Download
1 / 170
1.76k likes | 2.02k Views
Méréstechnika. 2013. Vegyipari méréstechnika. Elsősorban az üzemben, az üzemmenet ellen-őrzésénél használatos olyan mérési módszerek-kel és műszerekkel fogunk foglalkozni, amelyek folyamatosan mérnek és a mérendő mennyisé-get elektromos jellé alakítják.
E N D
Méréstechnika 2013
Vegyipari méréstechnika • Elsősorban az üzemben, az üzemmenet ellen-őrzésénél használatos olyan mérési módszerek-kel és műszerekkel fogunk foglalkozni, amelyek folyamatosan mérnek és a mérendő mennyisé-get elektromos jellé alakítják. • Nukleáris műszerekkel nem fogunk foglalkozni.
A laboratóriumi és az üzemi mérések összehasonlítása 1. Kutató laboratóriumok Analitikai laboratóriumok Minőségellenőrző laboratóriumok Univerzális műszereket használnak 2. Üzemi mérés A technológia minden paramétert rögzit. Az eltérést kell mérni, hogy gyorsan be lehessen avatkozni (szabályozás). Célműszereket használnak.
A mérés definiciója • A méréssel a mérendő mennyiséghez egy, a választott mértékegységben (pl. SI) kifejezett számértéket, mérőszámot rendelünk. Mérendő mennyiség ↓ (Mérés) ↓ mérőszám + mértékegység
A mérési megoldások csoportosítása 1. Egyszerű mérés (pl. feszültség) Összetett mérés (pl. semlegesítési entalpia- változás) 2. Analóg mérőberendezéssel való mérés Digitális mérőberendezéssel való mérés 3. Közvetlen kitéréses műszerrel való mérés Kiegyenlítéses (nullázó) műszerrel (pl. Wheatstone híd, kompenzátor) való mérés Részleges kiegyenlítéses (differencia) műszerrel való mérés
Passzív és aktívmérések, érzékelők • Passzív (vagy klasszikus) mérésnél a mérő-berendezés elhagyagolható mértékben zavarja meg a mérendő rendszert. • Aktív mérésnél ismert jellel megzavarjuk a mé-rendő rendszert és a válaszból következtetünk a keresett tulajdonságra. • Passzív érzékelő csak a mérendő rendszertől kap energiát (pl. termoelem) • Aktív érzékelő a mérőberendezéstől is kap (pl. termoellenállás).
Jelfeldolgozás • A jelfeldolgozásnak az a szerepe, hogy az érzékelő kimenő elektromos jelét olyan formára hozza, amely arányos a minket érdeklő informá-cióval. • Pl. Hőmérsékletmérés ellenállás hőmérővel: • Jelfeldolgozás:
Távadók • Távadás segítségével a mért értékek, jelek nagyobb távolságra átvihetők, központi helyen összegyűjthetők, értékelhetők, tárolhatók, lehetővé teszik a szabályozást/vezérlést. • Analóg távadók (néhány száz méter) • Feszültség-frekvencia konverzión alapuló távadás, telefonvonalon (visszaszorulóban) • Digitális távadás (pl. interneten)
Műszerek sztatikus tulajdonságai • Mérési tartomány: • Érzékenység: • Integrális nemlinearitás:
Felbontás vagy érzékenységi küszöb • Érzékenységi küszöb a nulla értéknél érvényes felbontás • Felbontás zajmentes esetben: • Felbontás zajos esetben:
A bemeneti és a kimeneti kör terhelhetősége • A bemeneti körre kapcsolható feszültség, áram-erősség és ennek megfelelő teljesítmény erősen különbözhet a kimeneti kör adataitól • Pl. pH mérő Bemeneti kör: impedancia 100 -1000 Gohm áramerősség néhány pA Kimeneti kör: impedancia 10 - 100 ohm áramerősség néhány 10 mA
Mérőműszerek dinamikus tulajdonságai • A mérőműszert átvitelitagnak (fekete doboz) fogjuk tekinteni. • Az x(t) bemenőjel és az y(t) kimenőjel közti kapcsolatot n-ed rendű, közönséges, állandó-együtthatójú inhomogén differenciálegyenlet írja le:
Átviteli tag vizsgálata egységugrással, az időtartományban • Egységugrás bemenőjel: • Az átviteli tag válasza (kimenőjel) az egység-ugrás jelre az átmeneti függvény.
Elsőrendű átviteli tag átmeneti függvénye • A leggyakoribb átviteli tag elsőrendű. A τ együttható az időállandó. Az elsőrendű tag átmeneti függvénye:
Az átviteli tag differenciálegyenletének általános megoldása • A bemenő jelet és a kimenőjelet egy konvoluciósintegrál kapcsolja össze: • A g(t) az átviteli tagra jellemző készülékfüggvény
Áttérés az időtartományról a frekvencia tartományra • A konvoluciós integrál mindkét oldalát Fourier transzformálva a nehezen használható idő-tartománybeli összefüggés helyett egy egyszerű és könnyen használhatót kapunk a frekvencia tartományban: • G(f) az átviteli függvény, amely a készülék függvény Fourier transzformáltja. Y(f), X(f) az y(t) és az x(t) Fourier transzformáltjai.
Periódikus jelek matematikai spektruma • Az időtartománybeli jel Fourier transzformáltját matematikai spektrumnak nevezik. • Periódikus jelnél a matematikai spektrum diszkrét, tulajdonképpen a Fourier sor együtt-hatói a kfofüggvényében.
Nemperiódikus, időben korlátozott jel matematikai spektruma • Nemperiódikus, de időben korlátozott jel matematikai spektruma folytonos. Fourier transzformációval lehet előállítani.
Aszimmetrikus jel matematikaispektruma • Időben aszimmetrikus jel matematikai spektruma komplex.
Átviteli tag átviteli függvényének kimérése • Az átviteli függvény kimérhető olyan bemenőjel segítségével, amelynek X(f) matematikai spektruma ismert és egyszerű, valamint az Y(f) matematikai spektrum is ismert és egyszerű, minden átviteli tag esetében. • A bemenőjel kielégíti ezt a feltételt. • X(f) valós, értéke 0,5 minden ±f frekvenciánál. • A kimenőjel mindig . • Y(f) komplex, abszolutértéke A(f).
Zaj, sztochasztikus folyamat, sztochasztikus jel • Vannak determinisztikus és sztochasztikus folyamatok. A determinisztikus folyamatot repro-dukálni lehet, a belőle eredő determinisztikus jel egy tűréshatáron belül szintén reprodukálódik. A sztochasztikus folyamatot nem lehet repro-dukálni. • A sztochasztikus folyamatot nem a jellel jelle-mezzük, hanem a jelekből meghatározható eloszlásokkal, az idő- és a frekvenciatartomány-ban.
Autokorrelációs függvény • Ismeretlen eredetű jelekről az autokorrelációs függvényük segítségével megállapítható, hogy determinisztikusak vagy sztochasztikusak. • A τa jelnek önmagához képest mért időeltoló-dását méri.
Sztochasztikus és determinisztikus jel autokorrelációs függvénye
A sztochasztikus folyamatoknál használt egyszerűsítő feltevések 1. A sztochasztikus folyamat legyen additív. 2. Legyen ergodikus. 3. Legyen stacionárius. 4. Eloszlása az időtartományban legyen normális (Gauss).
