Počet kreditů 5
Vyučováno v Letní
Rozsah výuky 14+6L
Garant předmětu
Přednášející
Cvičící

Osnovou pro přípravu na přednášky jsou podklady přednášek pro denní studium doplněné o odkazy na zdroj informací [výčet stran] v monografii: Haasz, V. - Sedláček, M.: Elektrická měření. Přístroje a metody. Monografie ČVUT, Praha 2003

Studenti přichází na přednášku (konzultaci) s připravenými materiály (k dispozici na Moodle), během přednášky jsou vyjasněny základní principy a zodpovězeny dotazy studentů.

Po každé přednášce dostanou studenti přes Moodle zadané příklady k samostatnému řešení. Vypracované příklady jsou obodovány a získané body jsou součástí hodnocení pro klasifikovaný zápočet. Jejich zvládnutí je rovněž dobrým základem pro úspěšné absolvování závěrečného komplexního testu.

Typické příklady k tématům jsou uvedeny za osnovami jednotlivých přednášek.

Předmět seznamuje studenty se základními metodami používanými v elektrických a magnetických měřeních a s vyhodnocením přesnosti měření pomocí nejistot. Důraz je kladen na minimalizaci metodických chyb vhodnou volbou metody a použité měřicí techniky. U jednotlivých metod měření elektrických veličin jsou ukázány principy senzorů, které tyto veličiny využívají. Ve vybraných laboratorních úlohách se studenti naučí správně používat běžné moderní měřicí přistroje a získají dovednosti při samostatném zapojování měřicích obvodů.

OBSAH TEMAT z předmětu ELEKTRICKÁ MĚŘENÍ
podklady pro předmět BD5B38EMA

  1. ÚVOD, PŘESNOST MĚŘENÍ
Význam měření pro výrobu a její automatizaci, měřicí řetězec
Přesnost měření, nejistota měření, nejistota typu A a typu B, kombinovaná nejistota
Nejistoty měření ukazovacími (analogovými) a číslicovými měřicími přístroji
Nejistota při nepřímých měřeních
Chyba metody a její korekce

  1. PŘÍSTROJE PRO MĚŘENÍ NAPĚTÍ A PROUDU
Analogové měřicí přístroje - základní princip, číslicové multimetry - základní struktura
Přístroje pro měření stejnosměrného napětí: princip magnetoelektrického ústrojí, voltmetr s magnetoelektrickým ústrojím, multimetr v režimu měření stejnosměrného napětí
Přístroje pro měření stejnosměrného proudu: ampérmetr s magnetoelektrickým ústrojím, multimetr v režimu měření stejnosměrného proudu
Přístroje pro měření střídavého napětí a proudu měřící střední hodnotu: magnetoelektrický multimetr s usměrňovačem, levný číslicový multimetr v režimu měření střídavého napětí nebo proudu
Přístroje pro měření střídavého napětí a proudu měřící efektivní hodnotu: elektromagnetický voltmetr / ampérmetr, kvalitní číslicový multimetr v režimu měření střídavého napětí nebo proudu

  1. MĚŘICÍ PŘEVODNÍKY ELEKTRICKÝCH VELIČIN (1)
Měřicí zesilovače: požadavky na měřicí zesilovače, záporná zpětná vazba, ideální operační zesilovač, základní zapojení měřicích zesilovačů s OZ
Měření malých napětí a proudů s využitím OZ, určení nejistoty měření (včetně vlivu vstupní napěťové nesymetrie a vstupních klidových proudů),
Převodníky střední hodnoty: aktivní - neřízené (operační usměrňovače),

  1. MĚŘENÍ KMITOČTU A FÁZOVÉHO ROZDÍLU
Měření kmitočtu: zdroje etalonového kmitočtu, přímé měření osciloskopem, čítače (přímé měření f - možnost vzniku falešného údaje, měření T - průměrování), elektronické analogové kmitoměry
Měření fázového rozdílu osciloskopem a čítačem, další možnosti měření (přehled)

  1. MĚŘENÍ PROUDU, NAPĚTÍ a VÝKONU EL. PROUDU
Měření proudu a napětí
Etalony, referenční a kalibrační zdroje (včetně principu pulsně-šířkové modulace)
Měření stejnosměrného napětí: přehled možností s ohledem na velikost měřeného napětí, princip kompenzační metody (kde se využívá), měření velmi malých napětí, vliv vstupní napěťové nesymetrie skutečného OZ, automaticky nulovaný zesilovač, modulační zesilovač (principy), měření teploty termočlánky
Měření stejnosměrného proudu: přehled možností s ohledem na velikost měřeného proudu, metody pro měření velkých proudů
Měření střídavého napětí a proudu: přehled použitelných přístrojů a jakou hodnotu měří, měření střídavého proudu (přehled)
Měřicí transformátory (U i I, náhradní schéma, zapojení, použití, chyby)
Měření výkonu el. proudu:
Výkon stejnosměrného proudu (V-metrem a A-metrem, chyby metody)
Definice P, Q, S - měření výkonu v jednofázových sítích (P, Q, chyba metody)
Číslicový W-metr (širokopásmové převodníky I U, kmitočtově kompenzované děliče)
Měření spotřeby el. energie - indukční a elektronický elektroměr
  1. , 7. ANALOGOVĚ - ČÍSLICOVÉ A ČÍSLICOVĚ - ANALOGOVÉ PŘEVODNÍKY ČÍSLICOVÉ MULTIMETRY
Princip vzorkování a kvantování (vzorkovací teorém, vzorkovač, udávané parametry)
Č-A převodníky - základní princip
Integrační AČP (dvojí integrace, potlačení střídavého rušení, převod U ?f, ??)
Kompenzační AČP (postupná aproximace, použití, parametry)
Komparační AČP (princip, použití, parametry)
Číslicové multimetry - blokové schéma, souhlasné rušení, vstupní svorky, potlačení souhlasného rušení, princip autokalibrace a softwarové kalibrace

  1. MĚŘENÍ ODPORU
Etalony odporu
Měření odporu V-metrem a A-metrem (chyby metody, měření malých a velkých odporů, rušivé vlivy a jejich odstranění)
Sériová srovnávací metoda (přesnost, užití, rušivé vlivy)
Převodník R U
Wheatstoneův můstek - podmínka rovnováhy - nevyvážený Wheatstoneův můstek (napájení ze zdroje U a zdroje I, linearizace)
Odporové senzory (potenciometrické snímače polohy, odporové teploměry, tenzometry)

  1. MĚŘICÍ PŘEVODNÍKY EL. VELIČIN (2)
Převodníky ef. hodnoty (s teplotně závislými prvky, implicitní)
Převodníky pro měření součinu (logaritmické, řízený R, s Hallovou sondou, amplitudově-šířková modulace)
Řízené usměrňovače - princip, vlastnosti, měření fázoru napětí

  1. MĚŘENÍ IMPEDANCÍ A ADMITANCÍ (R-L, C-G)
Náhradní schémata, etalony
Číslicové měření impedancí a admitancí (fázorový princip)
Další metody měření impedancí a admitancí
Střídavé můstky (princip, podmínky rovnováhy)
Kapacitní a indukčnostní senzory, LVDT

  1. MAGNETICKÁ MĚŘENÍ
Měření magnetické indukce a intenzity magnetického pole
Stejnosměrné pole - Hallova a feromagnetická sonda, anizotropní magnetorezistor
Střídavé pole - měřicí cívka
Měření charakteristik feromagnetických materiálů
Stejnosměrné magnetování (uzavřený vzorek - hysterezní smyčka, odvození vztahů, měřítka os; otevřený vzorek - měření H, způsoby magnetování)
Střídavé magnetování (zobrazení dynamické hysterezní smyčky na osciloskopu, určení měřítek os - odvození, měření amplitudové a vratné permeability)
Měření ztrát ve feromagnetiku (technické i nf kmitočty [z dynamické smyčky, wattmetrem - kmitočtová omezení], Epsteinův přístroj)

  1. DALŠÍ MĚŘICÍ PŘÍSTROJE (1)
analogový osciloskop (základní parametry, blokové schéma, spouštěná časová základna - princip synchronizace, pasivní sonda k osciloskopu, dvoukanálový osciloskop - blokové schéma, dva režimy činnosti a jejich použití)
osciloskop s číslicovou pamětí - (princip, blokové schéma, způsob zobrazení, stroboskopická metoda, možnosti spouštění)

  1. DALŠÍ MĚŘICÍ PŘÍSTROJE (2), OPTOELEKTRICKÉ SENZORY
Nízkofrekvenční generátory měřicích signálů - generátory harmonických signálů, funkční generátory, generátory programovatelných průběhů
Číslicové přístroje řízené procesorem - využití P pro: vlastní měření, testování, předzpracování naměřených hodnot, autokalibraci a softwarovou kalibraci, pomocné funkce
Optoelektrické senzory - inkrementální čidla, kódové kotouče, CCD a PSD snímače

  1. MĚŘICÍ SYSTÉMY
Přehled - základní principy, použití, uživatelské vlastnosti
Měřicí systém GP-IB (IEEE 488, IEC625 a další) - popis, princip komunikace, přenos zpráv a vícevodičových příkazů, princip přerušovacího systému a jeho význam, norma IEEE 488.2 (co definuje navíc), standardní systém příkazů SCPI
Měřicí systémy na bázi zásuvných měřicích karet do PC, multifunkční karta (blok. schéma, uživatelské vlastnosti)
Možnosti programování

V šestihodinovém soustředění studenti ve 2 až 3 členných skupinách absolvují 8 laboratorních úloh. 6 úloh je společných bez ohledu na další "zaměření" (Kmitočtová závislost střídavých voltmetrů, Měřicí zesilovače, Vliv tvaru křivky na údaj měřicího přístroje, Měření výkonu jednofázové zátěže, Měření kmitočtu a doby periody čítačem, Měření rozptylového magnetického pole transformátoru), pro průchod "silno" dále úlohy: Měření malých odporů, 3 fáz výkony, pro průchod "slabo" úlohy: Měření malých proudů, Číslicový měřič impedancí a admitancí

[1] Haasz, V. - Sedláček, M.: Elektrická měření. Přístroje a metody (2. vydání). Monografie ČVUT, Praha 2003
doporučená:
[2] Placko D. : Fundamentals of Instrumentation and Measurement, ISTE 2007, ISBN 1 905209 39 8
[3] Northrop R.B.: Introduction to Instrumentation and Measurements, CRC 2005, 0-8493-3773-9
[4] Kolektiv: Elektrická měření. Návody k laboratorním cvičením. Skripta FEL ČVUT, Praha 2007

Studenti dále dostávají k dispozici osnovu slidu ke konzultacim. Volně rovněž dostanou v elektronické formě skripta [4]
Předmět je podporován v prostředí moodle


https://moodle.fel.cvut.cz/course/view.php?id=718

Rozvrh předmětu
Po
Út
St
Čt
PřednáškyCvičení