©Farkas György : Méréstechnika Alapfogalmak

A mérnök alapvető feladata a mérés © Farkas György : Méréstechnika A mérnök alapvető feladata a mérés akár tervező akár gyártó akár beruházó akár üzemeltető Megjegyzés engineer = mérnök, de gépész is, mozdonyvezető is…

Mit jelent a Technika ? Mit jelent a Mérés? © Farkas György : Méréstechnika MÉRÉS TECHNIKA Mit jelent a Technika ? Mit jelent a Mérés?

© Farkas György : Méréstechnika eljárások összessége tevékenységhez szükséges tudás MÉRÉS: mennyiség nagyságának meghatározása számokban A mérés eredménye = mérőszám + mértékegység + pontosság

© Farkas György : Méréstechnika MAXWELL: „az egzakt tudomány a természet jelenségeit mennyiségek meghatározására redukálja, és a problémákat számokon végzett műveletekkel oldja meg”

A fizikai mennyiségnek van dimenziója és mértékegysége © Farkas György : Méréstechnika A fizikai mennyiségnek van dimenziója és mértékegysége Például mennyiség: távolság dimenziója : hossz mértékegységei: [km],[yard],[fényév],[brit tengeri könyök] mennyiség: frekvencia dimenziója : 1/idő mértékegységei: [Hz], [rad/sec]

MENNYISÉG –DIMENZIÓ –MÉRTÉKEGYSÉG © Farkas György : Méréstechnika MENNYISÉG –DIMENZIÓ –MÉRTÉKEGYSÉG Az alkalmazandó képleten múlik, milyen mértékegységben kell a kérdéses mennyiséget behelyettesíteni. Például f =1 MHz   = 2 Mrad /s Az u.n. „körfrekvencia” nem önálló mennyiség, csak adott képletekbe nem Hz-ben kell behelyettesíteni, hanem radián/sec-ben. Szokásos de nem kötelező jelölése a frekvenciának: f, ha Hz és , ha rad/s a mértékegység.

Mennyiségek logaritmikus skálán © Farkas György : Méréstechnika Mennyiségek logaritmikus skálán Csak dimenzió nélküli mennyiségnek lehet logaritmusát képezni (pl. két feszültség hányadosa). A logaritmusszám is dimenzió nélküli Logaritmikus mértékegység sem valódi Logaritmikus skála viszont gyakran nagyon praktikus, kényelmes: pl. sok-nagyságrendű értéktartomány esetén pl. érzékszervekkel kapcsolatos mennyiség esetén pl. csillapítás, erősítés számításokban stb.

© Farkas György : Méréstechnika Logaritmikus skálák X = log X2/X1  log10 = lg vagy loge = ln dim[X1] = dim[X2] Tízes alapú log pseudo dimenzió: bell = B illetve annak tízszerese: dB Mivel P = U2 / R 10 lg(P2/P1) = 20 lg(U2/U1) + 10 lg(R1/R2) Természetes log esetén: néper = Np ln (U2/U1 ) (szerencsére kiment a divatból)

© Farkas György : Méréstechnika Logaritmikus skálák Ha dBV , akkor U1 = 1 V Ha dBmW, akkor P1 = 1 mW, R = 600, U1 = 0,775 V Ha X2/X1 = 1+, ahol  << 1, akkor ln(1+)   [Np]  8,7  [dB], mivel 1Np = 8,686 dB Ha a =aexp (j) ln a = lna+ j [Np] lg a = lga· 10 0,434 j = lga+ j 0,434 Készítsen segédeszköz nélkül dB táblázatot hozzávetőleges értékekkel 1, 2, 3, … 20-szoros feszültségviszonyra annak ismeretében, hogy a 2-szeres viszony 6 dB, a 10-szeres 20 dB, a 20-szoros 26 dB, stb.

© Farkas György : Méréstechnika A mérés eredménye: mérőszám + mértékegység +pontosság Például: 15 mV ± 1mV

© Farkas György : Méréstechnika Példák a pontosságról A rádió adóval vezérelt digitális órákra 1 sec / 1millió év eltérést engednek meg. 106 év • 8760 óra/év • 3600 sec/óra = 31,5 • 1012 a relatív hiba  3 • 10-14 Ez cézium atomórával és rádió adó-vevő kapcsolattal oldható meg. Az adás Frankfurt/Main-tól 1500 km-en belül biztonsággal fogható.  Az áram mérésénél sokszor még 10% körüli hibával is el kell fogadnunk egy eredményt….

Fontos megjegyzés a pontosságról !!! © Farkas György : Méréstechnika Fontos megjegyzés a pontosságról !!! A pontosságra (megengedhető hibára) vonatkozó ismeret nélkül a mérés eredménye nem teljes. Nincs abszolút pontosság, nincs hibamentesség Egy elméleti kutató törekedhet az elérhető maximális pontosságra de egy mérnök esetében ez rendszerint gazdaságtalan, tehát durva hiba !!! A mérnök célszerű pontossági igényt támaszt, megengedhető pontatlansággal számol.

A mérés költségeit meghatározza: © Farkas György : Méréstechnika A mérés költségeit meghatározza: Az alkalmazott mérőeszközök ára A pontosabb műszerek általában drágábbak A mérési környezetre vonatkozó igény A mérés időtartama (Drága a tesztautomata minden másodperce) A mérő képzettségére vonatkozó igény (Jobb helyen a mérnök többet keres mint a ..)

A mérés minősége a pontosság © Farkas György : Méréstechnika A mérés minősége a pontosság Nem létezik maximális pontosság, mivel a hibák teljesen nem kerülhetők el. Legyen a mérés annyira pontos, amennyire szükséges. Ne annyira pontos legyen a mérés, amennyire csak lehet, mert a költség és az idő meghatározó. Reális mérnöki cél: a megengedettnél nem nagyobb hiba. És legyen a mérés „megbízható, korrekt”, objektív ! … de hát mit értsünk objektivitáson?

Mit jelent a mérés objektivitása ? © Farkas György : Méréstechnika Mit jelent a mérés objektivitása ? Objektív, ha az eredmény regisztrálható, Objektív akkor is, ha az eredmény nem reprodukálható (pl. földrengés, villámlás) Objektív, ha nem szubjektív, azaz ”független” ? …. de mitől kellene függetlennek lennie ???

Nem létezik teljes függetlenség © Farkas György : Méréstechnika A mérés eredménye függhet a módszertől függhet az eszköztől függhet a környezettől függhet a mérő embertől Nem létezik teljes függetlenség

A mérés nem abszolút objektív © Farkas György : Méréstechnika A mérés nem abszolút objektív de azért törekszünk …

© Farkas György : Méréstechnika HEISENBERG: „A kísérlet hatást gyakorol a jelenségre, amit megfigyelünk, ezzel befolyásolja azt, de a mérés gondos kivitelezésével rendszerint tetszőlegesen kicsivé tehető ez a befolyás.”

© Farkas György : Méréstechnika A MÉRÉSI HIBÁRÓL A mérés pontosságát a hibák megengedett értékével adjuk meg. A mérési hiba konkrét értéke általában nem álladó, nem is ismert. (Egyes esetekben elvileg sem ismerhető meg). Hibákra vonatkozóan ezért valószínűségi jellemzőket kell értelmezni, és a mérés eredménye intervallum formájában adható meg. …most csak ennyit a mérési hibáról…

© Farkas György : Méréstechnika A mérés elvégezhetőségének feltétele, hogy a mérendőről legyenek előzetes ismereteink A mérendő számunkra fontos tulajdonságaihoz egy egyszerűsítő modellt kell rendelnünk a már meglévő tudásunkra alapozva.

© Farkas György : Méréstechnika Méréskor előre értelmezett fogalmak szerinti mennyiségekre állítunk elő számértéket, így a mérés eredménye egy előre rögzített modellre vonatkozik, és már ezért sem lehet abszolút objektív.

© Farkas György : Méréstechnika HEISENBERG: … a természettörvények nem a természetre, hanem csak az arra vonatkozó ismereteinkre érvényesek...

A modellalkotás gyakran rendkívül egyszerű Tudom „előre”, ez a kétpólusú alkatrész egy „ellenállás”, amit egy egyenáramú áramkörben fogok alkalmazni, a rajta eső feszültség és az átfolyó áram kapcsolata egy állandó paraméterrel modellezhető, ez a paraméter a két mennyiség viszonya amit rezisztenciának, vagy ellenállásnak nevezek és az értéke állandó: azaz független a feszültségtől, az áramtól és a frekvenciától, az érték meghatározható egy voltmérő és egy ampermérő alkalmazásával (már csak osztani kell tudni hozzá…)

A modellalkotás nem mindig egyszerű tudom, hogy ez is egy ellenállást de nagyfrekvenciás áramkörben használom majd, tudom, hogy a vezetékeknek az ohmos ellenálláson kívül induktivitása is van, a feszültség és az áram viszonya nem állandó a frekvencia megváltozásakor általában a feszültség és az áram időfüggvénye is eltérő lesz színusos áram esetén a feszültség fáziskülönbséget mutat. Modellezzük ezt a kétpólust egy sorosan kapcsolódó ideális ellenállás és ideális induktivitás segítségével. (Reméljük ez a kezelhető modell jól írja majd le a tényleges viszonyokat, nagyobb frekvenciák esetén már nem biztos…)

© Farkas György : Méréstechnika A MODELL A valóságot helyettesíti, de idealizált. Hasonló válaszokat ad a kérdéseinkre mint a valóságos objektum, (elfogadható eltéréssel). Az objektum valamennyi lényeges elemét, tartalmazza, tulajdonságát tükrözi, a lényegteleneket viszont figyelmen kívül hagyja. Jól kezelhető (kellően egyszerű). A mérés kivitelezése szempontjából gazdaságos. Nincs tökéletes modell csak az adott célra optimális.

© Farkas György : Méréstechnika Modell a legegyszerűbb gyakorlati esetekben is szükséges Pl. ceruzaelem mérésekor is alkotunk modellt: Most nem vesszük figyelembe: a terhelésfüggés nonlinearitását az időfüggést a hőmérséklet függést Persze ezek a hatások adott esetben lehetnek lényegtelenek

© Farkas György : Méréstechnika Modellre egy tekercs mérésekor már feltétlenül szükség van Ideális induktivitás: Veszteséges induktivitás: vasmag Ha a szórt kapacitás sem hanyagolható el tekercs …de sokszor nem lehet koncentrált elemekkel modellezni!

MÉRÉS LÉNYEGE AZ ÖSSZEHASOLÍTÁS © Farkas György : Méréstechnika MÉRÉS LÉNYEGE AZ ÖSSZEHASOLÍTÁS

© Farkas György : Méréstechnika A mérendőt általánosan elfogadott, állandó mennyiséget szolgáltató mértékkel hasonlítjuk össze. Az összehasonlítás lehet közvetlen. Ekkor azonos dimenziójú mértéket és mérendőt hasonlítunk össze. Például hosszmérés (skálázott vonalzó melléhelyezése) Például időtartammérés (fix időközű órajelek + számlálás) Az összehasonlítás lehet közvetett. Ekkor az összehasonlítás „áttételesen” valósul meg. Például távolságmérés lokátorral, (e.m. hullám terjedési sebessége + időtartam mérés) Például árammérés forgótekercses (Deprez) kéziműszerrel, (áram mágneses tere, forgató nyomaték + rugóerő) Például feszültségmérés digitális műszerrel (időállandó + időtartam)

© Farkas György : Méréstechnika A MÉRÉS ELEMEI MÉRÉSI ELV MÉRÉSI ELRENDEZÉS MÉRÉSI ELJÁRÁS

© Farkas György : Méréstechnika MÉRÉSI ELV A vonatkozó fizikai törvény és az ahhoz tartozó összefüggések Pl. R meghatározása ohm törvénnyel R=U/I Pl. a frekvencia meghatározása a periódusidő mérésével f = 1 / T

© Farkas György : Méréstechnika MÉRÉSI ELRENDEZÉS Pl. Az ohm-törvény alapján végzett ellenállás mérésénél: voltmérő Kapcsolási rajz Mérőeszközök Segédeszközök ampermérő telep

© Farkas György : Méréstechnika MÉRÉSI ELJÁRÁS Képletek alkalmazása Korrekciók végrehajtása Pl. ha műszer csúcsértéket mér, de szinuszra érvényes effektívet mutat Ucsúcs  1,41 Umutatott Pl. ha az ellenállás ohm-törvény alapján végzett mérésénél a voltmérő a mérendővel párhuzamosan kapcsolódik Itényleges = Imutatott - Ivoltmérő

© Farkas György : Méréstechnika MÉRENDŐ: „DUT” Device Under Test MÉRŐESZKÖZ: M

© Farkas György : Méréstechnika MÉRÉSI MÓDSZEREK LEOLVASÁS KIEGYENLÍTÉS HELYETTESÍTÉS

© Farkas György : Méréstechnika LEOLVASÁS V a „valódi” érték DUT M ??? V = M M  V (pl. a mérőeszköz terhelése és/vagy a műszer hibája miatt)

© Farkas György : Méréstechnika PÉLDA LEOLVASÁSRA

© Farkas György : Méréstechnika KIEGYENLÍTÉS DUT Norm V N  - + I Ind. Különbség képző I = V-N

© Farkas György : Méréstechnika KIEGYENLÍTÉS DUT Norm V N  - + I ha I = 0 Ind. V = N

© Farkas György : Méréstechnika KIEGYENLÍTÉS DUT Norm V N  - + I de, ha I  0 Ind. V  N

© Farkas György : Méréstechnika PÉLDA KIEGYENLÍTÉSRE DUT ATT GEN V Feszültség erősítő Csillapító

© Farkas György : Méréstechnika PÉLDA KIEGYENLÍTÉSRE DUT ATT GEN V

© Farkas György : Méréstechnika PÉLDA KIEGYENLÍTÉSRE DUT ATT GEN V

© Farkas György : Méréstechnika HELYETTESÍTÉS DUT Norm. V Ind. I = V

© Farkas György : Méréstechnika HELYETTESÍTÉS DUT Norm. N N = I V=N I ???

© Farkas György : Méréstechnika PÉLDA HELYETTESÍTÉSRE Mérendő egy készülék (DUT) jelkibocsátásának szintje GEN DUT Az indikátor egy mérővevő MV

© Farkas György : Méréstechnika PÉLDA HELYETTESÍTÉSRE Mérendő egy készülék (DUT) jelkibocsátásának szintje MV DUT GEN

© Farkas György : Méréstechnika MÉRÉSI MÓDSZEREK (ismétlés) DUT M LEOLVASÁS DUT N I KIEGYENLÍTÉS DUT N I HELYETTESÍTÉS

© Farkas György : Méréstechnika MÉRÉSI MÓDSZEREK …melyik a mérőeszköz… DUT M LEOLVASÁS DUT N I KIEGYENLÍTÉS DUT N I HELYETTESÍTÉS