Zápisky ke zkoušce

í
klopný obvod – drží výsledek dokud do něj nepřijde další impulz
8 – bitový výstup → 256 hladin
KVANTOVACÍ CHYBA:
Je rovna polovině kvantovacího rozsahu
Vždy vzniká z důvodu na rozdělení na kvantovací hladiny
Důležité je nastavení dynamického rozsahu ústředny v závislosti s možnostmi A/D převodníku
D/A PŘEVODNÍK:
FILTRACE:
Slouží k odstranění aliasing efektu (překrývání frekvencí)
Každý snímač má nějakou frekvenci – filtrace slouží k odstranění nežádoucích frekvencí podle charakteristik snímače nebo podle zamýšleného zpracování signálu
Odstranění trendů
Typy filtrů:
Dolní propust
Horní propust
Pásmová propust
Pásmová zádrž
Skutečný filtr:
Parametry: šířka pásma, míra vlnění, střední frekvence
Oktáva = dvojnásobná frekvence
SNÍMAČE FYZIKÁLNÍCH VELIČIN
Snímač se skládá:
STYKOVÁ ČÁST – zprostředkovává přenos mechanické veličiny měřeného objektu na citlivý prvek snímače
CITLIVÝ PRVEK – mění měřenou veličinu na veličinu zpracovatelnou senzorem, nejčastěji je to deformace
SENZOR – transformuje měřenou fyz. veličinu citlivého prvku na výstupní signál
VSTUPNĚ – VÝSTUPNÍ ČÁST – upravuje napájecí napětí u pasivních prvků, upravuje výstupní signál senzoru
KRYT
Dělení snímačů:
PASIVNÍ – potřebují zdroj energie
AKTIVNÍ – sami jsou zdrojem elektrické veličiny
Požadavky na snímače:
STATICKÁ I DYNAMICKÁ LINEARITA (závislost mezi fyzikální veličinou a napětím)
CITLIVOST = schopnost zaznamenávat změny fyzikální veličiny
Malé chyby v měření
Citlivost proti vnějším vlivům
Stálost vlastností v čase
Neovlivňování měřené fyzikální veličiny snímačem
PASIVNÍ SNÍMAČE:
1.1) ODPOROVÉ – změna fyzikální veličiny se transformuje na změnu odporu
REOSTATOVÉ A POTENCIOMETRICKÉ (vinutý odporník)
1.1.2) TENZOMETRICKÉ – viz. Tenzometrie
1.2) KAPACITNÍ –
1.2.1) JEDNODUCHÝ DESKOVÝ
1.2.2) DIFERENCIÁLNÍ DESKOVÝ KONDENZÁTOR – umožňuje z nelineárního
snímače udělat snímač lineární
1.2.3) DESKOVÝ KAPACITNÍ SNÍMAČ S PROMĚNNOU PLOCHOU PŘEKRYTÍ
1.2.4) DIFERENCIÁLNÍ KAPACITNÍ S PROMĚNNOU PLOCHOU PŘEKRYTÍ
- slouží k linearizaci, zvyšuje citlivost v důsledku změny kapacity
1.2.5) VÁLCOVÝ S PROMĚNNOU PLOCHOU PŘEKRYTÍ
1.2.6) SNÍMAČE S PROMĚNNOU PERMITIVITOU
Výhody kapacitních snímačů:
Velká přesnost
Nízká hmotnost
Čím větší hmotnost, tím větší rezonanční frekvence
Zanedbatelně ovlivňují fyzikální veličinu
Měřený objekt může sloužit jako jedna elektroda
Nevýhody kapacitních snímačů:
Problémy s parazitními kapacitami přívodních vodičů z důvodů rozptylového pole
1.3) INDUKČNOSTNÍ SNÍMAČE:
Fyzikální veličina je převáděna na změnu vlastní indukčnosti - nebo vzájemné indukčnosti - ;
Nevýhody:
Indukčnost je svázána s odporem a kapacitou
Citlivost na magnetické pole
Výhody:
Použitelnost dlouhých přívodních kabelů → výhoda v měření větších vzdáleností
Přesnost a citlivost
1.3.1) S MALOU VZDUCHOVOU MEZEROU A KOTVOU

signál linearizujeme pomocí diferenciálního zapojení
mění se plocha překrytí → změna magnetického odporu
1.3.2) S OTEVŘENÝM MAGNETICKÝM OBVODEM A JÁDREM
např. snímač LVDT
je u něj zapotřebí malé budící síly, která přesouvá kotvu
velká přesnost a rozlišovací schopnost
1.4) MAGNETOELASTICKÉ SNÍMAČE
AKTIVNÍ SNÍMAČE
INDUKČNOSTNÍ SNÍMAČE
ELEKTROMAGNETICKÉ
napětí, které se zde indukuje je úměrné rychlosti pohybujícího se snímače nebo frekvence

ELEKTRODYNAMICKÉ
PIEZOELETRICKÉ SNÍMAČE: využívají tzv. nepřímého „piezoelektrického“ jevu, u některých dielektrik se mění elektrická polarizace vlivem mechanické deformace krystalické mřížky. Na vhodně umístěných elektrodách se pak objeví volné náboje jejichž důsledkem je pak napětí na kapacitě.
Výhody: jsou malé (mg – g) → neovlivňují měřený objekt; jsou odolné proti magnetickému poli
Nevýhody: velký vnitřní odpor, problémy s nízkými kmitočty, vznikající náboj je velmi malý
Postup: udělá se výbrus a pokryje se materiálem tak, aby to tvořilo elektrody na kterých pak dochází k hromadění náboje
napěťová citlivost: nábojová citlivost:
Př.1
Zatěžování v mechanické ose
...síla polarizace; plocha polarizace
...piezolelektrická konstanta
Př.2
Zatěžování v elektrické ose

MĚŘENÍ HLUKU
Hluk = nežádoucí zvuk
K šíření dochází prostřednictvím média (plynné, kapalné...)
Míra účinku škodlivosti je subjektivní d důvodu odlišnosti fyziologie člověka
Pokud jsou změny vyšší než 20kHz jedná se o zvuk
Člověk vnímá zvuk v rozsahu 20Hz – 20kHz, rychlost je 330m.s-1 a závisí na prostředí, např. s teplotou roste
20Hz = dlouhovlnné signály
20kHz = krátkovlnné signály
parametr sloužící pro hodnocení zvuku je amplituda zvuku
nejmenší hodnota – minimální změna = 20μPa – 101kPa = 1Bar
HLADINA AKUSTICKÉHO TLAKU:
logaritmická stupnice lépe odpovídá vlastnostem lidského sluchu, protože lidský sluch vnímá změny
EKVIVALENTNÍ HLADINA HLUKU:
jedná se o energetický průměr okamžitých hladin akustického tlaku = trvalá hladina hluku, mající na lidský organizmus přibližně stejný účinek jako hluk časově proměnný
HLADINA HLUKOVÉ EXPOZICE:
konstantní hladina zvuku, která by měla za jednu sekundu stejnou energii jako naměřená hladina během celého měření
SLUCHOVÝ VJEM:
130 dB = práh bolestivosti
0 dB = práh slyšitelnosti
člověk vnímá nejcitlivěji v oblasti 2 – 5kHz – je schopen vnímat nejmenší změny tlaku
KŘIVKY HLADIN STEJNÉ HLASITOSTI
Vyjadřují tlakové změny akustického tlaku čistých tónů při různých kmitočtech, jevících se při subjektivním porovnávání jako stejně hlasité, jako čistý tón s frekvencí 1kHz
Vezměme například křivku pro 10 dB. Při f = 1 kHz vnímáme tento tón jako tón, který má hladinu akustického tlaku 10 dB. Pokud, ale vezmeme tón o f = 60 Hz, tak je potřebné, aby měl hladinu akustického tlaku 40 dB, abychom ho vnímali uchem jako 10dB. Tyto křivky jsou u každého jedince mírně odlišné, protože nikdo nemá stejně citlivý sluchový orgán.
Kmitočtová závislost vnímání zvuku je výraznější v nízkých hladinách akustického tlaku, méně výraznější v oblasti nižších frekvencí
U starších lidí dochází k deformaci křivek
Kromě hlasitosti a výšky zvuků je důležité zbarvení a doba trvání (zvuky kratší než 70-100ms člověk vůbec nevnímá)
TŘETINO-OKTÁVOVÁ ANALÝZA
;
ZVUKOMĚR
Jako snímače se používají kondenzátorové (kapacitní) mikrofony – přesné, spolehlivé, stabilní
Váhové filtry
opravují snímaný zvuk tak, aby se přiblížil subjektivnímu vnímaní člověka
jsou to vlastně převrácené křivky hladin stejné hlasitosti
TENZOMETRIE
= snímač pracující na změně odporu, sleduje se poměrná deformace
; ρ = měrný elektrický odpor; ε = relativní prodloužení; k = k – faktor tenzometru

k – faktor = bezrozměrný součinitel, který zahrnuje vliv měřící mřížky a celé konfigurace tenzometru (= cca 2) a charakterizuje jak materiál tak uspořádání tenzometru
=relativní prodloužení drátku tenzometru
=příčná deformace=změna průřezu v příčném směru
= k – faktor tenzometru
→ celková změna:
→ příčná citlivost tenzometru:
Odezvy tenzometru na změnu teploty:
Zdánlivá deformace nezatíženého tenzometru
Tenzometry se používají pouze v platnosti Hookova zákona (pod mezí kluzu) z důvodu lineárního průběhu
Zdánlivá deformace je vratný jev, ale je nutné s ní počítat
SAMOKOMPENZOVATELNÉ TENZOMETRY – slouží k minimalizaci zdánlivé deformace v určitém teplotním rozsahu - výrobci se o to snaží
Teplotní vliv:
Při teplotním driftu se jedná o mikrostrukturální změny a oxidace (koroze) měřící mřížky a relaxace napětí v mřížce nebo lepidle z důvodu teplotních změn v čase = nevratná změna, lze ji odstranit pouze můstkovým zapojením
Mezní podmínky při statické deformaci:
Běžné tenzometry jsou zatěžovány tak, že εmax = 3000μm/m
Mezní podmínky při dynamickém namáhání:
Horní frekvence, kterou lze spolehlivě měřit aby nedocházelo k lomům a únavě materiálu – tenzometr integruje mechanickou veličinu na své aktivní délce
Poměr aktivní délky tenzometru a vlnové délky procházející vlny by měl být co nejmenší
Aktivní délka by měla být mnohokrát větší než délka vlny v průběhu měřené veličiny
Napájecí napětí:
stř, ss v řádech cca 0,5 – 12V, odpory cca 120 - 300Ω
např. 5V/120Ω → ρ = 20,8 μA → proudové zatížení: 46A/mm2
Creep (tečení):
Po určitém čase dochází ke změnám a k poklesu měřené veličiny, v čase dochází ke změnám ve vrstvách povrchových materiálů a v lepidle, která přenášejí napětí; Vyrovnání napětí a pokles relativní deformace
Hystereze
Rozdíl v hodnotě naměřené změny odporu při zatížení a odlehčení – nevrátí se zpět do nuly
S počtem cyklů se hysterezní smyčka ustaluje a zužuje
TYPY TENZOMETRŮ
KOVOVÉ TENZOMETRY
FÓLIOVÉ
Používají se nejčastěji, tloušťka fólie je cca 20μm, kovová mřížka cca 5μm.
Jsou vyrobeny leptáním – je možná libovolná konfigurace měřící mřížky
Přenos tepla a deformace mezi měřeným objektem a tenzometrem je dokonalejší než u drátkových tenzometrů
Délka mřížky je od 0,4mm do 150mm
DRÁTKOVÉ (starší typy)
Drátkové s podložkou:
Měřící mřížka z drátku je přilepena lepidlem k podložce
Používají se pro měření za vyšších teplot (250-900°C) a při vyšším dynamickém zatěžování (až 4000μm/m)
Výhody: malý rozptyl K-faktoru a odporu, vhodnou vazbou u jiným materiálem lze vytvořit samokompenzovatelné tenzometry
Nevýhody: dosažitelná hodnota odporu z důvodu většího průřezu, větší vliv vodiče a nižší hodnota K-faktoru
Drátkové bez podložky:
Většinou vysokoteplotní tenzometry, které se na měřený prvek připevňují keramickým tmelem
Drátkové s volnou mřížkou:
Drátky jsou přichyceny k měřenému objektu pomocí izolačních kolíčků
Výhody: odpadají problémy s přenosem deformace na celý povrch tenzometru, malá histereze
Nevýhody: malá rezonanční frekvence
VRSTVOVÉ:
Kovová mřížka je nanášena rozprašováním na měřený objekt
Používají se u snímačů tlaku
POLOVODIČOVÉ TENZOMETRY:
Využívají piezorezistence materiálu – změna jeho odporu při deformaci
Např. polovodiče na bázi křemíku
Výhody: vysoká citlivost – 100x větší než u fóliových tenzometrů, vysoká únavová životnost a stabilita v širokém rozmezí teplot
Nevýhody: chovají se jako sklo, tzn. malá odolnost proti tahovým deformacím
OPTICKÉ TENZOMETRY
Konstrukčně jsou stejné, pouze složené z optických vláken
Deformací se mění rozestup reflexních odrazových ploch a tím se mění vlnová délka odraženého světla
Výhody: lze je používat v oblastech explozivního prostředí a v oblastech velkých deformací, jsou necitlivé na elektromagnetické pole, citlivost až 10000μm/m, lze používat dlouhé dráty – až 50km
Nevýhody: teplotní závislost, musí se kompenzovat teplota
TYPY FÓLIOVÝCH TENZOMETRŮ – VÍCENÁSOBNÉ TENZOMETRY:
Více měřících mřížek na jedné měřící podložce v přesně definovaném směru a s přesně definovanou roztečí
TENZOMETRICKÉ ŘETĚZCE
Slouží ke zjišťování gradientu napětí
TENZOMETRICKÉ KŘÍŽE
Používají se ke zjišťování rovinné napjatosti, tzn. deformace ve více směrech
Používají se tam, kde známe směry hlavních napětí
Typ „T“, Typ „L“
TENZOMETRICKÉ RŮŽICE
Stejný princip jako tenz. kříže, používají se tehdy, kdy neznáme směr hlavních napětí
„Růžice“ se používají také při zjišťování zbytkového napětí – „odvrtávací metoda“
POSTUP INSTALACE TENZOMETRŮ
obroušení na základní materiál
očištění jemným smirkem a odmaštění
kápne se le