Mérés és adatgyűjtés - lev

Az előadások a következő témára: "Mérés és adatgyűjtés - lev"— Előadás másolata:

1 Mérés és adatgyűjtés - lev
Tájékoztatás & Bevezetés Mértékegységek, mérési hibák Mingesz Róbert 2013. március 2.

2 Tartalom Tájékoztató a kurzusról Követelmények Bevezetés
SI mértékegységrendszer Műszerek tulajdonságai Mérési hibák

3 Tájékoztató

4 Honlap http://www.inf.u-szeged.hu/~mingesz/Education/MA/ téjékoztató
ppt-k házi feladatok vizsga anyagok friss irodalomjegyzék

5 A tantárgy célja Méréselmélet alapjainak megismerése
Mérések tervezése Eredmények értelmezése Mérőműszerek tulajdonságai Kapcsolat a fizikai világ és a szoftverek között

6 Tematika – alapok A méréselmélet, metrológiai alapfogalmak
SI-mértékegység-rendszer A mérőeszközök általános felépítése A műszerek legfontosabb jellemzői A mérési hibák, a mérési hibák kezelése

7 Tematika – műszerek Mintavételezéses mérés, mintavételi tétel
Mintavevő és tartó áramkörök, D/A és A/D átalakítók Az elektromos mennyiségek mérésének módszerei Mérőműszerek (multiméterek, jelanalizátorok, oszcilloszkópok...) A mérőműszerek kalibrálása

8 Tematika Szenzorok és aktuátorok A LabVIEW lehetőségei

9 Laboratóriumi gyakorlat (ősz)
LabVIEW fejlesztőkörnyezet megismerése Mérőszoftverek készítése Műszerek használata Mérések, eredmények kiértékelése

10 Ajánlott irodalom Gerzson Miklós: „Méréselmélet”, 2011, Typotex Kiadó, Tankönyvtár Kemény Sándor, Deák András: „Mérések tervezése és eredményeik értékelése”, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1990. Schnell László szerk.: „Jelek és rendszerek méréstechnikája”, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1985. Analog Devices: „The Data Conversion Handbook” ... további irodalom a honlapon ...

11 Követelmények

12 Értékelés: pontozás alapján
Házi feladatok (20 p) Pluszpontok Vizsga (2x40 p) Szóbeli vizsga 2 tétel

13 Tájékoztató ponthatárok
Jegy 50-59 2 60-74 3 75-89 4 90-∞ 5 A 90 pont felett elért pontmennyiség hozzáadódik a gyakorlat első jegyzőkönyvének pontszámához

14 Minimum követelmények
Szorgalmi időszak: min 10 p (vizsga feltétele) Mindkét tétel: min 10 p / tétel Összesen legalább 50 p

15 Vizsga – Szóbeli 2x40 pont Felkészülés: 40 perc Felelet: 15-20 perc
Tétel Tétel anyaga Kapcsolódás a többi anyaghoz Egyedi kérdés a tételhez kapcsolódóan Szóbeli kérdések

16 Pluszpontok Órai munka (<30 p) Órákon való részvétel
11-12 alkalom: + 2 p 13- alkalom: + 4 p Hibák jelzése (<30 p) Egyéni pluszfeladatok (<30 p)

17 Pontlevonások Házi feladat másolása:
0 pont a házira - 5 pont Vizsgán nem megengedett eszköz használata: Elégtelen vizsga

18 Reklamáció Minél hamarabb Legfeljebb UV időszak végéig
Beadott anyagok megőrzése: UV időszak végéig

19 Pontszám követése Google drive táblázat
Ha valaki nem szeretné, hogy ott megjelenjen az aktuális eredménye, időben szóljon!

20 Bevezetés

21 Mérések a világban Háztartások Közlekedés Kereskedelem
Biztonságtechnika Egészségügy Gyártás Tudomány

22 A mérés szerepe a tudományban
Tudományos megismerés Valóságra vonatkozó új ismeretek Ismeretek alkalmazása Hipotézisek + elméletek Empirikus megismerés (mérések): Elméletek ellenőrzése Konkrét paraméterek megállapítása

23 Mérés szerepe az iparban
Gyártásirányítás Folyamatelemzés, folyamatirányítás Minőségbiztosítás Nyersanyag, késztermék ellenőrzése Gyártási biztonság Emberek, létesítmény, környezet biztonsága Gyártásszervezés Darabszám, minőség

24 A mért jellemzők leképezése egy szimbólumhallmazra
A mérés definíciója I. A mért jellemzők leképezése egy szimbólumhallmazra Alma színe → piros Ember magassága → 195 cm

25 A mérés definíciója II. Egy mennyiség nagyságának jellemzése a választott mértékegységben jellemzett számmértékkel Mennyiség = számmérték ∙ mértékegység Magasság = 1,65 ∙ m

26 A mérés definíciója III.
Egy ismeretlen mennyiség egy ismert állandónak gondolt mennyiséggel való összehasonlítása Ez az állandó (etalon) rendelkezésre kell álljon Közvetlen / közvetett összehasonlítás

27 A mérés rendszerelméleti modellje

28 A méréselmélet fő kérdései
Helyes-e a alkalmazott modell, törvény Mikor és hogy végezhető el egy mérés Mikor lesz megbízható egy mérés A mérés pontosságának becslése A mérési adatok feldolgozása, kiértékelése Mérési módszerek megadása, fejlesztése

29 A metrológia fő tevékenységei
Nemzetközileg elfogadott mértékegységek meghatározása pl. méter A mértékegység (etalon) megvalósítása pl. méter megvalósítása lézer használatával Visszavezetési lánc létrehozása pl. a mérőszalag és a méter etalon között

30 Metrológiai alapfogalmak
Mérhető mennyiség Mennyiségrendszer Alapmennyiség Származtatott mennyiség Mennyiség dimenziója Egység dimenziójú mennyiség Mértékegység Mértékegységrendszer Alapegység Származtatott egység Koherens mértékegység Koherens mértékegységrendszer Mennyiség értéke Mérőszám Egyezményes skála / referencia-skála

31 Törvényi háttér Európai Uniós szabályozás: Mérőeszköz Irányelv (MID) október 30. Jogi szabályozás Magyarországon 1991. évi XLV. Törvény a mérésügyről 127/1991. (X.9.) Kormányrendelet Mérésügyi szervezet: Magyar Kereskedelmi Engedélyezési Hivatal (MKEH) Metrológiai Főosztály

32 SI mértékegységrendszer

33 Mértékegység hiba

34 Mars Climate Orbiter 655 000 000 $ (144 000 000 000 Ft)
Metrikus vs Birodalmi egységek

35 Egységrendszerek i. e. 4. évezred
Egyiptom, Mezopotámia: hossz, tömeg, idő Tradicionális egységek: Emberi test a mérték Megfelelő etalonok

36 Metrikus rendszer Francia forradalom (1791.) Méter: Gramm:
A Párizson áthaladó délkör negyvenmilliomod része Gramm: 1 cm3 víz tömege az olvadó jég hőmérsékletén Népszerűsítés: világkiállítások

37 Metrikus rendszer Méteregyezmény (1875.) MKS rendszer (1889.)
CGS mértékegységrendszer MKS rendszer (1889.) méter, kilogramm, másodperc MKSA rendszer (1946.) amper SI Nemzetközi egységrendszer (1960.)

38 Ahol nem az SI-t használják
Kivételek: Burma, Libéria, USA

39 Az SI alapegységei

40 Másodperc (s) Korábbi def.: ℎν=∆𝐸
az trópusi év 1/ ,9747 része ℎν=∆𝐸 cézium-133 atom két hiperfinom energiaszintje közötti átmenetnek megfelelő sugárzás periódusának időtartama

41 Méter (m) Korábban: Relativitáselmélet: a fény sebessége állandó
etalon hossza, fény hullámhossza Relativitáselmélet: a fény sebessége állandó A méter annak az útnak a hosszúsága, amelyet a fény vákuumban 1/ másodperc időtartam alatt megtesz. Mérés: hullámhosszra visszavezetve

42 Kilogramm (kg) Franciaország 90% platina, 10% irídium
Etalon másolata több országban Állandó?

43 Ampere (A) Az amper az az állandó áram,mely ha két egyenes, vákuumban levő, végtelen hosszú, egymástól párhuzamosan 1 méterre levő elhanyagolható kör keresztmetszetű vezetőn át folyik, akkor a fellépő erő méterenként 2∙ 10 −7 N.

44 Kelvin (K) A kelvin úgy definiált, hogy a víz hármaspontjánál a hőmérséklet értéke 273,16K. A hármaspontnál a víz három különböző halmazállapota egyensúlyban jelenik meg.

45 Kandela (cd) Egy kandela (cd) fényintenzitás esetén az 540∙ Hz frekvenciájú monokromatikus fény egy adott irányban egységnyi szteradián térszögbe sugárzott teljesítménye 1/683W.

46 mól (mol) Egy mól anyagmennyiség definíció szerint annyi azonos elemi részt tartalmaz, mint ahány atom található 0,012kg szén 12-es izotópban.

47 SI kiegészítő egységek
Síkszög: A radián a kör két sugara által bezárt szög, melyek a körből éppen egy sugárnyi ívet jelölnek ki. Térszög: A szteradián annak a kúpnak a térszöge, melynek a csúcsát a gömb középpontjába helyezve a gömb felületéből éppen a sugár négyzetével egyenlő területet jelöl ki a gömb felszínén.

48 SI prefixumok Jele Szorzó Név Y 1024 yotta Z 1021 zetta E 1018 exa P
1015 peta T 1012 tera G 109 giga M 106 mega k 103 kilo h 102 dekto da / dk 101 deka Jele Szorzó Név y 10-24 yocto z 10-21 zepto a 10-18 atto f 10-15 femto p 10-12 piko n 10-9 nano µ (u) 10-6 mikro m 10-3 milli c 10-2 centi d 10-1 deci

49 Bináris prefixumok kilo: k = 1000 kibi: Ki = 1024 = 210
További prefixumok: mebi (Mi), gibi, tebi, pebi, exbi, zebi, yobi

50 SI Származtatott mértékegységek

51 Korlátozás nélkül használható egységek
Térfogat: liter (l, L) Síkszög: fok (°), ívperc, ívmásodperc Tömeg: tonna (t) Idő: perc (min), óra (h), nap (d) Sebesség: km/h Munka: Wh Hőmérséklet: °C

52 Korlátozásokkal használható egységek
Hosszúság: tengeri mérföld, csillagászati egység, parsec, fényév Terület: hektár Síkszög: gon Tömeg: atomi egység Nyomás: bar, mmHg, atm Energia: elektronvolt Teljesítmény: VA, var

53 Mértékegységek átváltása
Átváltás: hány nm 35 km? 1 km= m 1 m= nm 35 km ∙ m 1 km ∙ nm 1 m =35∙ nm 35 km =3,5∙ nm

54 Mértékegységek átváltása
Hány g/cm kg/m3 1 kg=1000 g 1 m=100 cm 2700 kg m 3 ∙ 1000 g 1 kg ∙ 1 m 100 cm 3 = =2700 kg m 3 ∙ 1000 g 1 kg ∙ 1 m cm 3 = =2,7 g c m 3

55 Számolás mértékegységekkel
Egy ellenálláson 36 V feszültsége esik, a rajta átfolyó áramerősség 12 mA. Mekkora az ellenállás? 𝑅= 𝑈 𝐼 = 36 V 12 mA =3 kΩ

56 Probléma: tömegegység változása

57 Javaslat új definíciókra (2014?)
Természeti állandók: Planck állandó Elemi töltés Boltzmann állandó Avogadro szám Változatlanok maradnak: m, s, cd

58 Más mértékegységrendszerek
USA hagyományos mértékegységrendszer Hivatalos egységrendszer itt: USA A technikai életben elterjedt

59 Hosszúság hüvelyk (inch), 1” = 1 in = 2,54 cm láb (foot), 1 ft = 12 in
yard, 1 yd = 3 ft mérföld (mile), 1 mi = 1760 yd

60 Térfogat gallon, 1 gal = 3,785 l US pint, 1 pt = 473,176 ml
teáskanál (teespoon), 1 tsp = 4,928 ml

61 Tömeg uncia (ounce), 1 oz = 28,34 g font (lb), 1 lb = 16 oz
tonna (short ton), 2000 lb = 907,18 kg

62 További egységek Fahrenheit 𝐹= 9 5 𝐶+32
Kalória (Calorie), 1 cal = 4,184 J Lóerő (Horsepower), 1 HP = 746 W Nyomás: Pound per square inch, 1 psi = 6 894,7 Pa

63 Mérőberendezések tulajdonságai

64 A mérőberendezés felépítése
Érzékelő: fizikai mennyiség → feldolgozható mennyiség Jelkondicionálás (erősítés, szűrés...) Feldolgozás Kijelzés

65 A műszerek legfontosabb jellemzői
Pontosság (accuracy): az a maximális érték, amivel a kijelzett érték eltérhet a valódi értéktől. Pl. 1mm, 1% Felbontás (resolution): az a legkisebb változás a mérendő mennyiségben, melyet a műszer még követni képes. Pl. 1K

66 Nullponthiba (ofset) Az a hiba, mely a mért értéktől függetlenül mindig ugyanakkora. Azonos azzal az értékkel, amit a műszer mutat 0 valódi értéknél.

67 Skálahiba A valós és amért érték hányadosa nem 1.
A hiba arányos a mért értékkel.

68 Linearitáshiba A mért érték nem lineáris függvénye a valós értéknek.

69 Hiszterézis A hiba függ attól, hogy a mért érték nő vagy csökken. Oka pl. a súrlódás.

70 Reagálási / beállási idő

71 Sávszélesség Váltakozó jelek mérésénél fontos

72 További jellemzők Zaj Reprodukálhatóság Megbízhatóság (reability)
A kijelzett érték ingadozása. Reprodukálhatóság A műszer hibái időben változnak Megbízhatóság (reability) Referenciafeltételek Méréshatárok Túlterhelhetőség

73 További jellemzők Fogyasztás Védettség Hitelesítési lehetőségek
por és vízállóság Hitelesítési lehetőségek Interfészek PC kapcsolat, ethernet, szoftverek Ár, garancia Gyártó

74 Mérési hibák

75 Mérési hibák típusai A méréseket mindig hiba terheli → a mért érték eltér a valódi értéktől Determinisztikus hibák Véletlenszerű hibák Durva mérési hiba

76 Determinisztikus hibák
(rendszeres mérési hibák) okok: nullponthiba skálahiba hőmérséklet hatása a mérésre ... Előre meghatározott → kompenzálható Kompenzálni kell!

77 Véletlenszerű hiba (mérési bizonytalanság)
minden mérésnél más és más értékű nem megjósolható → nem kompenzálható okok: zavarforrások hőmérsékletingadozás ... kezelés: statisztikai módszerek

78 Durva mérési hiba Jelentős eltérés a várt értéktől Okok:
figyelmetlenség tévedés hibás érintkezések hibás műszerek ... Ki kell szűrni

79 Mérési hibák összehasonlítása

80 Mérések hibája Abszolút hiba Hi Relatív hiba hi 𝐻 𝑖 = 𝑥 𝑖 − 𝑥 ℎ ahol:
𝑥 𝑖 az aktuális mért érték 𝑥 ℎ a helyes érték (esetleg átlag) ℎ 𝑖 = 𝑥 𝑖 − 𝑥 ℎ 𝑥 ℎ általában %-ban adjuk meg Sok esetben a hiba abszolútértékét használjuk

81 Példa Egy mérés eredménye: 3,55 m A valódi érték: 3,50 m
Abszolút hiba: 𝐻=3,55 m−3,50 m=0,05 m Relatív hiba: ℎ= 3,55 m−3,50 m 3,50 m =0,0143=1,43 %

82 Köszönöm a figyelmet ... vége ...