BME VIK - Méréstechnika

3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Sujbert László,

A tantárgy tanszéki weboldala http://www.mit.bme.hu/oktatas/targyak/VIMIAB02

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

Kötelező:

(NEM TárgyTeljesítve_Képzésen("BMEVIMIAB01") )

ÉS

(( (EgyenCsoportTagja("VILL - 2022 - MINTATANTERV HALLGATÓI") VAGY
EgyenCsoportTagja("VILL - 2022ENG - MINTATANTERV HALLGATÓI"))
ÉS
TárgyEredmény( "BMEVIHVAB02" , "aláírás" , _ ) = -1 )

VAGY

( (EgyenCsoportTagja("2014_tanterv_hallgatoi_vill") VAGY
EgyenCsoportTagja("2014_tanterv_hallgatoi_vill_eng"))

ÉS
(TárgyEredmény( "BMEVIHVAB01" , "aláírás" , _ ) = -1 VAGY
TárgyEredmény( "BMEVIHVAB02" , "aláírás" , _ ) = -1 )) )

A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

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

Bevezető. A méréstechnika tantárgy feladata, főbb témakörei. A mérés és a modellezés kapcsolata. Alapvető mérési módszerek. Mérési hibák: abszolút és relatív hiba.
Mérési hibák: rendszeres, véletlen hiba, mintapéldák. Mérési hibák terjedése (1): matematikai modell. Hibaösszegzés, mintapéldák.
Mérési hibák terjedése (2), mintapéldák. Statikus átalakítók hibái: ofszet-, erősítés-, linearitási, hiszterézis-, kvantálási hiba. Görbeillesztés. Egyenes és polinom illesztése
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.
Konfidenciaszámítás (2). Csebisev-egyenlőtlenség. Megoldható konfidenciaszámítási feladatok áttekintése. Konfidenciaszámítás alkalmazása hibaszámításra.
Feszültség és áram mérése. Analóg és digitális műszer felépítése. Méréshatár kiterjesztése, bemenő ellenállás. Műszerekre jellemző mérési hibák és figyelembevételük.
AC-mérők. AC jelek leírása: Fourier-sor, középértékek számítása, dB-skála. Különböző elven mérő műszerek összehasonlítása. Zaj jellemzése, jel-zaj viszony, zaj szűrése.
Jelátalakítók: passzív elemek (ellenállás, tekercs, kondenzátor) nemideális viselkedésének modellezése. Feszültségosztók: ohmos, induktív és kapacitív osztó. Kompenzált ohmos osztó.
Jelátalakítók: feszültség- és áramváltó. Elektronikai áttekintés: műveleti erősítős kapcsolások: alapkapcsolások, mérőerősítők (differenciaerősítő, 3 műveleti erősítős mérőerősítő). Alkalmazási lehetőségek.
Impedanciamérés: DC kispontosságú módszerek, soros és párhuzamos ohmmérő. AC mérés: helyettesítőképek. A helyettesítőkép és a fizikai felépítés kapcsolata. AC kispontosságú módszerek. Teljesítménymérés.
Impedanciamérés: Feszültség-összehasonlítás módszere. Nagypontosságú módszerek, Wheatstone-féle hídstruktúrák. Mintapéldák. Aránytranszformátoros, áramkomparátoros hidak.
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.
Idő- és frekvenciamérés: számlálós frekvencia/periódusidő/átlagperiódusidő-mérő felépítése, hibaszámítása. Állandó kapuidejű átlagperiódusidő-mérő. Digitális fázisszögmérés.
Analóg és digitális oszcilloszkóp. A kiértékelhető ábra megjelenésének feltételei, a triggeráramkör/logika szerepe. Megvalósítható funkciók. Jelfeldolgozási áttekintés: mintavételi tétel és alkalmazásai.
Spektrumanalízis. Analóg megoldások: párhuzamos, hangolt szűrős és heterodin spektrumanalizátor. A diszkrét Fourier-transzformáció alkalmazása. Ablakfüggvények alkalmazása.
AD-átalakítók: flash, szukcesszív approximációs, dual-slope. Subranging AD. Hosszú- és rövididejű stabilitás szerepe az átalakítás folyamatában. Átalakítási idő, zavarjel-elnyomás számítása.
DA-átalakítók: létrahálózatos DA-k. Kapcsolt kapacitású DA-k. AD- és DA-átalakítók összehasonlítása. AD- és DA-átalakítók hibái: integrális és differenciális nemlinearitás.
Kvantálási hiba, kvantálás zajmodellje. A mintavételezés hatása a kvantálási zajra. Effektív bitszám számítása. Delta-szigma AD- és DA-átalakítók felépítése és működése.
Egyszerű digitális jelfeldolgozási feladatok: mozgó átlagolás, exponenciális átlagolás. Véges és végtelen impulzusválaszú (FIR és IIR) szűrők alkalmazása.
Mérőrendszerek tipikus felépítése: önálló (stand-alone), moduláris és elosztott rendszerek jellemzői és problémái.
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:

Műszerismeret 1. Tápegységek, multiméterek és egyéb feszültség- és árammérő műszerek, függvénygenerátor, oszcilloszkóp megismerése
Műszerismeret 2. A fenti műszerek megismerésének folytatása, gyakorlás.
Alapmérések. A műszerek ismeretének elmélyítése egyszerű áramkörön végzett mérések segítségével.
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 óra	84
Félévközi készülés előadásra	14
Félévközi készülés gyakorlatra	14
Félévközi készülés laborgyakorlatra	6
Felkészülés zárthelyire	20
Házi feladat elkészítése	0
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása	6
Vizsgafelkészülés	36
Összesen	180

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.