PRZETWORNIKI POMIAROWE Studia wieczorowe stopnia drugiego Sem III rok akad 2010/2011 Wykł. 2 godz. Lab.2 godz. Prof. Jan Zakrzewski pok 23 Tel.322371806 jan.zakrzewski@polsl.pl

Proces pomiarowy Definiowanie problemu Wielkości wpływowe i ich uwzględnianie Błędy i niepewności pomiarów Opracowanie wyników badań Walidacja metod badawczych 2

Obiekty, przedmioty, zjawiska Weryfikacja przez pomiar Obserwacja Pomiar Model matematyczny opisowy Analiza modelu obserwację A R

czy stosowana w laboratorium spełnia wymagania Opracowanie metody pomiarowej Problem wymaga np. analizy chemicznej: Ustalenie wymagań analitycznych Stwierdzenie osiągnięcia założonych wymagań Wykonać badania Opracować metodę Określić metody istniejące, lub opracować nowe metody Ocenić metodę – czy stosowana w laboratorium spełnia wymagania Nie można wykonać badań: podzlecić? Czy można zmniejszyć wymagania możliwe jest udoskonalenie metody Koniec TAK NIE

PN-EN 60402-2 W f V

V Z M* X N M X M M* N Z V POMIARU POMIAROWE MEZURANDU zmierzone METODA POMIARU NARZĘDZIE POMIAROWE ODTWARZANIE MEZURANDU X M M* N Z V M* MEZURAND pomiarowo dostępne M Realne narzędzie pomiarowe X N Odtwarzanie Mezurandu (algorytm odtwarzania) zmierzone mierzalne Z VZ V Model narzędzia pomiarowego

Dokładność, błąd, niepewność (Accuracy,Trueness -Bias, Uncertainty) Dokładność –określenie jakościowe Błąd (systematyczny?) – różnica pomiędzy wynikiem pomiaru a 1 wartością prawdziwą, 2 wartością poprawną, 3 wartością oczekiwaną. Niepewność (błąd przypadkowy?) – statystyczna miara dokładności pomiaru wyrażana poprzez krotność odchylenia standardowego

Model matematyczny charakterystyki przetwarzania toru pomiarowego – metody i narzędzia pomiarowego Y =F (X, V1, V2,V3,...Z1, Z2 ,Z3...)

Struktury przetworników pomiarowych Szeregowa (posobna) Równoległa (różnicowa) Ilorazowa X Y add mul

Korekcja analogowa lub numeryczna Struktura szeregowa Pomiar Z Z Z M X Y N TOR PRZETWARZANIA POMIAROWEGO CZUJNIK A/C Y = F( X, Z1, Z2, Z3,...) Korekcja analogowa lub numeryczna

Struktura różnicowa Z Y1 Y = Y1 -Y2 X Y3 Y2 (-X) CZUJNIK 1 CZUJNIK 2 Y1 Y = Y1 -Y2 + X A/C TOR PRZETWARZANIA POMIAROWEGO Y3 - Y2 (-X)

Struktura równoległa Z Y1 X CZUJNIK 1 + Y3 Y = Y1 -Y2 A/C TOR PRZETWARZANIA POMIAROWEGO Y3 - Y2 X0

Struktura ilorazowa Y1 X Y3 Z N X0 Y2 TOR PRZETWARZANIA POMIAROWEGO CZUJNIK 1 CZUJNIK 2 Y1 X A/C TOR PRZETWARZANIA POMIAROWEGO Y3 Y2 X0 Z ÷

Eliminacja przyczyn błędów - zmniejszanie Z NARZĘDZIE POMIAROWE X Y Z Y = F(X, ΔV, ΔZ) Eliminacja przyczyn błędów - zmniejszanie Z Kompensacja błędów - zmniejszanie wrażliwości Korekcja błędów - uwzględnianie poprawek 15

Niepewność jest miarą niewiedzy o wyniku pomiaru Niepewność typu A

Niepewność jest miarą niewiedzy o wyniku pomiaru Niepewność typu B a/3  -a  +a g(X) X -Dane producenta systemu -nieliniowość -histereza -wpływ temperatury -wpływ innych wielkości... -Dane z poprzednich pomiarów -Niepewność stałych fizycznych -Niepowtarzalność procedur pomiarowych.... g(X) a -a 1/2a X INTROL 29.03.04

Niepewność jest miarą niewiedzy o wyniku pomiaru g(X) g(X) g(X) 1/a 1/2a X X X -a a -a a  -a  +a INTROL 29.03.04

Suwmiarka ± 0.03 mm D odchyl kwadraty 20,16 +0,08 0,0064 20,21 +0.13 0,0139 20,07 -0,01 0,0001 19,97 -0,11 0,0121 20.01 -0.07 0,0049 100,42   0.0374 Dśr =20,08 uA = 0,043 u =0,046 U =0,092 D =20,08 ±0,09 0,4% A=(314 ± 2,8) mm 2 0,9%

BŁĘDY Y = F(X, ΔZ) Eliminacja przyczyn błędów - zmniejszanie Z NARZĘDZIE POMIAROWE X Y Z BŁĘDY Y = F(X, ΔZ) Eliminacja przyczyn błędów - zmniejszanie Z Kompensacja błędów - zmniejszanie wrażliwości Korekcja błędów - uwzględnianie poprawek

Z X N NARZĘDZIE POMIAROWE M* = F(M, ΔZ) U = ku ±U = ku

przez lepszą estymację mezurandu Redukcja niepewności przez lepszą estymację mezurandu Korekcja niepewności Kompensacja niepewności Filtracja = tworzenie nowej definicji mezurandu

Różnice pomiedzy modelem a zbiorem danych doświadczalnych System pomiarowy i środowisko pomiaru Różnice pomiedzy modelem a zbiorem danych doświadczalnych Źródła niepewności Źródła błędów Propagacja niepewności Propagacja błędów Budżet niepewności Obszar zainteresowań użytkownika Korekcja błędów Wzorcowanie Wynik skorygowany Niepewność Wynik pomiaru

maksymalny błąd dopuszczalny Błąd nieliniowosci Błąd nieliniowości Niepewność nieliniowości (B) Błąd histerezy Niepewność histerezy (B) Błąd powtarzalności Niepewność powtarzalności (A) Błąd kwantyzacji Niepewność kwantyzacji (A) Błąd rozdzielczości Niepewność rozdzielczości (A) Błąd temperaturowy Błąd Temperaturowy Niepewność Temperat.(A), (B) Błąd dynamiczny Błąd dynamiczny Niepewność dynamiczna Szumy dynamiczne

Wnioski 1. Nie należy stosować pojęcia „± błąd”. Stosuje się określenie „przedział niepewności” zawierający niepewności typu A i B 2. Pprojektant systemu dostarcza danych o współczynnikach korekcyjnych i składnikach niepewności 3. Użytkownik systemu decyduje o zastosowanych korekcjach i o budżecie niepewności 4. Wymagania akredytacyjne powinny doprowadzic do szybkiej i powszechnej akceptacji podanych wyżej zasad

INTROL 29.03.04

Inne właściwości przetworników miarowych

IP (interelement protection) pierwsza cyfra zabezpieczenie przed: druga brak zabezpieczenia 1 dużymi przedmiotami pionowymi kroplami 2 przedmiotami średniej wielkości kroplami padającymi pod kątem nie większym od 150 3 małymi przedmiotami nie większym od 600 4 elementami powyżej 1 mm wodą padającą pod dowolnym kątem 5 gromadzeniem się kurzu wewnątrz urządzenia strumieniem wodnym o dowolnym kierunku 6 wnikaniem kurzu zalaniem wodą - 7 zanurzeniem do wody przy określonym ciśnieniu i czasie zanurzenia 8 zanurzeniem do wody przy określonym ciśnieniu

EMC Kompatybilność elektromagnetyczna Emisyjność elektromagnetyczna Odporność elektromagnetyczna Źródła emisji Urządzenia gospodarstwa domowego Linie energetyczne i telefoniczne Łączność naziemna i satelitarna Wyładowania atmosferyczne Im wyższa częstotliwość, tym większe zaburzenie

10 mln euro EMC Kompatybilność elektromagnetyczna Zapobieganie Konstrukcja Ekranowanie (klatki Faraday’a) Szczelność elektromagnetyczna Badania emisji i odporności Wg. normy 9kHz – 1GHz (bada się do 30GHz) Anteny nadawcze i odbiorcze Kierunkowość pola Przestrzeń do badań, odbicia Komory bezechowe Komory rewerberacyjne (wieloodbiciowe) 10 m pole pomiarowe 10 mln euro

EMC Kompatybilność elektromagnetyczna GTEM

Zabezpieczenie przeciwwybuchowe Strefy wybuchowości 0-Ciągła 1- Doraźna 2 - okazjonalna 10- ciągłe 11- okazjonalne zagrożenie wybuchem pyłu atmosfera wybuchowa Klasy wybuchowości I-Metan IIA IIB IIC Różne gazy Klasy temperaturowe (maksymalna temperatura powierzchni) T1- do 450 °C, T2- do 300 °C, T3- do 200 °C, T4- do 135 °C, T5- do100 °C, T6- do85 °C,

EEx qe IIB T5 Zabezpieczenie przeciwwybuchowe Rodzaje zabezpieczeń o – olejowe p – nadciśnieniowe q – piaskowe d- ciśnieniowe szczelne e- zwiększonego bezpieczeństwa i - samoistnie bezpieczne EEx qe IIB T5 Oznaczenie norm europejskich (CENELEC)