Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb CW01 - Teorie měření a regulace © Ing. Václav Rada, CSc. ZS – 2013/

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

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

T- MaR ANOTACE Získat znalosti potřebné pro analýzu situace, která nastává, pokud je potřeba něco – defi- novanou fyzikální veličinu – změřit. Získat znalosti potřebné pro přípravu měření a řešit je v praxi. Získat znalosti potřebné pro odbornou komu- nikaci v tomto oboru. © VR - ZS 2013/2014

T- MaR 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

T- MaR 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

T- MaR 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 průmyslo- vého rušení a s odstraněním nebo omezením jeho negativních vlivů. © VR - ZS 2013/2014

T- MaR 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 ji- ný přístup, pokud potřebuje aplikovat poznat- ky právě z oblasti měření fyzikálních veličin. © VR - ZS 2013/2014

T- MaR CÍL Měření je kvantitativní (číselné) zkoumání vlast- ností předmětů (jevů, procesů), obvykle porovná-váním s obecně přijatou jednotkou. Výsledkem měření je tedy číslo, které vyjadřu- je poměr zkoumané veličiny k jednotce, spolu s uvedením té jednotky. © VR - ZS 2013/2014 Viz WIKIPEDIE.CZ

T- MaR CÍL Význam měření je hlavně v tom, že: - charakterizuje měřenou veličinu významně přesněji než kvalitativní údaje (např. dlouhý, vysoký, těžký) - dovoluje měření opakovat a porovnávat, ana- lyzovat - výsledek lze zpracovávat matematickými pro- středky, 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

T- MaR 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

T- MaR CÍL - prakticky Cílem měření je experimentální získávání objektivních a reprodukovatelných (i opa- kovatelných) informací o objektivních poznatcích a skutečnostech (stavech). © VR - ZS 2010/2011

T- MaR CÍL - prakticky Pomocí měření se zjišťují : - hodnota měřené veličiny v daném okamžiku (ať je statická – neměnná nebo dynamická – v čase proměnná) - informace pro řídící a rozhodovací činnosti - stav zařízení, průběh procesu, kontrola vlastností - příčina poruchy či závady - bezpečnostní informace. © VR - ZS 2010/2011

T- MaR CÍL - prakticky Hlavní úkol předmětu: - poznat teoretické principy a zásady přístupu k pro- blematice měření - jejich aplikací zabránit chybným nebo neúplným mě- řením - i špatným interpretacím výsledků - zajistit provádění regulérních (obhajitelných a inter- pretovatelných) měření - správně navrhnout a využít fyzikálních principů na kterých jsou snímače vymyšleny a vyvinuty - používat vhodné a problému odpovídající typy (druh, měřicí rozsah, přesnost, atd.). © VR - ZS 2010/2011

T- MaR © VR - ZS 2009/2010 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)

T- MaR ÚVOD Trocha historie nikoho nezabije, jak pravil klasik a tak začněme tímto klasikem … J. A. Komenským (1592 – 1670) a jeho větou, že: „v počtu, míře a váze věcí jsou skryta je- jich tajemství“. Nebo od Galilea, že: „měřit všechno co je měřitelné a pokoušet se, aby to co ještě není se měřitelným, co nejdříve stalo“. © VR - ZS 2010/2011

T- MaR ÚVOD: © VR - ZS 2009/2010 „Stáří “ dnešní podoby měření je asi 200 let. Měřením se v průběhu věků za- bývali – ať chtěli čili vědomě nebo nechtěli čili mimovolně, v průběhu své vědecké činnosti – všichni, jejichž poznatky a závěry dodnes využíváme a používáme. Ale !!! lidstvo měří od svých pra- a prvopočátků – takže nemůže existovat žádné „zahajovací datum“.

T- MaR ÚVOD: © VR - ZS 2019/2011 VYBRANÉ DŮLEŽITÉ BODY VÝVOJE: - termoelektrický jev (Seebeck) fotovoltaický jev (Becquerel) piezoelektrický jev (bratři Curiové) změna odporu vodiče deformací (Kelvin) odporový teploměr (Siemens) polovodiče jako čidla sklo a plasty jako vodiče a čidla 1980 až nanovlákna …….. (současnost i budoucnost)

T- MaR © VR - ZS 2009/2010 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

T- MaR © VR - ZS 2009/2010 Studijní pomůcky 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 literatura - další

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

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

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

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

T- MaR © VR - ZS 2009/2010 Témata PRINCIPY SNÍMAČŮ – mechanický, odporový, kapacitní, indukční, indukč- nostní, magnetický, piezoelektrický, optický, s Hallo- vým jevem, tenzometrický, termoelektrický, s lasero- vým 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, …

T- MaR © VR - ZS 2009/2010 Témata MĚŘICÍ SYSTÉMY - přístrojové vybavení, měřicí řetězce a jejich sesta- vování (návrhy, podmínky, parametry, …), měřicí ústředny - řízení měření, sběr, ukládání a vyhodnocování namě- řených dat počítačem - datové sběrnice a porpojování v sítích (LAN, CAN, Profibus, …). Elektromagnetická kompatibilita – rušení a odrušování.

T- MaR METROLOGIE © VR - ZS 2010/2011 MINISTERSTVO PRŮMYSLU A OBCHODU ČR Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví 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 UŽIVATELÉ ……….

T- MaR © VR - ZS 2009/2010 Zákon číslo 505/1990 Sb., o metrologii (platný od ve znění zákona č. 119/2000 Sb., zákona č. 20/1993 Sb., zákona č. 13/2002 Sb., zákona č. 137/2002 Sb., zákona č. 226/2003 Sb., zákona č. 260/2003 Sb., zákona č. 444/2005 Sb. a zákona č. 481/2008 Sb.). METROLOGIE - zákony

T- MaR 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

T- MaR METROLOGIE SOUSTAVA JEDNOTEK – SI (ČSN/EN) SOUSTAVA JEDNOTEK – SI (ČSN/EN) -je mezinárodně platná -– u nás od © VR - ZS 2010/2011

T- MaR BEZPEČNOST © VR - ZS 2010/2011 Rok 1920 … první „Předpisy a normálie ESČ“. Normy stanoví nejzákladnější pravidla bezpečnosti elektrických zařízení a práce s nimi.

T- MaR … a to by bylo k úvodu vše © VR - ZS 2013/2014 P – 0 – úvod

T- MaR © VR - ZS 2009/2010