Méréstechnika

A tantárgy angol neve: Measurement Technology

Adatlap utolsó módosítása: 2022. augusztus 26.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar 		Alapképzés (BSc), villamosmérnöki szak
Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIMIAB02 4 3/2/1/v 6  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Sujbert László,
4. A tantárgy előadója Dr. Sujbert László egyetemi docens, MIT
5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Matematika A1, A2, A4 (valószínűségszámítás) egyes fejezetei, valamint  Jelek és rendszerek 1., 2.
6. Előtanulmányi rend
Ajánlott:

Jelek és rendszerek 2. kredit megszerzése.

(Kötelező: Jelek és rendszerek 2. aláírás megszerzése.)

7. A tantárgy célkitűzése A tantárgy célja mérések tervezésével, végrehajtásával és kiértékelésével kapcsolatos ismeretek átadása, villamosmérnökök számára kiemelten fontos mennyiségek méréstechnikájára koncentrálva. A tantárgy elméleti és gyakorlati anyaga hangsúlyozza, hogy a mérés jelek és műszaki rendszerek modellezési folyamata, nem csupán egy mennyiség kvantitatív vagy kvalitatív értékének meghatározása. A tantárgyat teljesítő hallgató képes lesz elvégezni tetszőleges mérési eljárás adatainak kiértékelését, a mérési eredményt megadni a hozzá tartozó pontossági információval (bizonytalanság) együtt; továbbá tisztában lesz a villamosmérnöki gyakorlatban előforduló alapvető mennyiségek mérésére alkalmas eljárásokkal, eszközökkel; alkalmazni tudja a jelfeldolgozás eszközeit méréstechnikai problémák megoldására.
8. A tantárgy részletes tematikája Előadás
  1. Bevezető. A méréstechnika tantárgy feladata, főbb témakörei. A mérés és a modellezés kapcsolata. Alapvető mérési módszerek. Mérési hibák: abszolút és relatív hiba.
  2. Mérési hibák: rendszeres, véletlen hiba, mintapéldák. Mérési hibák terjedése (1): matematikai modell. Hibaösszegzés, mintapéldák.
  3. Mérési hibák terjedése (2), mintapéldák. Statikus átalakítók hibái: ofszet-, erősítés-, linearitási, hiszterézis-, kvantálási hiba. Görbeillesztés. Egyenes és polinom illesztése
  4. Mérési adatok kiértékelése: matematikai modell, átlagolás, az átlag varianciája, tapasztalati szórás. Konfidenciaszámítás (1). Gauss-, Khí-négyzet- és Student-eloszlás alkalmazása. Az eloszlások származtatása, formulák levezetése.
  5. Konfidenciaszámítás (2). Csebisev-egyenlőtlenség. Megoldható konfidenciaszámítási feladatok áttekintése. Konfidenciaszámítás alkalmazása hibaszámításra.
  6. Feszültség és áram mérése. Analóg és digitális műszer felépítése. Méréshatár kiterjesztése, bemenő ellenállás. Műszerekre jellemző mérési hibák és figyelembevételük.
  7. AC-mérők. AC jelek leírása: Fourier-sor, középértékek számítása, dB-skála. Különböző elven mérő műszerek összehasonlítása. Zaj jellemzése, jel-zaj viszony, zaj szűrése.
  8. Jelátalakítók: passzív elemek (ellenállás, tekercs, kondenzátor) nemideális viselkedésének modellezése. Feszültségosztók: ohmos, induktív és kapacitív osztó. Kompenzált ohmos osztó.
  9. Jelátalakítók: feszültség- és áramváltó. Elektronikai áttekintés: műveleti erősítős kapcsolások: alapkapcsolások, mérőerősítők (differenciaerősítő, 3 műveleti erősítős mérőerősítő). Alkalmazási lehetőségek.
  10. Impedanciamérés: DC kispontosságú módszerek, soros és párhuzamos ohmmérő. AC mérés: helyettesítőképek. A helyettesítőkép és a fizikai felépítés kapcsolata. AC kispontosságú módszerek. Teljesítménymérés.
  11. Impedanciamérés: Feszültség-összehasonlítás módszere. Nagypontosságú módszerek, Wheatstone-féle hídstruktúrák. Mintapéldák. Aránytranszformátoros, áramkomparátoros hidak.
  12. Szórt impedanciák hatásának csökkentése. Mérőhálózatok zavarérzékenysége: árnyékolt vezetékek alkalmazása. Mérővezetékek és szórt impedanciák hatásának kompenzálási lehetőségei. 2-, 3-, 4-, 5-vezetékes mérés bevezetése. In-circuit mérés. A teljes impedanciamérési feladat áttekintése.
  13. Idő- és frekvenciamérés: számlálós frekvencia/periódusidő/átlagperiódusidő-mérő felépítése, hibaszámítása. Állandó kapuidejű átlagperiódusidő-mérő. Digitális fázisszögmérés.
  14. Analóg és digitális oszcilloszkóp. A kiértékelhető ábra megjelenésének feltételei, a triggeráramkör/logika szerepe. Megvalósítható funkciók. Jelfeldolgozási áttekintés: mintavételi tétel és alkalmazásai.
  15. Spektrumanalízis. Analóg megoldások: párhuzamos, hangolt szűrős és heterodin spektrumanalizátor. A diszkrét Fourier-transzformáció alkalmazása. Ablakfüggvények alkalmazása.
  16. AD-átalakítók: flash, szukcesszív approximációs, dual-slope. Subranging AD. Hosszú- és rövididejű stabilitás szerepe az átalakítás folyamatában. Átalakítási idő, zavarjel-elnyomás számítása.
  17. DA-átalakítók: létrahálózatos DA-k. Kapcsolt kapacitású DA-k. AD- és DA-átalakítók összehasonlítása. AD- és DA-átalakítók hibái: integrális és differenciális nemlinearitás.
  18. Kvantálási hiba, kvantálás zajmodellje. A mintavételezés hatása a kvantálási zajra. Effektív bitszám számítása. Delta-szigma AD- és DA-átalakítók felépítése és működése.
  19. Egyszerű digitális jelfeldolgozási feladatok: mozgó átlagolás, exponenciális átlagolás. Véges és végtelen impulzusválaszú (FIR és IIR) szűrők alkalmazása.
  20. Mérőrendszerek tipikus felépítése: önálló (stand-alone), moduláris és elosztott rendszerek jellemzői és problémái.
  21. Tartalék előadás (csúszás, munkaszüneti napok miatti elmaradás stb. kompenzálására).
Gyakorlat

A heti 2 órás tantermi gyakorlatokon az előadáson korábban tárgyalt témakörökhöz tartozó számpéldák szerepelnek.

Laboratórium

A laboratóriumi gyakorlatok időtartama átlagosan heti 1 óra, amelyet 4 db 3 órás alkalommal bonyolítunk le. Az egyes laboratóriumi mérések tematikája a következő:

  1. Műszerismeret 1. Tápegységek, multiméterek és egyéb  feszültség- és árammérő műszerek, függvénygenerátor, oszcilloszkóp megismerése
  2. Műszerismeret 2. A fenti műszerek megismerésének folytatása, gyakorlás.
  3. Alapmérések. A műszerek ismeretének elmélyítése egyszerű áramkörön végzett mérések segítségével.
  4. Mérésadatgyűjtő használata. Jelforrás feszültségének mintavételezése és felvétele. A megfelelő mintavételi frekvencia meghatározása, a mintavételezett jel megjelenítése, egyszerű feldolgozási feladatok végrehajtása.
9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Heti 3 óra előadás (átlagosan), 2 óra tantermi gyakorlat és 1 óra laboratórium (4 db 3 órás mérési alkalom.
10. Követelmények

Szorgalmi időszakban

a. egy nagyzárthelyi pontszámának legalább 40%-os teljesítése
b. 5 nem kötelező házi feladat elkészítése
c. A laboratóriumi mérésekről nem kötelező jegyzőkönyvet készíteni, de aktív részvételt várunk el.

Vizsgaidőszakban

Írásbeli vizsga pontszámának legalább 40%-os teljesítése.

A vizsgajegyet a nagyzárthelyi és a vizsga eredményének 1/3 - 2/3 arányú súlyozásával képzett összpontszám alapján állapítjuk meg. Az elégséges osztályzat megszerzésének feltétele legalább 40%-os eredmény elérése.

A nem kötelező házi feladatok megoldásáért a hallgató pluszpontokat kap. A vizsga alapján megállapított legalább elégséges osztályzatot a félév során kapott pluszpontok maximum egy osztályzattal javíthatják.

 

11. Pótlási lehetőségek A nagyzárthelyi két alkalommal pótolható: egy pótlás a szorgalmi, egy a pótlási időszakban. A nem kötelező házi feladatok nem pótolhatók.
A laboratóriumi gyakorlatok közül egy alkalom pótlására van lehetőség. Több hiányzás vagy sikertelen mérés esetén a félév további menete a tantárgyfelelőssel egyeztetendő.
12. Konzultációs lehetőségek A tantermi gyakorlatokon, laboratóriumi foglalkozásokon és egyéni megbeszélés szerint.
13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

[1] Zoltán István: Méréstechnika. Egyetemi tankönyv. Műegyetemi Kiadó. 1997. 55029

[2] Sujbert - Naszádos - Péceli: Méréstechnika példatár. Műegyetemi Kiadó. 2006. 55078

[3] Schnell L. (ed.): Jelek és rendszerek méréstechnikája. Jegyzetforma: Műegyetemi Kiadó. 51435, -1, -2

[4] Aszinkron formában elérhető elektronikus segédanyagok.

 

Angol nyelvű szakirodalom:

[1] Schnell, L. (Ed.): Technology of Electrical Measurements. Wiley, 1993.

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra84
Félévközi készülés előadásra14
Félévközi készülés gyakorlatra 14
 Félévközi készülés laborgyakorlatra 6
Felkészülés zárthelyire20
Házi feladat elkészítése0
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása6
Vizsgafelkészülés36
Összesen180
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta Dr. Sujbert László egyetemi docens, MIT
IMSc tematika és módszer Az IMSc tanulókörök számára saját tematika szerinti tantermi gyakorlatokat tartunk. Az alapvető eljárások begyakorlására kevesebb időt fordítunk, a fennmaradó időben összetett feladatokat oldunk meg.
Esetenként az elméleti tananyagot a tantermi gyakorlaton kiegészítjük.
Az IMSc hallgatók számára ajánlott a szorgalmi házi feladatok elkészítése.
IMSc pontozás A szorgalmi házi feladatokra feladatonként 4 - 4, összesen 20 IMSc pont kapható.
A nagyzárthelyi IMSc példát is tartalmaz. Az IMSc példával kiegészített zárthelyi összpontszáma 30%-kal haladja meg az IMSc példa nélküli maximális pontszámot. Az IMSc példával összesen 10 IMSc pont szerezhető.
Összesen tehát 30 IMSc pont szerezhető meg.
Az IMSc pontok megszerzése a programban nem résztvevő hallgatók számára is biztosított.