metrologija v meteorologiji - lmk · university of ljubljana faculty of electrical engineering...

University of Ljubljana

Faculty of Electrical Engineering

Meritve UNI Priprave na laboratorijski praktikum

Študijsko leto 2014/15

Gregor Geršak

nacionalni laboratorij

za temperaturo in relativno vlažnost

www.mero.si

Izr. prof. dr. Gregor Geršak, univ. dipl. inž. ele. avtom. kib. med.

LMK in kabinet

gregor.gersak@fe.uni-lj.si

tel 4768 245

http://gg.fe.uni-lj.si/

Izr. prof. dr. Gregor Geršak

doc. dr. Domen Hudoklin

prof. dr. Dušan Agrež doc. dr. Samo Beguš

doc. dr. Gaber Begeš

magnetika

biomedicina

elektrika

Magnetika

Laserji

akustika

prof. dr. Janko Drnovšek

g. Martin Stanonik g. Janez Korošin

• Predstavitev predmeta in učiteljev

• Nekaj osnovnih elektrotehniških pojmov

• Multimetri

• Osciloskop

• Merjenje in merilna negotovost

• Vaje

VSEBINA

1. vaja – vključitev inštrumentov v vezje

2. vaja – določevanje odzivnega časa in mejne frekvence

3. vaja – Fouriejeva transformacija in OSC

4. vaja – ničelna metoda, ločljivost instrumenta

5. vaja* – merjenje upornosti

6. vaja - Wheatstonov mostič

7. vaja – umerjanje voltmetra

8. vaja – določevanje negotovosti tipa A

9. vaja* – preskušanje števca

10. vaja – nelinearnost senzorja in robotsko merjenje toka

Vsebina laboratorijskih vaj (Meritve)

www.lmk.si

www.mero.si

Pravila ocenjevanja vaj (Geršak)

• končna ocena vaj: 6 do 10 (Gauss)

• 100 % prisotnost na laboratorijskih vajah (zdravniško opravičilo, profesor Agrež)

• Pripravljanje na pisni izpit: 50 % rešeni izpiti (profesor Agrež)

50 % vaje

Pravila ocenjevanja vaj (Geršak)

ocenjevanje

• Takoj po uri ocenim poročilo vaje (ocena + do +++)

+ – slabša izvedba in poročilo

++ – vaja narejena do konca, poročilo primerno

+++ – dodatno delo, nenadkriljivo, neverjetno

ocena +++ je zelooooo redka!

• Na koncu semestra po Gaussovi porazdelitvi ocenim vaje in

pošljem prof. Agrežu oceno od 6 do 10

popravki ocene

+1 ocena - za sodelovanje na pripravah ali posebne dosežke med

vajami

–1 ocena - če poročilo ni oddano pravočasno

Časovni termini

• 4x priprave na vaje

• 10 x laboratorijske vaje (prve vaje so 3.11.2014)

SAMSUNG

http://www.bbc.com/news/technology-

34412501

http://www.siol.net/novice/slovenija/20

15/09/volkswagen_evroposlanci.aspx

Test galone bencin

Metrologija meroslovje

Á tous les temps, á tous les peuples! Za vse čase in za vse narode!

7. aprila 1795 je francoski zakon

predpisal decimalni metrični sistem in

nazive enot tega sistema: meter za

dolžino, ar za površino, liter za

prostornino in gram za maso.

Razvoj definicije metra

Datum Definicija metra negotovost

realizacije

1791 Četrtina poldnevnika Zemlje 0.06 mm

1889 Mednarodni prototip metra 0.002 mm

1960 Kriptonova svetilka 0.000 007 mm

1983 Hitrost svetlobe 0.000 000 7 mm

danes Hitrost svetlobe z izboljšano točnostjo He-Ne

laserja

0.000 000 02 mm

patent o cimentiranju (1777)

• Marija Terezija odredi, kakšna merila se lahko uporabljajo ter

kako in kje se overjajo.

• 100 let pred Metrsko konvencijo imamo že urejen meroslovni

sistem.

Metrska

konvencija

prameter

prakilogram

“MKS” sistem

H prameter

prakilogram K

sekunda

“MKSA” sistem

kilogram

sekunda

kilogram

sekunda

kelvin

kandela

“SI” sistem

kilogram

sekunda

kelvin

kandela “SI” sistem

kilogram

sekunda

kelvin

kandela

dolžina (meter)

Meter (m) je dolžina poti, ki jo prepotuje svetloba v vakuumu v času 1/299 792 458 sekunde.

masa (kilogram)

Kilogram (kg) je enota za maso in ustreza masi mednarodnega prototipa kilograma.

čas (sekunda)

Sekunda (s) je trajanje 9 192 631 770 period sevanja, ki ustreza prehodu med dvema hiperfinima nivojema cezijevega atoma 133 v osnovnem stanju pri temperaturi 0 K.

električni tok (amper)

Amper (A) je konstantni enosmerni električni tok, ki v vakuumu pri prehodu skozi dva ravna, en meter oddaljena, neskončno dolga, vzporedna vodnika z zanemarljivo majhnim krožnim prerezom, povzroča silo 2×10-7 N/m.

termodinamična temperatura (kelvin)

Kelvin (K) je enota termodinamične temperature, ki je enaka 1/273,16 delu termodinamične temperature trojne točke vode.

množina snovi (mol)

Mol (mol) je množina snovi sistema, ki vsebuje toliko elementarnih enot, kolikor je atomov v 0,012 kg ogljika 12C. Ogljik mora biti v nevezanem stanju, v mirovanju in v osnovnem stanju. Kadar uporabljamo enoto mol morajo biti elementarne enote točno označene ter so lahko atomi, molekule, ioni, elektroni ali drugi delci ali skupine delcev.

svetilnost (kandela)

Kandela (cd) je svetilnost vira sevanja, ki v določeno smer oddaja monokromatsko sevanje s frekvenco 540 THz in ima v tej smeri energijsko jakost sevanja 1/683 vatov na steradian.

Kilogram (kg) je enota za maso in je

ustreza masi mednarodnega prototipa

kilograma.

Ta definicija je bila sprejeta leta 1989. Leta 1989 je bila definicija dopolnjena v

smislu, da je kilogram enak masi mednarodnega prototipa »takoj po postopku

čiščenja po BIPM metodi«.

izdelan leta 1879, izbran za K leta 1883

material 90% Pt in 10 % Ir

gostota 21 500 kg/m3 (jeklo 8 000 kg/m3)

premer in višina okoli 39 mm

hranjen na temperaturi 19 °C ± 1 °C

pod tremi steklenimi zvoni v Parizu

do sedaj le 3x uporabljen v neposredni primerjavi

- leta 1889, 1946 in 1989

Témoins so bili do sedaj le trikrat primerjani s

prakilogramom K. Pri tem je bilo ugotovljeno, da njihove

mase proti K v stotih letih povprečno rastejo za okoli

0.5 mg/leto.

primarni etalon

-Ir 21,5 g/cmTémoins

nacionalni prototipkilograma

Pt-Ir 21,5 g/cm3

NMI (PTB)

nacionalni primarni etalon

jeklo 8 0 , g/cm3

NMI (PTB)

referen ni etaloniakreditiranih

laboratorijevjeklo (medenina)

referenčni odjetij

(medenina)

etalonip

slovenski nacionalnietalon (razred E1)

U=15·10 kg-8

delovni etaloni ( razredi E2, F1, F2, M1, M2, M3)

po potrebi, v BIPM

U=0 po definiciji !?

U=5·10 kg-10

U=5·10 kg-9

U=3·10 kg-8

U=15·10 kg (M3)-5

p or totipnaprecizijska

tehtnicaločljivost 10 kg

ke tehtn

razredtočnosti 1

0,001 g e

razredtočnosti 4

razredtočnosti 2

0,001 g e<0,1 g

razredtočnosti 3

0,1 g e<5 g

po potrebi o , v BIPMz. na okoli 12 let

po potrebi o , v z. na okoli 5 let NMI

letno NMI, v

letno na mestu uporabe,

Sledljivost meritev

Realizacija kilograma v prihodnosti

Zemlja, <5 m neravnin

Merjenje resnice

1 stoletje našega štetja

Senzorična metrologija, npr. merjenje čustev

Time Magazine, Oct. 9th 2006

83% happy

9% disgusted

6% fearful

2% angry

EEG, ECG, EMG, MEG, fMRI, EDA, facile EMG, respiration,

eye movement tracking, pattern recognition, computer

vision, thermography…

Sadje in zelenjava

• Banane

• Čokolade

• Puše

• Činči

• Krokodilčki

• Koaksialci

• Trafoti

• Variaki

• Beenceji

=≈ 2

krokodilčki

činči

čokoladice

čeveljčki

BNC konektor

Banane in puše

variak

UTP konektor

• voltmetri

• ampermetri

• vatmetri

• ohmmetri

• frekvencmetri

• multimetri

Merilni inštrumenti

Priključitev multimetra

• Kot voltmeter

• kot ampermeter

• Kot enostavni ohmmeter 2W

• Kot točnejši ohmmeter 4W

Front terminal

Rear terminal

Priključitev vatmetra

93,23 W

Analogni inštrument

• Območje - katero skalo gledamo?

• Doseg

• Kazalec zabit

• Kazalec na koncu skale, točneje

Nastavljanje toka/napetosti s potenciometrom

Napajalni viri

Napetostni vir

Tokovni vir

R0 I0 Rb

Izmenično (sinusno)

napajanje

Funkcijski generator

variak

Napajalni viri

Priključevanje instrumentov

Tokovna veja

Napetostna veja

Merjenje moči...

Primer neustrezne vezave...

Popravljena vezava...

Po priključitvi inštrumentov pokličite asistenta, da preveri vezavo (visoke napetosti!)

-39,12

-39,09

-39,06

-39,03

-38,97

0 0,01 0,02 0,03t / s

izhod filtra

vhod filtra

Podajanje rezultatov Grafi

0 50 100 150 200

f / kHz

0 50 100 150 200

f / kHz

Osciloskop

Ch1 Ch2

Osciloskop - zaslon

Osciloskop - tipke

Osciloskop

• Zaslon = mreža 10x10 ali 10x8 razdelkov

• Priključni kabli (koaksialci, BNC, sonde, banane, brez GND)

• Lahko opazujemo signal v odvisnosti od časa

• Lahko opazujemo signal v odvisnosti od drugega signala

• Lahko spreminjamo x in y os zaslona

• Proženje (vaja 4)

kt = 100 ms/d

Osciloskop - signal v časovnem prostoru

kt - časovna

konstanta

zaslona

t = kt · x

kt = 50 ms/d

kt = 100 ms/d

Osciloskop - spreminjanje x osi zaslona

u = kt · y

kt = 100 ms/d

ky = 1 V/d

Osciloskop - spreminjanje y osi zaslona

kt = 100 ms/d

ky = 2 V/d

Osciloskop – proženje (nivo N in strmina S)

N N = 0,4 V

N = - 0,4 V

Opazovanje signala v časovnem prostoru

Slika na zaslonu DSO

Merilni rezultat

Meritev je proces, v katerem

se fizikalni veličini nekega

objekta dodeli število in enota.

Izmerjena vrednost = 182,1 cm

Merilna negotovost = 0,5 cm

Primer merjenja razdalje

razdalja = 1,8 m

razdalja = 182,1 cm ± 0,5 cm

Meritev je proces, v katerem se fizikalni veličini nekega objekta dodeli

število in enota.

Measurement - process of experimentally obtaining information about the

magnitude of a quantity

Merilna negotovost je parameter, povezan z merilnim rezultatom, ki

opisuje raztros vrednosti, ki jih je moč upravičeno pripisati merjeni veličini

Measurement uncertainty - parameter that characterizes the dispersion of

the quantity values that are being attributed to a measurand, based on the

information used

Definiciji (VIM)

“prava” vrednost oz.

dogovorjena prava vrednost

Napaka (pogrešek)

Negotovost u

Osnovni pojmi

“prava” vrednost oz.

dogovorjena prava vrednost

pogrešek ali napaka

negotovost

pogrešek ali napaka

negotovost

sistematični pogrešek naključni pogrešek

Razlika med negotovostjo u in

napako (pogreškom) E

Merilna napaka E: “Kako dobro se ujema izmerjena vrednost

s pravo vrednostjo?”

E = UUT –REF

Merilna negotovost u: “Koliko verjamem mojim meritvam?”

Merilna napaka

Merilna negotovost

napake

1,3 °C

0,2 °C

1,4 °C

0,1 °C

0,7 °C

-0,4 °C

0,3 °C

1,1 °C

negotovosti

0,4 °C

0,5 °C

0,4 °C

0,5 °C

0,4 °C

0,5 °C

u(točke ledišča) = 0,005 °C

NATANČNO NENATANČNO

PRAVILNO NEPRAVILNO

PRAVILNO

NATANČNO

TOČNO

PRAVILNO NENATANČNO

NETOČNO

NATANČNO NEPRAVILNO

NETOČNO

natančno nenatančno

nepravilno

pravilno

točno

povprečna ocena = (9+0+0)/3 = 3

standardni odklon ocen (9,0,0) = 5

merilni rezultat:

3±5, n=1

Primer merjenja in merilnega rezultata

Relativni merilni pogrešek (merilna napaka)

i d ealn a

id ealn aizmerjen a

Negotovost

• absolutna u(L)

• relativna w(L)

Absolutna negotovost u(L) - ima iste enote kot merjena veličina

u(L) 0.50 cm

Relativna negotovost w(L) - vedno veličina brez enot

Lizm 188.13 cm

w(L) 0.27 %

Meja pogreška Mxy in merilna negotovost uxy

Merilna napaka ali

sistematični pogrešek

določanje merilne napake iz

analognih in digitalnih

instrumentov

(video demonstracija vaje 5)

M - meja pogreška analognega inštrumenta

M1 0 0

V 1 3,0V 51 0 0

Primer izračuna - izbrano območje 5 V

Negotovost odčitavanja tekočinskega inštrumenta

°C °C

Negotovost odčitavanja tekočinskega inštrumenta

C 6,373C 37

C 2,05

C 37C 83

odčitek

°C °C

Negotovost odčitavanja analognega termometra

Q = najmanjša vrednost, ki jo še lahko

odčitamo, efektivna ločljivost JE

VEDNO MANJŠA od razdelka skale

umerjanega inštrumenta

Q = 0,2 V

V 4,32V 3

V 2,05

V 3V 4

odčitek

)dU%U%(M DiU 112

V 0 ,0 9 70 ,0 0 1 )V V 51 0 0

2,(M U

Primer izračuna: izbrano območje 5 V, izmerjena vrednost 2,3V, 1 digit = 1m V

M - meja pogreška digitalnega inštrumenta

Merilna negotovost

okolje

fizikalne konstante

merilne metode

definicija merjene veli čine

merilni objekt

metrolog

programska oprema

in izračuni

merilna postavitev

merilna oprema

referenčni element merilne opreme

negotovost merjene veličine

NNc xuc. . .xucxucyu 22

. . . )x,x(yy 21

Laboratorijski praktikum, stran 13

lmk.fe.uni-lj.si (študentske strani)

meja pogreška ML = mL L

merilna negotovost u(L) = w(L) L

Mu(L) L

mw (L) L

za pravokotno porazdelitev

Študentske strani na http://lmk.fe.uni-lj.si

izmerjena vrednost

Podajanje rezultatov

negotovost št. meritev

I = 3,259234 mA u(I) = 0,0753 mA n = 100

Zaokroževanje merilnega rezultata

Najprej zaokrožimo negotovosti

u = 0,01214 u = 0,013

u = 1,203 u = 1,2

u = 0,4567 u = 0,46

u = 45,06 u = 45

...nato šele zaokrožimo izmerjeno vrednost

X = 12,5435…

u = 0,012 X = 12,544

X = 12,5435…

u = 2,7 X = 12,5

izmerjena vrednost negotovost št. meritev

npr. I = 3,259234 mA u(I) = 0,0753 mA n = 100

u(I) = 0,076 mA I = 3,259 mA

1. Zaokroževanje negotovosti

• na dve cifri

• navzgor (0,49233 cm 0,50 cm)

Zaokroževanje merilnega rezultata (skripta str. 25)

188,13 cm ± 0,50 cm

2. Glede na negotovost zaokrožimo izmerjeno vrednost

Popis elementov

Merilni instrumenti:

- ime proizvajalca

- tipska oznaka, serijska številka

- razred točnosti

Napajalni vir:

- ime proizvajalca

- tipska oznaka, serijska številka

- notranja upornost, stabilnost, dopustna obremenitev, frekvenca…

Ostali podatki:

- čas merjenja

- vplivne veličine: temperatura, vlažnost okolice (, frekvenca)

• Vsak študent preštudira stran 13

(negotovost) in stran 25 (zaokroževanje) v

skriptah za laboratorijske vaje

• Vsak študent si ogleda svojo vajo, jo

preštudira in vpraša v primeru nejasnosti

gg@fe.uni-lj.si

metrologija v meteorologiji - lmk · university of ljubljana faculty of electrical engineering...

Documents

zbornik radova finalno 9 2010 - cip.unze.ba · radnog...

metrologijos institutas„metrologija ir matavimų...

ikonografija, metrologija i grafija bosanskoga novca

fizikalne količine zapisujemo kot zmnožek številske...

metrologija elektricnih velicina ii

zakonskazakonska met metrologija rologija i …

evropska konferenca o aplikacijah v meteorologiji in...

kauno technologijos universiteto programos metrologija ir...

metrologija - predavanja-2

diplomski...

skripta metrologija

vrijeme i klima jadrana u antiČkih pisaca … · dioskuri...

mjeriteljstvo / metrologija - ukratko...

metrologija - predavanja-3

izveštaj o održanoj obuci “industrijska...

klemen geršak (petrol): uporabnost geolokacijskih mobilnih...

odsjek metrologija - mašinski fakultet u...

p7: 28.nov. merjenje kotov; kolokvij p8: 5.dec....

ginekologija in perinatologija: i. takač, k. geršak ·...

metrologija at 6 1