů České republiky upravujících technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví a úkoly v oblasti technických předpisů a norem uplatňovaných v rámci členství ČR v EU. Od roku 2009 zajišťuje také tvorbu a vydávání českých technických norem.

© VR - ZS 2012/2013


T- MaR

Hlavní oblasti působnosti ÚNMZ v metrologii • stanoví program státní metrologie a zabezpečuje jeho realizaci, • zastupuje ČR v mezinárodních metrologických orgánech a organizacích, • autorizuje subjekty k výkonům v oblasti státní metrologické kontroly měřidel a úředního měření, pověřuje oprávněné subjekty k uchovávání státních etalonů, • provádí kontrolu činnosti ČMI, • kontroluje dodržování povinností stanovených tímto zákonem; při výkonu kontroly postupuje podle zvláštního právního předpisu, • oznamuje orgánům Evropských společenství (ES) informace o subjektech pověřených ke schvalování typu měřidel a k ověřování měřidel © VR - ZS 2012/2013


T- MaR

ÚNMZ zřizuje a spravuje státní etalony České republiky: 1. Státní skupinový etalon času a frekvence 2. Státní etalon jednotky aktivity radionuklidů 3. Státní etalon příkonu fluence a příkonu spektrální fluence neutronů 4. Státní etalon emise neutronů z radionuklidových zdrojů 5. ZRUŠEN 6. ZRUŠEN 7. Státní etalon hmotnosti 8. Státní etalon průtoku plynu v rozsahu 4 m3/h až 400 m3/h (EZKUM) 9. Státní etalon průtoku plynu v rozsahu 0,15 m3/h až 17 m3/h (EZEM) 10. Státní etalon ss elektrického napětí 11. Státní etalon magnetického toku

© VR - ZS 2012/2013


T- MaR

12. Státní etalon magnetické indukce 13. Státní etalon stupnic tvrdosti Rockwell – A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T 14. Státní etalon stupnic tvrdosti Vickers HV1 až HV100 15. Státní etalon stupnic tvrdosti Brinell 16. Státní etalon vf výkonu 17. Státní etalon přetlaku, podtlaku a absolutního tlaku v plynném médiu 18. Státní etalon přetlaku v kapalném médiu 19. Státní etalon síly ESZ 1 MN 20. Státní etalon síly ESZ 200 kN 21. Státní etalon objemové hmotnosti obilí 22. Státní etalon malého přetlaku, podtlaku a diferenčního tlaku v plynném médiu 23. Státní etalon vf. činitele odrazu a přenosu 24. Státní etalon intenzity vf. elektromagnetického pole 25. Státní etalon elektrického výkonu a práce při průmyslových frekvencích © VR - ZS 2012/2013


T- MaR

27. Státní etalon drsnosti povrchu 28. Státní etalon teploty v rozsahu od -196 °C do +1084,62 °C 29. Státní etalon elektrické kapacity 30. Státní etalon rovinného úhlu 31. Státní etalon síly ESZ 3 kN 32. Státní etalon momentu síly EZMS 1 kN*m 33. Státní etalon vakua 34. ZRUŠEN 35. Státní skupinový etalon průtoku a proteklého množství technických kapalin 36. Státní etalon délky 37. Státní etalon tlakových diferencí 38. Státní etalon poměru střídavých elektr. proudů průmyslové frekvence 50 Hz 39. Státní etalon celkového zářivého toku viditelného záření

© VR - ZS 2012/2013


T- MaR

40. Státní etalon tíhového zrychlení 41. Státní etalon délky 25 m až 1450 m 42. Státní etalon síly ESZ 20 kN 43. Státní etalon ss elektrického odporu na bázi KHJ 44. Státní etalon celkového zářivého toku ultrafialového záření 45. Státní etalon poměru střídavých elektr. napětí průmyslové frekvence 50 Hz 46. Státní etalon velké hmotnosti 500 kg 47. Státní etalon celkového zářivého toku infračerveného záření 48. Státní etalon hmotnostního průtoku plynu GFS 49. Státní etalon expozice, expozičního příkonu, kermy ve vzduchu a příkonu kermy ve vzduchu fotonového záření 50. Státní etalon absorbované dávky ve vodě a příkonu absorbované dávky ve vodě fotonového záření

© VR - ZS 2012/2013


T- MaR

Český metrologický institut - ČMI (Brno) zabezpečuje jednotnost a přesnost měřidel a měření ve všech oborech vědecké, technické a hospodářské činnosti v rozsahu podle § 14 zákona č. 505/1990 Sb. o metrologii, ve znění pozdějších předpisů. Institut provádí metrologický výzkum a uchovává státní etalony, zajišťuje přenos hodnot měřicích jednotek na měřidla nižších přesností, vykonává certifikaci referenčních materiálů, provádí výkon státní metrologické kontroly měřidel a řadu dalších činností. © VR - ZS 2012/2013

T- MaR METROLOGIE

ČMI zajišťuje: - státní a primární etalonáž jednotek a stupnic - uchovává předmětné etalony a porovnává je v mezinárodním styku - přenos primárních na sekundární (kontrolní) etalony - osvědčení metrologických laboratoří - registraci výrobců a opravářů měřidel - konzultace a poradenství pro další pracoviště

© VR - ZS 2009/2010


T- MaR

V úseku legální metrologie je možné objednat různé metrologické předpisy až po základní právní předpisy pro metrologii (zákon o metrologii, průřezové vyhlášky) v úplném znění. Institut poskytuje široké spektrum služeb.

© VR - ZS 2012/2013


T- MaR

ČMI provádí: - a vykonává státní metrologický dozor - metrologický výzkum a uchovávání státních etalonů včetně přenosu hodnot měřicích jednotek - státní a primární etalonáž jednotek a stupnic uchovává etalony a porovnává je v mezinárodním styku - osvědčení metrologických laboratoří - registraci výrobců a opravářů měřidel, popřípadě provádějí jejich montáž - konzultace a poradenství pro další pracoviště - certifikaci referenčních materiálů © VR - ZS 2012/2013

METROLOGIE - zákony

T- MaR

Uvedené členění metrologie v EU respektuje praktické potřeby běžných měření (členění je celá řada, podle charakteru členící funkce a navazujících potřeb):

- vědecká metrologie – hlavním oborem jsou etalony (jejich definice, určení realizace, údržba a skladování + organizace)

- průmyslová metrologie – hlavním oborem je správné a bezproblémové fungování měřicích přístrojů a systémů v průmyslu (výroba, zkušebnictví, obchod), … i v ostatních oborech

© VR - ZS 2012/2013


T- MaR

- legální metrologie – hlavním oborem je přesnost a spolehlivost měření (vč. funkce, testování, cejchování, ….) nejen v průmyslu, ale i v ekonomice, zdravotnictví, BOZP, PO, ŽP, atd. - fundamentální metrologie – hlavním oborem je nejvyšší dosažitelnou přesnost v dané oblasti (v daném oboru konkrétního lidského konání)

© VR - ZS 2012/2013


T- MaR

Fundamentální metrologie – zajímavá je svým členěním (běžně uváděným v odborné literatuře) – zahrnuje různé oblasti (obory) do souvislostí a vzájemných vztahů, které mnohdy nejsou na první pohled zřejmé:

- obor hmotnosti – síla, tlak, váha, objem, hustota, viskozita - obor elektromagnetizmu – elektrické veličiny (napětí od malého po velmi vysoké, stejnosměrný a střídavý proud, odpor, potenciál,, nízkofrekvenční a vysokofrekvenční proud, ….) a magnetické veličiny (magnetický tok, nasycenost, …)

© VR - ZS 2012/2013


T- MaR

Fundamentální metrologie – …. - obor fyzických rozměrů – délkové a úhlové míry, přímočarost, rovinnost, rovnoběžnost, fyzické tvary předmětů, jakost povrchu, drsnost, … obor fyzických rozměrů – délkové - obor časomíry – a vše co s ním souvisí a co na něm závisí - obor ionizujícího záření – a vše co s ním souvisí (dozimetrie, ionizace, radioaktivní zdroje, alfa a gama záření, fotometrie, atd.) - a další obory – např. sdružený obor kmitání = akustika a světlo (elektromagnetické kmitání), vibrace, …. © VR - ZS 2012/2013


T- MaR

Základní pojmy a definice v oblasti metrologii jsou uvedeny v: Mezinárodním slovníku základních a všeobecných termínů v metrologii v normě ČSN 01 0115 a v ČSN ISO 5725–1 až 6 Přesnost (správnost a shodnost) metod a výsledků měření - Část 1: Obecné zásady a definice.

© VR - ZS 2012/2013


T- MaR

Zákon číslo 505/1990 Sb., o metrologii (ze dne 16. 11. 1990 - platný od 1. 2. 1991) ve znění, novelizacích a se změnami podle zákonů č. 4/1993, 20/1993, 119/2000, 13/2002, 137/2002, 13/2002, 226/2003, 444/2005, 481/2008, 223/2009, 155/2010 Sb. a 18/2012 Sb. a souvisejících vyhlášek Ministerstva průmyslu a obchodu ČR, zejména MPO vyhlášky č. 264/2000 Sb. …

… v § 1 - Účel zákona je vypsáno, že „Účelem zákona je úprava práv a povinností fyzických osob, které jsou podnikateli, a právnických osob (dále jen "subjekty") a orgánů státní správy, a to v rozsahu potřebném k zajištění jednotnosti a správnosti měřidel a měření“.

© VR - ZS 2014/2015


T- MaR

Zákon České národní rady č. 20/1993 Sb., o zabezpečení výkonu státní správy v oblasti technické normalizace, metrologie a státního zkušebnictví (ze dne 20. prosince 1992 – platný od 1. 1. 1993) - ve smyslu změn 22/1997 Sb., 119/2000 Sb., 137/2002 Sb., 309/2002 Sb., …

….. v § 4 - Účel zákona je vypsáno, že a) řídí a zabezpečuje metrologii v rozsahu stanoveném zvláštním právním předpisem, b) zabezpečuje jednotnost a správnost stanovených měřidel a měření a výkon státní metrologie v rozsahu stanoveném zákonem, © VR - ZS 2014/2015


Další zákonné normy a předpisy:

VIZ PŘEDNÁŠKOVÉ PREZENTACE O LEGISLATIVĚ …………..

© VR - ZS 2014/2015

T- MaR

T- MaR METROLOGIE

Historický vývoj měření a používaných jednotek umožňujících určité srovnání výsledných hodnot – problémem bylo, že byly většinou velice regionální a byly platné na poměrně malém území…

Je jedno co a jak v dávných dobách se měřilo – od délky, a času až po (např.) objemy a váhy.

© VR - ZS 2014/2015

T- MaR METROLOGIE

Vybrané historické body lidského poznání v oboru měření, které lze považovat za rozhodující - před: 3 000 lety „standardizace“ pro - délku, hmotnost, čas  300 lety se začalo vyhodnocovat měření při použití teorie chyb  30 lety se začalo vyhodnocovat měření při použití teorie nejistot 

© VR - ZS 2014/2015

T- MaR METROLOGIE

Prvními národy se svou vlastní měrovou soustavou před více než 3 000 roky - v naší kulturní oblast - měli Babyloňané a Asyřané čerpající ze zkušeností Sumerů. „Standardizovaná“ závaží měli pravděpodobně Babyloňané již - zjišťování hmotnosti zlatých předmětů. Velmi rozvinutou technikou měření měli Egypťané – viz obrazy na stěnách hrobek, ilustrace na papyrech, archeologické nálezy několika typů vah.

© VR - ZS 2014/2015

T- MaR METROLOGIE

Jedním ze zdrojů porovnávací veličiny a jednotkové hodnoty (nejen) pro délku bylo lidské tělo. Asi nejstarší byla – na zemi jasně viditelná - je stopa, ale je možné použít i palec, loket, dlaň,… Hlavním úskalím byly nestejné tělesné rozměry jednotlivých lidí – proto např. již ve 12. století ve Skotsku byl palec stanoven jako průměr z rozměrů palce několika lidí - podobně je to doloženo v Německu pro stopu.

© VR - ZS 2014/2015

T- MaR METROLOGIE

loket … původně vzdálenost od loketního kloubu ke špičce nataženého prostředníku) sáh … kam dosáhne stojící člověk palec … šířka nejsilnějšího prstu yard … míra definovaná vzdáleností mezi špičkou nosu a palcem natažené ruky anglického krále Jindřicha I. atp. …

© VR - ZS 2014/2015

T- MaR METROLOGIE

zdroj: http://cs.wikipedia.org/ wiki/Soubor:Vitruvian_ Man_Measurements_cs. png

© VR - ZS 2014/2015

T- MaR METROLOGIE

yard (yd) … jednotka délky = 3 stopám nebo 36 palcům pochází ze saského slova gyrd (ve smyslu držet) – zavedena po dobytí Anglie Normany v roce 1066 . Dnes jeden yard je oficiálně, přesně = 0,914 4 m. Odpovídající etalonová měřítka měla formu profilové železných tyčé a byla rozvezena po celé zemi. Délka nejstarších známých etalonových měřítek, datovaných do roku 1445, se od délky moderního etalonu liší o méně než 0,1 mm. Zachovaný etalon č. 41 z doby Alžběty I. - z roku 1588, je vystaven v muzeu v Londýně. © VR - ZS 2014/2015

T- MaR METROLOGIE

Jak složité jsou systémy nepoužívající dekadické násobky, lze ukázat na vyjadřovaní délky (vzdálenosti) podle imperiálního britského (U. K.) měrného systému: 12 inches = 1 foot, 3 feets = 1 yard, 22 yards = 1 chain, 10 chains = 1 furlong, 8 furlongs = 1 mile, 5 280 feets = 1 mile, 1 760 yards = 1 mile.

© VR - ZS 2014/2015

T- MaR METROLOGIE

V Německu sjednocování proběhlo až v 19. století. Při pragmatickém měření nebyly od doby římské do počátku 17. století používány žádné vzorce. Ve Francii - v době Francouzské revoluce a panování Ludvíka XVI - byla snaha zavést metrickou soustavu jednotek vcelku úspěšná.

Desetinná metrická soustava - dekadické násobky a díly jednotek - byla ve Francii legálně přijata v roce 1795. © VR - ZS 2014/2015

T- MaR METROLOGIE

První historicky známý výnos o metrologii v Čechách a na Moravě z roku 1268 - pochází od Přemysla Otakara II. Panovník zavedl délkovou jednotku pražský loket a vydal nařízení o mírách a váhách, nařídil obnovit „etalonové“ míry a váhy a označit je královským znakem. Úpravami měrového pořádku a snahou rozšířit pražské míry do celého království se také zabýval i císař Karel IV.

© VR - ZS 2014/2015

T- MaR METROLOGIE

Cimentní patent Marie Terezie z roku 1797 již používá pojem normál. Normály byly v té době cimentovány, ale postupně převládl pojem cejchování (který v jazyce přežil až do současné doby). V roce 1858 byly na celém území monarchie uzákoněny dolnorakouské míry. Metrická soustava se začala prosazovat již v roce 1871 ještě před přistoupením monarchie k Metrické konvenci zavedeny dvě základní jednotky = metr a kilogram. © VR - ZS 2014/2015

T- MaR METROLOGIE

Ministerstvo obchodu Rakouska-Uherska vydalo v roce 1872 cejchovní řád a od přijetí Metrické konvence v roce 1875 bylo oficiálně zavedeno cejchování - byla zřízena tzv. Normální cejchovní komise a byl vydán zákon zabývající se měřením - vznikaly cejchovní úřady a cejchovny. Používání metrické soustavy bylo v Rakousku-Uhersku uzákoněno s platností od 1. ledna 1876. Vývoj v českých zemích sledoval dění v monarchii.

© VR - ZS 2014/2015

T- MaR METROLOGIE

Roku 1875 podepsalo osmnáct států

Metrickou konvenci zavedení metrické soustavy jednotek do svých národních hospodářství - mezi nimi byly i USA. Používání metrické soustavy bylo v Rakousku-Uhersku uzákoněno s platností od 1. ledna 1876. Vývoj v českých zemích sledoval dění v monarchii. V roce 1922 se členem stalo i Československo a v roce 1993 po svém vzniku i Česká republika. © VR - ZS 2014/2015

T- MaR METROLOGIE

Metrická soustava jednotek nevznikla ihned po stanovení metru jako jednotky délky nebo po vzniku Metrické konvence – první byla soustava jednotek CGS (centimetrgram-sekunda), zvaná též absolutní soustava jednotek, která vznikla ve druhé polovině 19. století. V roce 1889 nahrazena soustavou jednotek MKS (metrkilogram-sekunda). v roce 1956 vznikla soustava jednotek MKSA – čtyřrozměrná, rozšířená o ampér. © VR - ZS 2014/2015

METROLOGIE

DEFINICE JEDNOTEK –

T- MaR

SI (ČSN/EN)

Soustava jednotek MKSA se stala základem současné soustavy jednotek SI. Mezinárodní soustava jednotek

SI = Le Système International d‘Unités byla přijata v roce l960 a postupně dále upřesňována. SI je mnohem univerzálnější, protože vyhovuje ve fyzikálních oborech a zasahuje i do chemie. © VR - ZS 2012/2013

METROLOGIE

DEFINICE JEDNOTEK – -

T- MaR

SI (ČSN/EN)

je mezinárodně platná – u nás od 1. 1. 1980 slouží k jednoznačnosti (identifikaci fyzikálního rozměru) měřeného údaje je univerzálně použitelná minimalizuje počet fyzikálních jednotek definuje základní veličina a odvozené veličiny důsledně rozlišuje obdobné veličiny (hmotnost * síla * tíha) obecně zjednodušuje používání rovnic a výpočtů (výpočtových postupů)

© VR - ZS 2012/2013

METROLOGIE


T- MaR

SI (ČSN/EN)

Původně byly základní jednotky stanoveny jako na sobě vzájemně nezávislé.

Postupně jsou některé definovány odvozením z jiných základních jednotek pomocí pevně stanovené hodnoty fundamentálních fyzikálních konstant (např. metr ze sekundy pomocí rychlosti světla ve vakuu), což umožňuje vyhnout se problémům s prototypy jednotek a dosahovat přesnějšího stanovení. V posledních letech vrcholí přípravy na redefinici základních jednotek SI tak, aby byly všechny odvozeny od přírodních konstant po vzoru stávající definice metru.

© VR - ZS 2012/2013

T- MaR

METROLOGIE


SI (ČSN/EN)

Formální definice jednotek SI jsou přijaté CGPM. Tyto definice jsou čas od času upraveny podle postupu vědy.

První dvě definice byly přijaty na první konferenci CGPM v roce 1889, a poslední v 2011. Tato volba, které jednotky jsou jako základní, byla upravena historií vývoje SI v průběhu posledních 120 let. Na svém 24. zasedání (říjen 2011) CGPM přijala usnesení o možné budoucí revize Mezinárodní soustavy jednotek (SI) – pravděpodobně vstoupí v platnost po 25. Generální konferenci pro míry a váhy (CGPM) v roce 2014.

© VR - ZS 2012/2013

METROLOGIE


T- MaR

SI (ČSN/EN)

Připravované nové definice se mají opírat o pevně stanovené hodnoty základních stavů: * frekvence hyper-jemného štěpení atomu cesia (133Cs) je přesně 9 192 631 770 Hz, * rychlost světla ve vakuu c je přesně 299 792 458 m/s, * Planckova konstanta h je přesně 6,626 06X*10-34 Js (s−1 m2 kg ), * elementární náboj e, je přesně to, 1.602 17X*10-19 C (coulomb), * Boltzmannova konstanta k je přesně 1,380 65X*10- 23 J/ºK, * Avogadrova konstanta NA je 6,022 14X*1023 mol−1, • světelná účinnost monochromatického záření o frekvenci 540 THz, Kcd je 683 lm/W • symbol X v číselných hodnotách konstant bude nahrazen jednou nebo více číslicemi. © VR - ZS 2012/2013

T- MaR

METROLOGIE


SI (ČSN/EN)

Soustava vznikla v roce 1960 ze soustavy metr-kilogram-sekunda (MKS).

V Česku vyplývá povinnost používat soustavu jednotek SI ze zákona č. 505/1990 Sb., (16. listopadu 1990) Zákon o metrologii © VR - ZS 2014/2015

T- MaR

METROLOGIE


SI (ČSN/EN)

má 7 základních jednotek a 2 doplňkové: - délka - hmotnost - čas - el. proud - termodynamická teplota - látkové množství - svítivost

metr kilogram sekunda ampér kelvin mol kandela

m kg s A K mol cd

- rovinný úhel - prostorový úhel

radián steradián

rad sr

© VR - ZS 2012/2013

T- MaR METROLOGIE

SOUSTAVA JEDNOTEK – SI (ČSN/EN) má 22 odvozených jednotek a xn doplňkových: -

hertz Hz newton N pascal Pa joule J watt W coulomb C volt V farad F

© VR - ZS 2014/2015

frekvence síla tlak pracovní energetika výkon el. náboj el. napětí el. kapacita

--/s s-1 kg*m/s2 N/m2 N*m kg*m*s-2 J/s A*s W/A C/V

T- MaR METROLOGIE

SOUSTAVA JEDNOTEK – SI (ČSN/EN) má 22 odvozených jednotek a xn doplňkových: -

ohm Ω siemens S weber Wb tesla T henry H degree Celsius lumen lm lux lx

© VR - ZS 2014/2015

el. odpor el. vodivost magnetický tok intenzita mag. toku indukce ºc teplota (emitovaný) světelný tok osvětlení

V/A A/V V*s Wb/m-2 Wb/A K cd*sr lm/m-2

T- MaR METROLOGIE

SOUSTAVA JEDNOTEK – SI (ČSN/EN) má 22 odvozených jednotek a x doplňkových: - becquerel Bq radioaktivita --/s - gray Gy energie záření J/kg - sievert Sv jednotka ekvivalentní dávky ionizujícího záření = dávkový ekvivalent J/kg - katal kat katalytická aktivita mol/s -

tepelný ohm akustický ohm poiseuille PI nit nt molal

© VR - ZS 2014/2015

tepelný odpor K/W akustický odpor dynamická viskozita Pa*s jas chemická koncentrace

Pa*s/m-3

cd/m-2 mol/kg

METROLOGIE

c

SOUSTAVA

T- MaR

m

JEDNOTEK

h

e A

kg

Definiční jednotky Fyzikální jednotky

mol NA

K

k cd

KCD © VR - ZS 2012/2013

S

Δν (133C)

METROLOGIE


T- MaR

SI (ČSN/EN)

Má další odvozené jednotky pro fyzikální veličiny (záření, elektrický náboj, kapacity kondenzátoru, ….

becquerel • coulomb • farad • gray • he nry • hertz • joule • katal • lumen • lux • newton • ohm • pascal • radián • siem ens • sievert • steradián • stupeň Celsia • tesla • volt • watt • weber

© VR - ZS 2012/2013

T- MaR

METROLOGIE


SI (ČSN/EN)

Soustava SI akceptuje používat souběžně s jednotkami SI následující jednotky

minuta • hodina • den • úhlový stupeň • úhlová minuta • (úhlová) vteřina • hektar • litr • tuna Připouští se používání některých mimosoustavových jednotek, jejichž vztah k jednotkám SI není definován pevně, ale závisí na experimentálním určení

elektronvolt, dalton (atomová hmotnostní jednotka), astronomická jednotka © VR - ZS 2012/2013

T- MaR

METROLOGIE


SI (ČSN/EN)

Délka 1 metr je délka dráhy, kterou urazí světlo ve vakuu za

1/299 792 458 sekundy.

© VR - ZS 2012/2013

T- MaR

METROLOGIE


SI (ČSN/EN)

Hmotnost je definována hmotností mezinárodního prototypu 1 kilogram, který je uložen v Mezinárodním úřadě pro váhy a míry v Sèvres u Paříže. Předpokládá se, že hmotnost prototypu je absolutně stálá – realita spíše naznačuje, že relativní nejistota je v řádu 10−8 kg.

Připravovaná nová definice kilogramu se má opírat o pevně stanovenou Planckovu konstantu.

© VR - ZS 2014/2015

T- MaR

METROLOGIE


SI (ČSN/EN)

Čas 1 sekunda je doba trvání 9 192 631 770 Hz (period) záření, odpovídající přechodu mezi dvěma hyperjemnými hladinami základního stavu atomu 133Cs - atom cesia musí být v klidu a teplota pozadí blízká 0 ºK. Starší definice: je to zlomek 1/86 400 středního slunečního dne. Přesná definice "střední sluneční den" bylo ponechána na astronomy.

© VR - ZS 2012/2013

METROLOGIE


T- MaR

SI (ČSN/EN)

Termodynamická teplota 1 kelvin je 1/273,16 díl absolutní teploty trojného bodu vody. Přesná teplota trojného bodu až příliš závisí na chemické čistotě a izotopovém složení použité vody. Připravovaná nová definice stupně Kelvína se má opírat o pevně stanovenou Boltzmannovu konstantu.

© VR - ZS 2012/2013

METROLOGIE


T- MaR

SI (ČSN/EN)

Elektrický proud 1 ampér je takový elektrický proud, který ve dvou přímých rovnoběžných vodičích o nekonečné délce a zanedbatelném průřezu vzdálených jeden metr od sebe a umístěných ve vakuu, vyvolá mezi těmito vodiči sílu rovnou 2*10−7 N na jeden metr délky. Současná definice naráží na problémy při praktické realizaci – proto mnoho národních standardizačních úřadů používá etalony elektrických veličin založené na kvantovém Hallově jevu resp. Josephsonově jevu. Připravovaná nová definice ampéru se má opírat o pevně stanovenou hodnotu elementárního náboje © VR - ZS 2012/2013

T- MaR

METROLOGIE


SI (ČSN/EN)

Svítivost 1 kandela je svítivost zdroje, který v daném směru vysílá monochromatické záření s frekvencí 540*1012 Hz, a jehož zářivost v tomto směru je 1/683 W/sr.

© VR - ZS 2012/2013

T- MaR

METROLOGIE


SI (ČSN/EN)

Látkové množství 1 mol je takové množství, které obsahuje tolik elementárních jednotek (atomů, molekul, iontů, elektronů…), kolik je uhlíkových atomů v 12 g uhlíku 12C. Podle současných znalostí je v tomto množství uhlíku

(6,022 143 79 ±0,000 000 30)*1023 atomů. Připravovaná nová definice molu se má opírat o pevně stanovenou Avogadrovu konstantu.

© VR - ZS 2012/2013

T- MaR

METROLOGIE Předpony soustavy SI 10n

Předpona

Znak

Název

Násobek

1024

yotta

Y

kvadrilion

1 000 000 000 000 000 000 000 000

řec. ὀκτώ – „osm“

1021

zetta

Z

triliarda

1 000 000 000 000 000 000 000

fr. sept – „sedm“

1018

exa

E

trilion

1 000 000 000 000 000 000

řec. ἕξ – „šest“

EB - exabajt

1015

peta

P

biliarda

1 000 000 000 000 000

řec. πέντε – „pět“

PJ – petajoule

1012

tera

T

bilion

1 000 000 000 000

řec. τέρας – „netvor“

TW – terawatt

109

giga

G

miliarda

1 000 000 000

řec. γίγας – „obrovský“

GHz – gigahertz

106

mega

M

milion

1 000 000

řec. μέγας – „velký“

MeV – megaelektronvolt

103

kilo

k

tisíc

1 000

řec. χίλιοι – „tisíc“

km – kilometr

102

hekto

h

sto

100

řec. έκατόν – „sto“

hPa – hektopascal

101

deka

da

deset

10

řec. δέκα – „deset“

dag – dekagram

100

-

-

jedna

1

© VR - ZS 2012/2013

Původ

Příklad

m – metr

T- MaR

METROLOGIE Předpony soustavy SI

Předpona

Znak

100

-

-

jedna

1

10−1

deci

d

desetina

0,1

lat. decimus – „desátý“

dB – decibel

10−2

centi

c

setina

0,01

lat. centum – „sto“

cm – centimetr

10−3

mili

m

tisícina

0,001

lat. mille – „tisíc“

mm – milimetr

10−6

mikro

µ

miliontina

0,000 001

řec. μικρός – „malý“

µA – mikroampér

10−9

nano

n

miliardtina

0,000 000 001

řec. νανος – „trpaslík“

nT – nanotesla

10−12

piko

p

biliontina

0,000 000 000 001

it. piccolo – „malý“

pF – pikofarad

10−15

femto

f

biliardtina

0,000 000 000 000 001

dán. femten – „patnáct“

fm – femtometr

10−18

atto

a

triliontina

0,000 000 000 000 000 001

dán. atten – „osmnáct“

as – attosekunda

10−21

zepto

z

triliardtina

0,000 000 000 000 000 000 001

fr. sept – „sedm“

10−24

yokto

y

kvadriliontina

0,000 000 000 000 000 000 000 001

řec. ὀκτώ – „osm“

10n

© VR - ZS 2012/2013

Název

Násobek

Původ

Příklad m – metr

T- MaR

METROLOGIE

Existuje také historická předpona metrické soustavy

Myria (zkratka ma), znamenající násobek 10 000 základní jednotky - tato předpona nebyla začleněna do soustavy SI.

© VR - ZS 2010/2011

T- MaR

METROLOGIE Binární předpona je předpona jednotky vyjadřující násobek mocniny 2. Ve výpočetní technice je od IEC doporučeno používat:

Binární předpony ℮

10k

2n

Znak

Název

103

210

Ki

kibi

1 024

106

220

Mi

mebi

1 048 576

109

230

Gi

gibi

1 073 741 824

1012

240

Ti

tebi

1 099 511 627 776

1015

250

Pi

pebi

1 125 899 906 842 624

1018

260

Ei

exbi

1 152 921 504 606 846 976

1021

270

Zi

zibi

1 180 591 620 717 411 303 424

1024

280

Yi

yobi

1 208 925 819 614 629 174 706 176

Hodnota

Poznámka: 10k není rovno 2n, je to jen nejblíže odpovídající mocnina. © VR - ZS 2010/2011

T- MaR METROLOGIE

SOUSTAVA JEDNOTEK –

SI (ČSN/EN)

Další informace: www.unc.edu/~rowlett/units/index.html www.wikipedia.com en.wikipedia.org/wiki/Main_Page www.wikipedia.cz cs.wikipedia.org/wiki/P%C5%99irozen%C3%A1_soustava_jednotek physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Category?view= pdf&All+values cs.wikipedia.org/wiki/Fyzik%C3%A1ln%C3%AD_konstanty http://fyzika.upol.cz/cs/system/files/download/vujtek/texty/pext2nejistoty.pdf © VR - ZS 2014/2015

T- MaR BEZPEČNOST První „Předpisy a normálie ESČ“ – rok 1920.

Od roku 1950 je pojem „bezpečnost elektrických zařízení“ přesně definována normou ČSN 10 1010: Bezpečnost elektrická. Tato norma podléhá vývoji oboru i změnám praxe a použití při kontinuální aktualizaci.

Normy stanoví nejzákladnější pravidla bezpečnosti elektrických zařízení a práce s nimi.

© VR - ZS 2010/2011

T- MaR BEZPEČNOST Normy ukládají povinnosti (úkoly) – zejména: - používat pouze bezpečnostně testovaná a schválená zařízení - používat pouze nepoškozená zařízení (zejména kabely) - pravidelně provádět předepsané kontroly a ověřování - opravy pouze v odborných a ověřených institucích - při konstrukci zařízení dbát všech předpisů, norem a pravidel bezpečnosti provozu elektrických zařízení - pravidelně a odborně školit pracovníky.

© VR - ZS 2010/2011

T- MaR JAKOST Do komplexu úvodních slov nezbytně patří i slova o jakosti a pár jí uplatňovaných zásadách: Základem je evropská norma ČSN EN ISO 9000:2001 – systém managementu jakosti - požadavky Jakost lze chápat jako soubor inherentních znaků plnících dané požadavky – jsou vyžadovány jako závazné, povinné / zároveň garantující jisté parametry, vlastnosti a užitkové symptomy.

© VR - ZS 2010/2011

T- MaR JAKOST V Evropském hospodářském prostoru i v ostatních vyspělých zemích je známa pod zkratkou:

QSM – Quality Systém Management – Systém řízení jakosti Garanci za funkčnost a vlastnosti systému, za sestavování a vydávání norem a jiných předpisů, kontrolu a aktualizaci, doplňování a opravy, atd. má organizace ISO – Mezinárodní organizace pro normalizaci (www.iso.ch – www.cenorm.be).

© VR - ZS 2010/2011

MĚŘENÍ – praktická

T- MaR

OBECNÝ ÚVOD - praxe Elektrotechnická měření mohou probíhat pouze při splnění určitých podmínek - dodržení předpisů o hygieně a bezpečnosti práce + předpisů a norem elektrotechnických ustanovených pro bezpečnost práce s elektrickými zařízeními + zásady praktických postupů při měření.

ALE …..

Je nutno splnit ještě další podmínky … © VR - ZS 2014/2015


T- MaR

OBECNÝ ÚVOD - praxe Postup experimentu - analýza problému určeného k měření - příprava a volba měřicí metody - stanovení postupy měření, záznamu a vyhodnocení - vlastní měření - zpracování výsledků - rozbor výsledků a stanovení závěrů - odůvodnění voleb, průběhu a závěrů - vypracování zprávy (protokolu), vč. měření a výsledků, vč. popisu metody a průběhu měření, tabulek, grafů, literatury © VR - ZS 2014/2015


T- MaR

OBECNÝ ÚVOD - praxe Obvyklé pracovní prostředí elektrických i elektronických měřicích přístrojů má tyto hodnoty: * teplota vzduchu okolního prostředí

0 (-10) až +35 (30) oC * relativní vlhkost vzduchu

45 až 75 % * (barometrický) tlak vzduchu

86 až 160 kPa. © VR - ZS 2014/2015


T- MaR

OBECNÝ ÚVOD - praxe NEOBVYKLÉ pracovní prostředí elektrických i elektronických měřicích přístrojů je mimo tyto hodnoty – odpovídá např. tropické oblasti nebo oblastem věčného chladu, a ledu nebo oblasti s velmi vysokou vlhkostí nebo horské či vysokohorské oblasti . Přístroje ale musí vždy být konstruovány a připraveny pro práci v té které nikoliv běžné oblasti. Mimo určené pracovní podmínky nesmíme přístroj či zařízení použít.

© VR - ZS 2009/2010


T- MaR

OBECNÝ ÚVOD - praxe Názvosloví Měřicí rozsah = minimální a maximální hodnota měřené veličiny, kterou je přístroj schopen zpracovat a indikovat - aniž by došlo ke ztrátě informace nebo k poškození přístroje – jsou v něm zaručeny technické parametry měřicího přístroje. U ručkových přímo-ukazujících přístrojů se obvykle rozsah shoduje s údaji na stupnici (výjimkou jsou ručkové přístroje s potlačenou nulou). U digitálních je udán v technickém popisu přístroje. © VR - ZS 2014/2015


T- MaR

OBECNÝ ÚVOD - praxe Názvosloví

Měřicí rozsah stupnice = rozumí se údaj mezi nejmenší a největší hodnotou, které jsou na stupnici uvedeny. Udává, které konkrétní hodnoty (čísla hodnot) jsou v daném rozsahu zjistitelné (naměřitelné). Obvykle se kryje s hodnotami stupnice platné pro daný rozsah. U digitálních přístrojů závisí i na počtu cifer zobrazovacích displejem – nebo nastaveném rozsahu zobrazení dané veličiny u zobrazovacích monitorů.

© VR - ZS 2014/2015


T- MaR

OBECNÝ ÚVOD - praxe Názvosloví Správnost měření se vztahuje na odchylku mezi výsledkem a skutečnou hodnotou. Správnost kombinuje přesnost a pravdivost (tj. vlivy náhodných a systematických faktorů). Přesnost měření se vztahuje na rozdíly mezi hodnotami proměnných – rozptýlení hodnot proměnných okolo jeho střední hodnoty – mírou přesnosti je standardní odchylka. Viz prezentace o chybách. © VR - ZS 2014/2015

T- MaR

MĚŘENÍ

… a to by bylo k úvodu vše P – 1 - úvod © VR - ZS 2014/2015

T- MaR

© VR - ZS 2014/2015

Teorie měření a regulace

Recommend Documents