Ústav technických zařízení budov MĚŘENÍ A REGULACE Ing. Václav Rada, CSc. ZS – 2003/2004

Měření a regulace ÚVOD Cílem měření je experimentální získávání objektivních a reprodukovatelných (i opakovatelných) informací o objektivních poznatcích a skutečnostech (stavech). Pomocí měření se zjišťují : - hodnota měřené veličiny v daném okamžiku - informace pro řídící a rozhodovací činnosti - stav zařízení, průběh procesu, kontrola vlastností - příčina poruchy či závady - bezpečnostní informace

Měření a regulace MĚŘENÍ – základní pojmy * METROLOGIE * MĚŘENÍ * ZKUŠEBNICTVÍ * VELIČINA – FYZIKÁLNÍ ROZMĚR – JEDNOTKA * SOUSTAVA JEDNOTEK (NORMA) * HODNOTA (SKUTEČNÁ ** NAMĚŘENÁ) * MĚŘICÍ METODA – MĚŘ. POSTUP – MĚŘ. PŘÍSTROJ * PŘESNOST ** OPAKOVATELNOST – CHYBA MĚŘ. * ETALON (PRIMÁRNÍ ** SEKUNDÁRNÍ)

Měření a regulace MĚŘENÍ – trocha historie GALILEO – měřit všechno co je měřitelné a pokoušet se, aby to co ještě není se stalo měřitelným „Stáří “ dnešní podoby měření je asi 200 let : - termoelektrický jev (Seebeck) fotovoltaický jev (Becquerel) piezoelektrický jev (bratři Curiové) změna odporu vodiče deformací (Kelvin) odporový teploměr (Siemens) polovodiče jako čidla 1950

Měření a regulace TEORIE MĚŘENÍ - experiment POSTUP: - 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 - vypracování zprávy (protokolu) i měření a výsledcích (vč. popisu metody a průběhu měření, tabulek, grafů, literatury)

Měření a regulace TEORIE MĚŘENÍ - metody PŘÍMÁ - vyplývá z definice měřené veličiny (rychlost) NEPŘÍMÁ (kombinační) - veličina se zjistí (vypočte) ze vztahu k jiné veličině, kterou skutečně změříme NEZÁVISLÁ (absolutní) - přímým odečtem veličiny (čas) SROVNÁVACÍ (relativní) - porovnáním s etalonem = kompenzační (výchylková, nulová, rozdílová) – substituční (nahrazovací) – interpolační (dvě kompenzační nebo substituční hodnoty, které určí interpolací výsledek) ** vzhledem k času = statická – dynamická (velmi náročné na přípravu a vyhodnocení)

Měření a regulace TEORIE MĚŘENÍ - chyby NÁHODNÉ (což jsou chyby s obtížně - nebo vůbec - zjistitelným původem) – mívají statistické zákonitosti HRUBÉ a OMYLY (rozsah, nesprávná stupnice, napájení) OPRAVA - KOREKCE CHYB SYSTEMATICKÉ (SOUSTAVNÉ) což jsou chyby opakující se (pravidelně) – vznikající obvykle jako důsledek definovatelné příčiny či nedokonalosti = POČETNÍ (zaokrouhlení konstant) - PŘÍSTROJOVÉ (konstrukce přístroje, vliv okolí, vadné cejchování) - ČTENÍM (ručkové) - OBSLUHY

Měření a regulace CHYBY MĚŘENÍ ABSOLUTNÍ CHYBA ∆X = X (přístroj) – X (skutečná) Platí i pro měření v závislosti na probíhajícím čase RELATIVNÍ CHYBA ∂ X = ∆X / X (odečet na přístroji) * 100 % POMĚRNÁ (redukovaná) CHYBA ∂ XM = ∆X / M (měřicí rozsah) * 100 %

Měření a regulace METROLOGIE MINISTERSTVO PRŮMYSLU A OBCHODU ČR Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví (Praha) Český institut pro akreditaci - ČIA (Praha + Brno) Český metrologický institut - ČMI (Brno) oblastní inspektoráty pobočky inspektorátů výzkumné metrologické ústavy Zákon č. 505/1990 Sb. o metrologii

Měření a regulace METROLOGIE ČMI zajišťuje: - státní a primární etalonáž jednotek a stupnic - uchovává předmětné etalony a porovnává je v mezinárod - ním styku - přenos primárních na sekundární (kontrolní) etalony - osvědčení metrologických laboratoří - registraci výrobců a opravářů měřidel - konzultace a poradenství pro další pracoviště -

Měření a regulace SOUSTAVA 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) - zjednodušuje používání rovnic a výpočtů obecně

Měření a regulace SOUSTAVA JEDNOTEK – SI (ČSN/EN) - má 7 základních jednotek a 2 doplňkové: délkametrm hmotnostkilogramkg čassekundas el. proudampérA termodynamická teplotakelvinK látkové množstvímolmol svítivostkandelacd rovinný úhelradiánrad prostorový úhelsteradiánsr

Měření a regulace SNÍMAČ versus ČIDLO SNÍMAČ - ta část měřicího řetězce (přístroje), která zaručuje převod snímané (měřené) fyzikální veličiny na elektrický signál - obsahuje čidlo, obvody úpravy signálu, napájení ČIDLO - ta část snímače (měřicího řetězce, přístroje), která je přímo ve styku se snímanou (měřenou) fyzikální veličinou - obvykle konstrukční celek, součástka jako prvek DETEKTOR - prvek identifikace dané fyzikální veličiny, aniž by musel udávat hodnotu

Měření a regulace SNÍMAČE - informační obsah (kapacita informace, rozlišovací schopnost, přesnost, … - jednoznačnost převodu - vhodné vlastnosti (statické i dynamické) - energetické poměry a stavy - jednoduchá konstrukce + „nulová“ údržba - životnost + spolehlivost - diagnostikovatelnost

Měření a regulace SNÍMAČE * AKTIVNÍ – přímá přeměna veličiny na el. signál (termočlánky, piezoelektrický článek, Hallova sonda, …) * PASIVNÍ – nepřímá přeměna veličiny na el. signál – vyžadují napájení (externí nebo z měřené veličiny) – princip: - přímo fyzikální jev (tenzometr) - mechanická změna odporu, kapacity, … (hladinoměry, polohové potenciometry,…) - kompenzační – srovnání s etalonem

Měření a regulace SNÍMAČE - signály * ANALOGOVÉ spojité - determinované - nedeterminované nespojité * DISKRÉTNÍ spojité vícebodové číslicové (digitální) nespojité