1 POLITECHNIKA RZESZOWSKA im. Ignacego Łukasiewicza WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I INFORMATYKI KATEDRA METROLOGII I SYSTEMÓW DIAGNOSTYCZNYCH METROLOGIA Andrzej Rylski Politechnika Rzeszowska Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych, ul. W. Pola 2 35-959 Rzeszów, rylski @prz.edu.pl http://rylski.sd.prz.edu.pl/ 1.O prowadzącym wykład 2.Wprowadzenie 3.Jednostki miary i pojęcia podstawowe ISO 31. 4.Jednostki wielokrotne i podwielokrotne, sposób zapisu 5.Wielkości i jednostki. 6.Wyrażanie niepewności pomiaru 7.Narzędzia pomiarowe – przesyłanie informacji

2

3

4

5 Jednostki miary i pojęcia podstawowe ISO 31. Jednostki i miary są objęte normą ISO 31: 1.ISO 31-1 Przestrzeń i czas 2.ISO 31-2 Wielkości okresowe 3.ISO 31-31 Mechanika 4.ISO 31-4 Ciepło 5.ISO 31-5 Elektryczność i magnetyzm 6.ISO 31-6 Światło i promieniowanie elektromagnetyczne 7.ISO 31-7 Akustyka 8.ISO 31-8 Chemia fizyczna i fizyka molekularna 9.ISO 31-9 Fizyka nuklearna i atomowa 10.ISO 31-10 Promieniowanie nuklearne i jonizujące 11.ISO 31-11 Matematyka 12.ISO 31-12 Liczby charakterystyczne 13.ISO 31-13 Fizyka ciała stałego Jednostki podstawowe SI Wielkość fizyczna Symbol wielkoś ci jednostkaSymbol jednostk i długośćLmetrM masaMkilogramkg czasTsekundas Natężenie prąduIamperA Temperatura termodynamiczn a θkelvinK Ilość substancji cząsteczek Nmol= 6*10 23 Mol cz światłośćJcandelacd Formalny zapis wartości i jednostki wielkości fizycznej A={A}[A] A – wielkość fizyczna {A} – wartość wielkości fizycznej [A] – jednostka wielkości fizycznej

6 Jednostki wielokrotne i podwielokrotne, sposób zapisu. wartośćNazwasymbol 10 24 YottaY 10 21 ZettaZ 10 18 ExaE 10 15 PetaP 10 12 TeraT 10 9 GigaG 10 6 MegaM 10 3 Kilok 10 2 Hectoh 10Decada Zapis wzorów matematycznych wartośćNazwasymbol 10 -1 Decid 10 -2 Centic 10 -3 Milim 10 -6 Micro  10 -9 Nanon 10 -12 Picop 10 -15 Femtof 10 -18 Attoa 10 -21 Zeptoz 10 -24 yoctoy

7 Dokładność pomiaru Stopień zgodności wyniku z wartością rzeczywistą wielkości mierzonej (-to pojecie ma charakter jakościowy) Niepewność pomiaru (wyniku pomiaru) Parametr, związany z wynikiem pomiaru, charakteryzujący rozrzut wartości, które można w uzasadniony sposób przypisać wielkości mierzonej Błąd pomiaru Różnica między wynikiem pomiaru a wartością prawdziwą wielkości mierzonej Błąd względny Stosunek błędu pomiaru do wartości prawdziwej wielkości mierzonej. Wielkość mierzalna Cecha zjawiska, ciała lub substancji, która można wyróżnić jakościowo i wyznaczyć ilościowo Wartość wielkości Wyrażenie ilościowe wielkości określonej na ogół w postaci iloczynu liczby i jednostki miary Pomiar Zbiór operacji mających na celu wyznaczenie wartości wielkości Wynik surowy Wynik pomiaru przed korekcja błędu systematycznego Wielkości i jednostki Międzynarodowy słownik podstawowych i ogólnych terminów metrologii, Główny Urząd Miar, 1996r

8 Rozkład normalny Gaussa Wartość średnia n- liczba wyników pomiarowych x i – wartość kolejnego wyniku pomiaru Rozkład Gaussa to rozkład gęstości prawdopodobieństwa gdy Rozkład Gaussa (normalny) opisany jest funkcją gęstości prawdopodobieństwa: Standardowy rozkład normalny, to taki, którego wariancja równa 1: Funkcja gęstości prawdopodobieństwa wówczas przyjmuje postać: - wariancja.

9 Rozkład normalny Studenta

10 Wyrażanie niepewności pomiaru Wyrażanie niepewności pomiaru przewodnik Główny Urząd Miar 1999 Niepewność typu A – u A (estymata odchylenia standardowego) Wartość odchylenia standardowego obliczona drogą analizy statystycznej. Dla rozkładu normalnego Gaussa: Niepewność typu B - u x Obliczenie niepewności wyniku pomiaru metodami innymi niż analiza serii pomiarów Np. z błędu przyrządu pomiarowego  x dla rozkładu: Dla rozkładu normalnego Studenta Dla rozkładu równomiernego Dla rozkładu trójkątnego Dla rozkładu normalnego

11 Wyrażanie niepewności pomiaru Wyrażanie niepewności pomiaru przewodnik Główny Urząd Miar 1999 Niepewność złożona - Obliczenie niepewności wyniku otrzymanego z pomiaru metodami pośrednimi Niepewność rozszerzona Współczynnik rozszerzenia k p t pn Niepewność względna u r

12 Symbole błędów i niepewności pomiaru

13 Metody przesyłania informacji Przesyłanie informacji Metody bezpośredniego przesyłania informacji Metody pośredniego przesyłania informacji Elektromagnetyczne przesyłanie informacji Modulacja amplitudy Modulacja częstotliwości i fazy Widmo emitowanego sygnału Wpływ zakłóceń toru przesyłowego o modulacji częstotliwości i faz na metrologiczne właściwości przesyłanej informacji Ocena przetworników pomiarowych w procesie ich uwierzytelniania Opis dokładności przyrządu pomiarowego niepewnością addytywną i multiplikatywną Porównanie wpływu zmienności przedziału błędów na wyznaczenie zbioru wspólnego Błędy woltomierzy analogowego i cyfrowego Zadanie 1 Zadanie 2 Zadanie 3 Podsumowanie Woltomierze cyfrowe Woltomierz wielofunkcyjny Literatura: 1.Rylski A., Metrologia II, prąd zmienny, skrypt Wydanie II, Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2004 r.str.13 – 29, 73 - 94, 2.Gregg W. David; Podstawy telekomunikacji analogowej i cyfrowej, WNT Warszawa 1983r. 3.Sydenham P.H; Podręcznik metrologii, WKŁ Warszawa 1990.

14 Przesyłanie informacji świat rzeczywisty intelektualista inżynier modele intelektualne pomiary specjalista konstruowanie przyrządów rozważania intelektualne modele fizyczne 1 2 3 Rys.1.1. Obszary działalności człowieka

15 Przesyłanie informacji, Metody bezpośredniego przesyłania informacji 1 - wartość chwilowa, x=x(t) 2 - wartość średnia, 3 - wartość skuteczna, 4 - wartość szczytowa, 5 - wartość międzyszczytowa. 6 - częstotliwość (okres), 7 - przesunięcie fazowe, opóźnienie, 8 - funkcja korelacji, 9 - współczynniki kształtu, 10 - współczynnik szczytu, 11 - współczynnik zniekształceń nieliniowych.

16 Metody bezpośredniego przesyłania informacji Tablica 1.A. Wartości, charakterystycznych współczynników, dla typowych sygnałów elektrycznych kształt sygnału x(t) nazwa sygnału wartość skuteczna U wartość średnia  x(t)  współczyn-nik kształtuk współczynnik szczytu k a U m 0 sinusoidalny 0,707 U m 0,637 V m prostokątny symetryczny bez składowej stałej U m 1 1 trójkątny

17 Metody pośredniego przesyłania informacji rodzaje modulacji modulacja fazy  M nośniki informacji fala elektromagnetyczna fala ciśnieniowa modulacja amplitudy modulacja częstotliwości modulacja liniowa modulacja kwadraturowa modulacja kodowana sposoby modulacji

18 Modulacja amplitudy

19 Modulacja częstotliwości i fazy

20 Elektromagnetyczne przesyłanie informacji. Rozprzestrzenianie się fal elektromagnetycznych: a. fale długie (100-300) kHz, b. fale średnie 300 kHz-5 MHz, c. fale krótkie (5 - 50) MHz, d. fale ultrakrótkie i wyższe od 50 MHz antena nadawcza a b c d obszar jonosfery

21 Rodzaje emisji sygnału rodzaje emisji emisja pełna z wytłumiona falą nośną DSB z jedną wstęgą SSB z górną wstęgą USB z dolną wstęgą LSB a. b. c. d. AM LSB USB pilot fali nośnej

22 Właściwości szumowe systemów modulacji modulacja częstotliwości owa  =5 SN R o [dB] 40 30 20 10 20 30 SNR i [dB] modula cja częstotliwości owa  =1 synchroniczna modulacja dwuwstęgowa i jednowstęgowa synchroniczn a modulacja amplitudowa

23 Wpływ zakłóceń toru przesyłowego o modulacji częstotliwości i fazy na metrologiczne właściwości przesyłanej informacji

24 Zagadnienia, literatura Literatura: [1].Gregg W. David; Podstawy telekomunikacji analogowej i cyfrowej, WNT Warszawa 1983r. [2].Sydenham P.H; Podręcznik metrologii, WKŁ Warszawa 1990. 1.Przepływ informacji w świecie źródłem rozwoju 2.Wymień metody bezpośredniego przesyłania informacji. 3.Wyjaśnij pojęcie wartości skutecznej. 4.Podaj definicję wartości średniej. 5.Omów media do pośredniego przesyłu informacji. 6.Zagadnienia elektromagnetycznego przesyłania informacji 7.Podstawy fizyczne modulacji amplitudy. 8.Podstawy fizyczne modulacji częstotliwości. 9.Zmienność współczynnika szumów dla podstawowych rodzajów modulacji