Bevezetés a méréstechnikába és jelfeldolgozásba Tárgyalapok és a „LabVIEW” rendszer

1. Bevezetés a méréstechnikába és jelfeldolgozásbaTárgyalapok és a „LabVIEW” rendszer Takács György 1. előadás 2007. 02. 13. T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

2. Minek a méréstechnika műszaki informatikusoknak? T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

3. Az információs technológiák pillérei • Elektronikus, optikai, mágneses, szoftver, ….. technológiák fejlett termékei, mint építőkövek. (Példák: processzor, fényvezető kábel, mágneses tároló, FFT.) és az építőelemekből nagy rendszerré szerveződött objektumok. (Példák: számítógépek, hálózatok, adattárházak.) • Információtartalom „tisztán” informatikai eszközökkel keletkezik és felhasználódik. (Példák: Újság, könyv, film, zene, banki műveletek) • Az információ átvitele, közlése, feldolgozása, megjelenítése. (Példák: GSM, műsorszórás, beszédszintézis) T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

4. Melyik pillér fontosabb? T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

5. A sikeres informatikus mérnök kritériumai • Tudásának pillérei szilárdak (lásd informatika pillérei) • Az informatikus mérnök csapatmunkás. Szakmai látókörének kellően ki kell terjednie az alkotótársak területére is. Kommunikálnia kell, érdemi szakmai vitában érvelnie kell. • A tudomány alapvető eszköze a kísérlet (a mérés) és az érdemi szakmai viták eldöntésének alapja a műszaki életben legtöbbször mérési eredmény. T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

6. A mérés a történelemben és a műszaki alkotásokban • Már a régi görögök is …. nem csak filozófiai szinten….. • Az ókori csodákat nem csak megtervezni kellett, de fantasztikus pontosságú mérések kellettek a kivitelezéshez…. T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

7. PONT DU GARD Épült 19 KrE. Nimes városának vizet szállított kb. 50 km-ről Esése 1:3000 !!! Az esés ingadozása kb. 2-% Hosszmérés pontossági követelménye 1:150 000 T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

8. Sir Clowdisley Shovell (1650-1707) T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

9. Sir Clowdisley is lost in a fog in the English Channel. He gathers the navigators of his fleet to get a definite fix on their location. Satisfied that they are safely off the coast of France, he orders a course home. When a sailor tries to warn him that he's in danger of wrecking on the Scilly Isles, the admiral orders the man hanged as a mutineer. Hours later, his flagship and three other ships of his fleet smash into the rocks. He is swept ashore only to be murdered by a woman who wanted his emerald ring. T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

10. T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

11. A méréstechnikai bevezető szerepe a PPKE informatikus képzésben • A tudáspillérek megszerzése azért is nehéz a dolgok bonyolultságán túl, mert az építőelemek működési elvei nem érzékelhetők. • A mérés érzékelhetővé tesz, ezért segít a működési elvek megértésében már a szakmai részletek tanulása előtt. • Nem kell félni! Meg kell szokni még a szaktárgyak előtt a mérések stílusát, rendjét, fegyelmét. • A méréstechnikai bevezető felvillanthat több elemet e szakma gyönyörűségéből, ezért segít megérteni, hogy érdemes vállalni a kemény alapozó tárgyak gyötrelmeit. T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

12. Mivel foglalkozik ez a tantárgy? • Méréstechnika alapelvei alapfogalmai • Alapvető elektronikai ismeretek • Alapvető mérési rutin megszerzése • Alapvető villamos mennyiségek mérése • Mérőműszerek alapvető felépítése (egyedi általános műszerek, számítógépet is tartalmazó műszerek, mérések számítógéppel, virtuális mérőműszerek • Nem elektromos jellemzők (idő, távolság, földrajzi hely, stb.) elektromos mérésének alapjai T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

13. Konkrét tananyag I. • Első rész – Takács György - előadások • Bevezetés • LabWIEW (virtuális mérőműszerek) • ELVIS (virtuális és valós mérőműszerek együtt) • Feszültség és áram mérése • Frekvencia és idő mérése • Modellalkotás, hibaszámítás • Mintavételezés, kvantálás, jelek felbontása összetevőkre • Műholdas helymeghatározás • Első rész - laboratóriumi gyakorlatok • LabVIEW 2x3 óra • ELVIS gyakorlatok 3x3 óra, passzív alkatrészek mérése, feszültségosztó mérése, RC tag mérése • GPS bemutató mérés 1x3 óra T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

14. Konkrét tananyag II. • Második rész – Kovács Ferenc - előadások • Alapvető elektronikai ismeretek • Diódák tranzisztorok • Mikrokontrollerek felépítése és programozása • Mikrokontroller alkalmazások • Második rész - laboratóriumi gyakorlatok • Dióda mérés • Tranzisztor mérés • Mikrokontroller mérés (3x3óra) T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

15. T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

16. Tanulási segédletek • Könyv nincs! • Első rész előadásainak vetített anyaga a honlapomon megjelenik az előadás után http://digitus.itk.ppke.hu/~takacsgy/ • Mérésekhez háttéranyagok és mérési utasítások Tihanyi Attila laborvezető honlapján jelennek meg. http://digitus.itk.ppke.hu/tihanyia • Második rész – Kovács Ferenc professzor adja meg! T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

17. Tantárgykövetelmények! • Valamennyi mérési feladat elvégzése, • Legalább elégséges zárthelyik. • Gyakorlati jegy: A zárthelyik érdemjegyből amelyet a mérések előtti villámzárthelyik jegyei és a jegyzőkönyvek módosíthatnak +/- egy jegy értékkel. • Felkészülés a mérésekre: A mérési utasítások alapján és a kapcsolódó tananyag ismeretével, amelyet a villámzárthelyi ellenőriz. T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

18. Mérési jegyzőkönyv követelmények! • A mérés helye, ideje, mérőcsoport tagjainak neve • A mérési feladat pontos megnevezése, a felhasznált mérőeszközök, szükség szerint a mérési eljárás vázlata. • A mérés eredményei (mértékegységgel!!) • A mérési eredmények értékelése, értelmezése. • A jegyzőkönyv elektronikus formában készül és a mérési feladat leírásában szereplő címre kell elküldeni elektronikus levél mellékleteként. A levél tárgya is adott. Beküldési határidő általában a mérés napján éjfél. • Mások mérési eredményeinek átvétele, másolása fegyelmi eljáráshoz vezet. T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

19. Mérőműszerek felépítési elvei • Általános műszerek (analóg és digitális) • Célműszerek • Számítógépben megvalósuló mérésadatgyűjtő és feldolgozó rendszerek T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

20. Általános célú (amatőr) műszer T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

21. Brüel&Kjear Hangnyomásszint mérője 2006-as modell T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

22. T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

23. T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

24. T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

25. AZ ETT-10 TELEFON ÉS KÖZPONT VIZSGÁLÓ T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

26. T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

27. T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

28. T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

29. A méréstechnika alapelvei, alapfogalmai • Mérés = összehasonlítás • Minden mérésnek hibája van! • A mérés megzavarja a vizsgált jelenséget! A mérendő és mérő illesztése. • Hitelesítés T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

30. Mérés = összehasonlítás • A mérés célja: egy mennyiség értékét célszerű pontossággal meghatározni • A mérés feladata: a mérendő mennyiséget egyezményes etalonnal összehasonlítsa • Az etalon nincs mindig jelen! Lehet közvetetten is mérni egy használati mérőeszközzel (amelyet leszármaztatás útján etalonnal hitelesítettek). T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

31. etalon • Az etalon mérték, mérőeszköz, anyagminta vagy mérőrendszer, amelynek az a rendeltetése, hogy egy mérhető mennyiség egységét, illetve egy vagy több ismert értékét definiálja, megvalósítsa, fenntartsa vagy újraelőállítsa és referenciaként szolgáljon. A rendszeresen mértékek, mérőeszközök vagy anyagminták kalibrálására vagy ellenőrzésére szolgáló etalonokat használati etalonoknak nevezik. T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

32. leszármaztatás (átszármaztatás) • A leszármaztatás (vagy átszármaztatás) az országos etalontól a használati mérőeszközökig húzódó mérések megszakítatlan láncolatának elvégzése, melyek célja a mértékegység átvitele a legpontosabb mérőeszközökről (az etalonokról) a kisebb pontosságú mérőeszközökre, minél kisebb mértékű és feltétlenül ismert nagyságú pontosságveszteség mellett. A leszármaztatás biztosítja a mérési eredmények visszavezethetőségét. A leszármaztatási lánc (vagy visszavezethetőségi lánc) felsőbb szakaszai általában a mérésügyi szerveknél, alsóbb szakaszai különféle laboratóriumokban valósíthatók meg. • Kötelező hitelesítésű mérőeszközök esetében a teljes leszármaztatást szakhatóság, azaz a mérésügyi szervek laboratóriumai végzik. T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

33. A mérésügy központi irányító, felügyeleti és ellenőrző szerve az Országos Mérésügyi Hivatal (OMH), a Kormány által kijelölt miniszter irányítása alatt álló, önálló feladat- és hatáskörrel rendelkező központi hivatal T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

34. A Méteregyezmény • A Méteregyezmény 1875. május 20-án, • Párizsban tizenhét állam aláírásával jött létre, • a méteren alapuló ún. metrikus mértékegységrendszer • (a mai SI elõdje) nemzetközi bevezetése, közös etalonokra • való visszavezetése és a • Nemzetközi Súly- és Mértékügyi Hivatal (BIPM) • létrehozása és közös hasznosítása érdekében. • (Az egyezményt 1921-ben módosították). T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

35. Az OMH Alapmérések II. Főosztály tevékenységéből részlet • Elektromos mérések: • elektromos alapmennyiségek mérése (egyen- és váltakozóáram és feszültség mérése, ellenállás-, kapacitás- és induktivitásmérések) • idő- és frekvenciamérések • váltakozóáramú teljesítmény-, csillapítás- és impedanciamérések • közúti sebességellenőrző berendezések típusvizsgálata és hitelesítése • villamos kalibrátorok és multiméterek kalibrálása T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

36. Az OMH Metrológiai Főosztály tevékenységéből részlet: • Szoftvervizsgálat: • a sorsolásos játékok megfelelőségi vizsgálatának, típusvizsgálatának végzése, • rulettasztalok hitelesítése • külföldön kidolgozott szoftvervizsgálati eljárások bevezetése és alkalmazása • elméleti szakmai munka folytatása a mérési folyamatok megbízhatóságának értékelésére T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

37. 1991. Az Országgyűlés megalkotja a mérésügyről szóló 1991. évi XLV. törvényt, amely megerősíti, hogy az Országos Mérésügyi Hivatal a mérésügy országos hatáskörű, központi irányító, ellenőrző és felügyeleti szerve. Az OMH zászlaját, címerét, működésének rendjét a szervezeti és működési szabályzat rögzíti.Előbb társult, majd uniós csatlakozásunktól rendes tag a nemzetközi regionális metrológiai szervezetekben (EUROMET, WELMEC). Kölcsönös elismerési megállapodás (MRA) aláírása a BIPM-ben a Méteregyezményt aláírt tagországok között.Részvétel a Nemzeti Akkreditáló Testület tevékenységében. Az EU irányelvekkel harmonizáló magyar jogszabályok kidolgozása. Minőségügyi rendszer bevezetése és működtetése az OMH-ban. • 2006: • A 206/2006. (XII. 20.) Korm. rendelet 14. § (2) pontja szerint 2007. január 1-től az Országos Mérésügyi Hivatal megszűnik, általános jogutódja a Magyar Kereskedelmi Engedélyezési Hivatal (MKEH). T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

38. A méréstechnika alapelvei, alapfogalmai • Mérés = összehasonlítás • Minden mérésnek hibája van! • A mérés megzavarja a vizsgált jelenséget! A mérendő és mérő illesztése. • Hitelesítés T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

39. Minden mérésnek hibája van! • t.f.h. a mért mennyiség pontos értékét ismerhetnénk (ap) • a sokszor elvégzett mérés átlaga ettől eltér (aa) • A két érték eltérése a mérési hiba Hr • A mérési hiba csökkenthető, ha pontosabb műszerrel, jobb mérési módszerrel mérünk. T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

40. Hr x ap aa T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

41. A mérési hibák eredete Rendszeres hiba vagy rendszerhiba • csak egy értéke lehet, • ez az érték meghatározható, • ezért korrigálni lehet, • a rendszerhiba egyik fajtája a műszerhiba (hitelesítéssel javítható) • a rendszerhiba másik fajtája a módszerhiba (nem alkalmas műszer vagy a mérés megzavarja a mérendő objektumot) Véletlen hiba • leolvasás hibája • mérési körülmények változása (hőmérséklet, hálózati feszültség, légnyomás ingadozása) • zaj, külső zavaró jel T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

42. Rendszerhiba vagy véletlen hiba? • József Attila • Mondd, mit érlel…. • . • . • Mondd mit érlel annak a sorsa, • ki sót mér, krumplit, kenyeret, • hozomra újságpapirosba • s nem söpri le a mérleget; T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

43. A méréstechnika alapelvei, alapfogalmai • Mérés = összehasonlítás • Minden mérésnek hibája van! • A mérés megzavarja a vizsgált jelenséget! A mérendő és mérő illesztése. • Hitelesítés T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

44. R1 R1 Ug Ug R2 U R2 U’ Rm R2 R2 U=Ug U’= Ug R1+R2 R2 R1+ R2+ R1 Rm A mérés megzavarja a vizsgált jelenséget! A mérendő és mérő illesztése. Példa: feszültség mérése valóságos voltmérővel T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

45. Másik példa: a voltmérő csatlakoztatásával a földvezetéken áram folyik R1 Ug R2 U’ Rm Rs Rf1 Uzavar T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

46. A méréstechnika alapelvei, alapfogalmai • Mérés = összehasonlítás • Minden mérésnek hibája van! • A mérés megzavarja a vizsgált jelenséget! A mérendő és mérő illesztése. • Hitelesítés T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

47. hitelesítés • A hitelesítés célja annak az elbírálása, hogy a mérőeszköz megfelel-e a mérésügyi követelményeknek. A hitelesítés mérésügyi hatósági tevékenység, melyet csak feljogosított hitelesítő végezhet. • A hitelesítés fázisai: • annak a megállapítása, hogy a hitelesítendő mérőeszköz az engedélyezett típusnak megfelel-e, • méréssel történő vizsgálata annak, hogy a mérőeszköz pontossága megfelel-e a hitelesítési hibahatár követelményének és • a hitelesség tanúsító jellel és/vagy okirattal történő igazolása (tanúsítás). T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

48. Micsoda és mire való a LabVIEW • A LabVIEW egy grafikus programnyelv • A LabVIEW programok alkalmasak vizsgálatok és mérések létrehozására egy számítógépen, adatgyűjtésre, elemzésre, mérési jegyzőkönyvek készítésére. • A LabVIEW programok virtuális eszközök, megjelenésükben és működésükben utánozzák a fizikai eszközöket, műszereket. • Építeni, kipróbálni, használni lehet a virtuális műszereket. • Platform-semleges, Windows hívők és Linux hívők egyaránt használhatják. T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

49. A LabVIEW elemei • Felhasználói kezelői felület, előlap, front panel • Front panel input funkciók: kezelőgombok, kapcsolók, nyomógombok, • Front panel output funkciók: kijelzők, LED-ek, mutatós és egyéb műszerek. • Block diagram, műszerbelső T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.

50. Készítsünk könnyen, gyorsan generátort, oszcilloszkópot, multimétert • Nagyon nehéz??? T.Gy. Bev Merestechn. 2007.02.13.