CW01 - Teorie měření a regulace

Transkript

1 Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb CW01 - Teorie měření a regulace ZS 2014/ Ing. Václav Rada, CSc.

2 Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb úvod Teorie měření a regulace 0. ZS 2014/ Ing. Václav Rada, CSc.

3 Název předmětu CW01 - Teorie měření a regulace Studijní program Obor studia 1,5-letý navazující magisterský - Stavební inženýrství Stavebně materiálové inženýrství Výuku zajišťuje Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb VR - ZS 2009/2010

4 Ročník výuky 1. Semestr výuky Typ předmětu Zimní Povinný Způsob ukončení Klasifikovaný zápočet Počet kreditů 4 Forma a rozsah výuky (v hod.týdně) Přednášky: 2 Cvičení: 1 (sudý / lichý) VR - ZS 2009/2010

5 ANOTACE Získat znalosti potřebné pro analýzu situace v přípravě i při měření. Získat znalosti potřebné pro přípravu měření a řešení průběhu měření v praxi. Získat znalosti potřebné pro odbornou komunikaci v tomto oboru. VR - ZS 2014

6 ANOTACE Poznat příslušný a nezbytný matematický aparát - orientovat se v jeho použití. Poznat základní principy snímačové techniky a jejího uplatnění v praxi. Seznámit se se základy teorie měření. co obsahuje a co řeší - v čem pomáhá řešit problémy z praxe. VR - ZS 2013/2014

7 ANOTACE Seznámit se s měřicími řetězci a jejich navrhováním. Seznámit se s postupem a obsahem přípravy a s následnou realizací měření. Seznámit se s návrhem nasazení (aplikace) snímačů v technologických procesech a v řízení technologických procesů. VR - ZS 2013/2014

8 ANOTACE Seznámit se s možnostmi a zásadami využití počítačů při kompletaci měřicích řetězců i v získávání a následném zpracování informací (naměřených dat). Seznámit se s vlivy a působením průmyslového rušení a s odstraněním nebo omezením jeho negativních vlivů. VR - ZS 2013/2014

9 ANOTACE Seznámit se s postupem a obsahem přípravy a s postupy zabezpečujícími regulérnost, opakovatelnost a správnost následné realizace měření. VR - ZS 2014

10 ANOTACE Seznámit se se základy teorie měření, s měřicími řetězci a jejich navrhováním, s přípravou a realizací měření, s návrhem řešení snímačů v technologických procesech a v jejich řízení, s možnostmi využití počítačů při získávání a následném zpracování informací i experimentálních měřeních v technologických procesech, s vlivy a působením průmyslového rušení a s odstraněním nebo omezením jeho negativních vlivů. VR - ZS 2014

11 ANOTACE Měření jako vědní disciplína je nezbytnou složkou poznání stavů a vlastností daných procesů nebo samotných objektů. Na oblast měření fyzikálních veličin narazíme kdekoliv v průmyslu i v běžném občanském životě a pochopitelně i ve vědě a výzkumu (zejména v experimentálních částech). Každá oblast má své specifika a vyžaduje jiný přístup, pokud potřebuje aplikovat poznatky právě z oblasti měření fyzikálních veličin. VR - ZS 2014

12 CÍL Měření je kvantitativní (číselné) zkoumání vlastností předmětů (jevů, procesů), obvykle porovnáváním s obecně přijatou jednotkou. Výsledkem měření je tedy číslo, které vyjadřuje poměr zkoumané veličiny k jednotce, spolu s uvedením té jednotky. VR - ZS 2013/2014 Viz WIKIPEDIE.CZ

13 CÍL - prakticky Cílem měření je experimentální získávání objektivních, co nejpřesnějších, jednoznačných, jednoznačně určených (definovaných) a reprodukovatelných (i opakovatelných) informací o objektivních poznatcích a skutečnostech (stavech). Výsledkem měření je číslo, které vyjadřuje poměr zkoumané veličiny k jednotce, spolu s uvedením té jednotky. VR - ZS 2014

14 CÍL Význam měření je hlavně v tom, že: - umožní získat jakékoli kvantitativní informace - charakterizuje měřenou veličinu významně přesněji než kvalitativní údaje (např. dlouhý, vysoký) - dovoluje měření opakovat a porovnávat, následně analyzovat - výsledek lze zpracovávat matematickými prostředky a získávat další informace - umožnit přenést poznatky do dalších měření -. VR - ZS 2014 Viz WIKIPEDIE.CZ

15 CÍL Význam měření v širším slova smyslu: ve společenských vědách, v ekonomii aj., se měřením rozumí jakékoli kvantitativní zkoumání, například dotazníkové šetření, jehož výsledky lze zpracovávat statisticky. VR - ZS 2013/2014 Viz WIKIPEDIE.CZ

16 CÍL Význam měření je hlavně v tom, že: - charakterizuje měřenou veličinu významně přesněji než kvalitativní údaje (např. dlouhý, vysoký, těžký) - výsledek lze zpracovávat matematickými prostředky, zejména ve vědách, ale i v technice a technologických procesech - se mluví i o "měření sil", tj. přímém porovnání, např. schopností, bojovnosti, ap. např. v zápase. VR - ZS 2013/2014 Viz WIKIPEDIE.CZ

17 CÍL - prakticky Pomocí měření se zjišťují : - hodnota měřené veličiny v daném okamžiku (ať je statická v čase neměnná nebo dynamická v čase proměnná) - informace pro řídící a rozhodovací činnosti - stav zařízení, stav a průběh procesu, kontrola vlastností - příčiny poruchy či závady - bezpečnostní informace VR - ZS 2014

18 CÍL - prakticky Hlavní úkol předmětu: - poznat teoretické principy a zásady přístupu k problematice měření - jejich aplikací zabránit chybným nebo neúplným měřením - i špatným interpretacím výsledků - zajistit provádění regulérních (obhajitelných, opakovatelných a interpretovatelných) měření - správně navrhnout a využít fyzikálních principů na michž jsou snímače vymyšleny a vyvinuty - používat vhodné a problému odpovídající typy měřicích přístrojů a zařízení (druh, měřicí rozsah, přesnost, atd.) VR - ZS 2014

19 MĚŘENÍ základní pojmy * METROLOGIE * MĚŘENÍ (TEORIE A PRAXE) * ZKUŠEBNICTVÍ * VELIČINA FYZIKÁLNÍ ROZMĚR JEDNOTKA * SOUSTAVA JEDNOTEK (NORMA) * HODNOTA (SKUTEČNÁ ** NAMĚŘENÁ) * MĚŘICÍ METODY MĚŘ. POSTUPY * MĚŘICÍ PŘÍSTROJE * PŘESNOST ** OPAKOVATELNOST CHYBA MĚŘ. * ETALON (PRIMÁRNÍ ** SEKUNDÁRNÍ) VR - ZS 2009/2010

20 ÚVOD Stáří dnešní podoby měření je asi 200 let. Ale!!! lidstvo měří od svých pra- a prvo-počátků takže nemůže existovat žádné zahajovací datum. Měřením se v průběhu věků zabývali ať chtěli čili vědomě nebo nechtěli čili mimovolně, v průběhu své vědecké činnosti všichni, jejichž poznatky a závěry dodnes využíváme a používáme. VR - ZS 2009/2010

21 ÚVOD Trocha historie nikoho nezabije, jak pravil klasik a tak začněme tímto klasikem J. A. Komenský ( ) a jeho větou, ž: v počtu, míře a váze věcí jsou skryta jejich tajemství. Nebo Galileo, že: měřit všechno co je měřitelné a pokoušet se, aby to co ještě není se měřitelným, co nejdříve stalo. VR - ZS 2014

22 ÚVOD Nebo Lord Kelvin na výročním zasedání Mezinárodní elektrotechnické komise (Internatiomal Electrotechnical Commission IEC) v roce 1906 vysvětlil lapidárně: Nelze-li něco změřit, nelze to zdokonalit. VR - ZS 2014

23 ÚVOD VYBRANÉ DŮLEŽITÉ BODY VÝVOJE: - termoelektrický jev (Seebeck) fotovoltaický jev (Becquerel) změna odporu vodiče deformací (Kelvin) odporový teploměr (Siemens) piezoelektrický jev (bratři Curiové) polovodiče jako čidla sklo a plasty jako vodiče a čidla 1980 až nanovlákna.. (současnost i budoucnost) VR - ZS 2014

24 Studijní pomůcky literatura - základní Zehnula, K.: Snímače neelektrických veličin, SNTL, Praha, 1977 Matyáš, V., Zehnula, K., Pala, J.: Měřicí technika, SNTL Praha, 1983 Beran, Vl.: Měření neelektrických veličin, ZČU Plzeň, 1993 Ďaďo, S., Kreidl, M.: Senzory a měřicí obvody, Monografie, ČVUT Praha, 1996 Haasz, Vl., Sedláček, M.: Elektrická měření, skriptum, ČVUT Praha, 1997 Tůmová, O., Čtvrtník, V., Girg, J.: Elektrická měření - měřicí metody, skriptum, ZČU Plzeň, 2000 Ripka, P., Ďaďo, S., Kreidl, M., Novák, J.: Senzory a převodníky, 1. vydání Praha: Vydavatelství ČVUT, ISBN OPORY: CW01 - TEORIE MĚŘENÍ A REGULACE, Brno, 2008 VR - ZS 2009/2010

25 Studijní pomůcky literatura - další Čtvrtník, V.: Elektronické měřicí systémy I. a II, skriptum, VŠSE Plzeň, 1991 Zehnula, K.: Snímače pro robotiku, SNTL, Praha, 1980 Zehnula, K.: Převodníky fyzikálních veličin, skriptum VUT, Brno Zehnula, K.: Měření neelektrických veličin, skriptum VUT, Brno Kocourek, P., kol.: Číslicové měřicí systémy, ČVUT, Praha, 1994 Kreidl, M.: Diagnostické systémy, ČVUT, Praha, 1997 Rampl, I.: Senzorové informační systémy, VUT FEI, Brno, 2000 Platil, A., Ripka, P.: Senzory a převodníky - Laboratorní cvičení, 1. vydání Praha. Vydavatelství ČVUT, ISBN Svoboda J., Vaculíková P., Vondrák M., Zeman T.: Základy elektromagnetické kompatibility, skriptum, ČVUT, Praha, 1993 Doebelin, E.O.: Measurement systems, Application and Design, Mc Graw Hill New York, 1990 Kocourek, P., kol.: Číslicové měřicí systémy, ČVUT, Praha 1994 Berka, K.: Měření (pojmy, teorie, problémy), Academia, Praha 1977 VR - ZS 2009/2010

26 Témata vybrané názvy témat ÚVOD DO PROBLEMATIKY Metrologie Kategorizace měřidel Etalon Stanovená měřidla Pracovní měřidla Certifikované referenční materiály a ostatní referenční materiály Soustava fyzikálních jednotek SI (ČSN/EN) VR - ZS 2009/2010

27 Témata TEORIE INFORMACE Informace Signál Kvalita Spolehlivost Životnost Citlivost Přesnost Dynamické vlastnosti VR - ZS 2009/2010

28 Témata ZÁKLADY MĚŘENÍ FYZIKÁLNÍCH VELIČIN Úkoly a cíle technického měření Postup experimentu Metody a metodika měření Klasifikace chyb Kvantifikace chyby Úvod do statistiky v měření Validace Charakteristiky analytické metody VR - ZS 2009/2010

29 Témata MĚŘENÍ Teorie měření Základní pojmy Statické vlastnosti Citlivost Přesnost Chyby Příklad působení chyb a třídy přesnosti na naměřený údaj Základní zásady používání měřících přístrojů VR - ZS 2009/2010

30 Témata Principy snímačů mechanický, odporový, kapacitní, indukční, indukčnostní, magnetický, piezoelektrický, optický, s Hallovým jevem, tenzometrický, termoelektrický, s laserovým paprskem, polovodičový, s LCD a CCD prvky, Systémy inteligentních snímačů Měření vybraných fyzikálních veličin teplota, tlak (absloutní a relativní), vlhkost, průtok, hmotnost, síla, chvění, vibrace, zrychlení, výška hladiny, VR - ZS 2009/2010

31 Témata Měřicí systémy - přístrojové vybavení, měřicí řetězce a jejich sestavování (návrhy, podmínky, parametry, ), měřicí ústředny - řízení měření, sběr, ukládání a vyhodnocování naměřených dat počítačem - datové sběrnice a porpojování v sítích (LAN, CAN, Profibus, ) Elektromagnetická kompatibilita rušení a odrušování VR - ZS 2009/2010

32 METROLOGIE UŽIVATELÉ. MINISTERSTVO PRŮMYSLU A OBCHODU ČR Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví Gorazdova 24, P.O.BOX 49, Praha Český institut pro akreditaci - ČIA (Praha + Brno) Český metrologický institut - ČMI (Brno) oblastní inspektoráty pobočky inspektorátů výzkumné metrologické ústavy VR - ZS 2010/2011

33 METROLOGIE - zákony Zákon číslo 505/1990 Sb., o metrologii (platný od ve znění zákona č. 119/2000 Sb., zákona č. 13/2002 Sb., zákona č. 137/2002 Sb., zákona č. 226/2003 Sb., zákona č. 444/2005 Sb. a zákona č. 481/2008 Sb.). VR - ZS 2009/2010

34 METROLOGIE - zákony Zákon České národní rady č. 20/1993 Sb., o zabezpečení výkonu státní správy v oblasti technické normalizace, metrologie a státního zkušebnictví. VR - ZS 2010/2011

35 METROLOGIE SOUSTAVA JEDNOTEK SI (ČSN/EN) - je mezinárodně platná - u nás od viz další prezentace VR - ZS 2010/2011

36 BEZPEČNOST Rok 1920 první Předpisy a normálie ESČ. Normy stanoví nejzákladnější pravidla bezpečnosti elektrických zařízení a práce s nimi. VR - ZS 2014/2015

37 a to by bylo k úvodu vše P 0 úvod VR - ZS 2010/2011

38 VR - ZS 2014