Teorie měření a regulace

Transkript

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

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

3 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

4 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

5 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

6 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

7 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

8 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

9 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

10 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 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

11 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

12 Mezinárodní organizace: Bureau International des Poids et Mesures Pavillon de Breteuil F France, Servres Cedex VR - ZS 2012/2013

13 - 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

14 - zákonná struktura VR - ZS 2014/2015

15 - zákonná struktura 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

16 - zákonná struktura Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví (Gorazdova 24, P.O.BOX 49, Praha ) 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

17 - zákonná struktura 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

18 - zákonná struktura 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

19 - zákonná struktura 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

20 - zákonná struktura 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 HV 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

21 - zákonná struktura 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

22 - zákonná struktura 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

23 - zákonná struktura 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

24 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

25 - zákonná struktura 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

26 - zákonná struktura 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

27 - zákony 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

28 - zákony - 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

29 - zákony 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

30 - zákony 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

31 - zákony Základní pojmy a definice v oblasti metrologii jsou uvedeny v: Mezinárodním slovníku základních a všeobecných termínů v metrologii v normě ČSN a v ČSN ISO až 6 Přesnost (správnost a shodnost) metod a výsledků měření - Část 1: Obecné zásady a definice. VR - ZS 2012/2013

32 - zákony Zákon číslo 505/1990 Sb., o metrologii (ze dne platný od ) 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

33 - zákony 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 ) - 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

34 - zákony Další zákonné normy a předpisy: VIZ PŘEDNÁŠKOVÉ PREZENTACE O LEGISLATIVĚ.. VR - ZS 2014/2015

35 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

36 Vybrané historické body lidského poznání v oboru měření, které lze považovat za rozhodující - před: 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

37 Prvními národy se svou vlastní měrovou soustavou před více než 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

38 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

39 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

40 zdroj: wiki/soubor:vitruvian_ Man_Measurements_cs. png VR - ZS 2014/2015

41 yard (yd) jednotka délky = 3 stopám nebo 36 palcům - pochází ze saského slova gyrd (ve smyslu držet) zavedena po dobytí Anglie Normany v roce 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

42 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, feets = 1 mile, yards = 1 mile. VR - ZS 2014/2015

43 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 VR - ZS 2014/2015

44 První historicky známý výnos o metrologii v Čechách a na Moravě z roku 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

45 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 ještě před přistoupením monarchie k Metrické konvenci - zavedeny dvě základní jednotky = metr a kilogram. VR - ZS 2014/2015

46 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 Vývoj v českých zemích sledoval dění v monarchii. VR - ZS 2014/2015

47 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 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

48 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

49 DEFINICE JEDNOTEK 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

50 DEFINICE JEDNOTEK SI (ČSN/EN) - je mezinárodně platná u nás od 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

51 DEFINICE JEDNOTEK 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

52 DEFINICE JEDNOTEK 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 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 VR - ZS 2012/2013

53 DEFINICE JEDNOTEK SI (ČSN/EN) VR - ZS 2012/2013 Připravované nové definice se mají opírat o pevně stanovené hodnoty základních stavů: * frekvence hyper-jemného štěpení atomu cesia ( 133 Cs) je přesně Hz, * rychlost světla ve vakuu c je přesně m/s, * Planckova konstanta h je přesně 6,626 06X*10-34 Js (s 1 m 2 kg ), * elementární náboj e, je přesně to, X*10-19 C (coulomb), * Boltzmannova konstanta k je přesně 1,380 65X*10-23 J/ºK, * Avogadrova konstanta N A je 6,022 14X*10 23 mol 1, světelná účinnost monochromatického záření o frekvenci 540 THz, K cd je 683 lm/w symbol X v číselných hodnotách konstant bude nahrazen jednou nebo více číslicemi.

54 DEFINICE JEDNOTEK 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

55 DEFINICE JEDNOTEK SI (ČSN/EN) má 7 základních jednotek a 2 doplňkové: - délka metr m - hmotnost kilogram kg - čas sekunda s - el. proud ampér A - termodynamická teplota kelvin K - látkové množství mol mol - svítivost kandela cd - rovinný úhel radián rad - prostorový úhel steradián sr VR - ZS 2012/2013

56 METROLOGIE SOUSTAVA JEDNOTEK SI (ČSN/EN) má 22 odvozených jednotek a xn doplňkových: - hertz Hz frekvence --/s s -1 - newton N síla kg*m/s 2 - pascal Pa tlak N/m 2 - joule J pracovní energetika N*m kg*m*s -2 - watt W výkon J/s - coulomb C el. náboj A*s - volt V el. napětí W/A - farad F el. kapacita C/V VR - ZS 2014/2015

57 METROLOGIE SOUSTAVA JEDNOTEK SI (ČSN/EN) má 22 odvozených jednotek a xn doplňkových: - ohm Ω el. odpor V/A - siemens S el. vodivost A/V - weber Wb magnetický tok V*s - tesla T intenzita mag. toku Wb/m -2 - henry H indukce Wb/A - degree Celsius ºc teplota K - lumen lm (emitovaný) světelný tok cd*sr - lux lx osvětlení lm/m -2 VR - ZS 2014/2015

58 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 tepelný odpor K/W - akustický ohm akustický odpor Pa*s/m -3 - poiseuille PI dynamická viskozita Pa*s - nit nt jas cd/m -2 - molal chemická koncentrace mol/kg VR - ZS 2014/2015

59 SOUSTAVA c m JEDNOTEK h kg e A Definiční jednotky Fyzikální jednotky k K mol N A K CD cd S Δν ( 133 C) VR - ZS 2012/2013

60 DEFINICE JEDNOTEK 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

61 DEFINICE JEDNOTEK 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

62 DEFINICE JEDNOTEK SI (ČSN/EN) Délka 1 metr je délka dráhy, kterou urazí světlo ve vakuu za 1/ sekundy. VR - ZS 2012/2013

63 DEFINICE JEDNOTEK 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

64 DEFINICE JEDNOTEK SI (ČSN/EN) Čas 1 sekunda je doba trvání Hz (period) záření, odpovídající přechodu mezi dvěma hyperjemnými hladinami základního stavu atomu 133 Cs - atom cesia musí být v klidu a teplota pozadí blízká 0 ºK. Starší definice: je to zlomek 1/ středního slunečního dne. Přesná definice "střední sluneční den" bylo ponechána na astronomy. VR - ZS 2012/2013

65 DEFINICE JEDNOTEK 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

66 DEFINICE JEDNOTEK 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

67 DEFINICE JEDNOTEK 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

68 DEFINICE JEDNOTEK 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 12 C. Podle současných znalostí je v tomto množství uhlíku (6, ±0, )*10 23 atomů. Připravovaná nová definice molu se má opírat o pevně stanovenou Avogadrovu konstantu. VR - ZS 2012/2013

69 Předpony soustavy SI 10 n Předpona Znak Název Násobek Původ Příklad yotta Y kvadrilion řec. ὀκτώ osm zetta Z triliarda fr. sept sedm exa E trilion řec. ἕξ šest EB - exabajt peta P biliarda řec. πέντε pět PJ petajoule tera T bilion řec. τέρας netvor TW terawatt 10 9 giga G miliarda řec. γίγας obrovský GHz gigahertz 10 6 mega M milion řec. μέγας velký MeV megaelektronvolt 10 3 kilo k tisíc řec. χίλιοι tisíc km kilometr 10 2 hekto h sto 100 řec. έκατόν sto hpa hektopascal 10 1 deka da deset 10 řec. δέκα deset dag dekagram jedna 1 m metr VR - ZS 2012/2013

70 Předpony soustavy SI 10 n Předpona Znak Název Násobek Původ Příklad jedna 1 m metr 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, řec. μικρός malý µa mikroampér 10 9 nano n miliardtina 0, řec. νανος trpaslík nt nanotesla piko p biliontina 0, it. piccolo malý pf pikofarad femto f biliardtina 0, dán. femten patnáct fm femtometr atto a triliontina 0, dán. atten osmnáct as attosekunda zepto z triliardtina 0, fr. sept sedm yokto y kvadriliontina 0, řec. ὀκτώ osm VR - ZS 2012/2013

71 Existuje také historická předpona metrické soustavy Myria (zkratka ma), znamenající násobek základní jednotky - tato předpona nebyla začleněna do soustavy SI. VR - ZS 2010/2011

72 Binární předpona je předpona jednotky vyjadřující násobek mocniny 2. Ve výpočetní technice je od IEC doporučeno používat: Binární předpony 10 k 2 n Znak Název Hodnota Ki kibi Mi mebi Gi gibi Ti tebi Pi pebi Ei exbi Zi zibi Yi yobi VR - ZS 2010/2011 Poznámka: 10 k není rovno 2 n, je to jen nejblíže odpovídající mocnina.

73 SOUSTAVA JEDNOTEK SI (ČSN/EN) Další informace: en.wikipedia.org/wiki/main_page 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 nejistoty.pdf VR - ZS 2014/2015

74 BEZPEČNOST První Předpisy a normálie ESČ rok Od roku 1950 je pojem bezpečnost elektrických zařízení přesně definována normou ČSN : 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

75 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

76 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

77 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 ( VR - ZS 2010/2011

78 MĚŘENÍ praktická 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

79 MĚŘENÍ praktická 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

80 MĚŘENÍ praktická OBECNÝ ÚVOD - praxe Obvyklé pracovní prostředí elektrických i elektronických měřicích přístrojů má tyto hodnoty: * teplota vzduchu okolního prostředí 0 (-10) až +35 (30) o C * relativní vlhkost vzduchu 45 až 75 % * (barometrický) tlak vzduchu 86 až 160 kpa. VR - ZS 2014/2015

81 MĚŘENÍ praktická 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

82 MĚŘENÍ praktická 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

83 MĚŘENÍ praktická 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

84 MĚŘENÍ praktická 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

85 MĚŘENÍ a to by bylo k úvodu vše P 1 - úvod VR - ZS 2014/2015

86 VR - ZS 2014/2015