KÍSÉRLET, MÉRÉS, MŰSZERES MÉRÉS

Átírás

1 KÍSÉRLET, MÉRÉS, MŰSZERES MÉRÉS

2 Kísérlet, mérés, modellalkotás Modell: olyan fizikai vagy szellemi (tudati) alkotás, amely egy adott jelenség lefolyását vagy egy rendszer viselkedését részben vagy egészen utánozni (szimulálni) képes, és alkalmas arra, hogy vizsgálatából az eredeti jelenségre vagy rendszerre vonatkozóan új ismereteket szerezzünk. A modellezés a vizsgált jelenség (rendszer) helyettesítése egy másikkal (megfeleltetése egy másiknak, pl. kísérleti állat ember megfeleltetés), amelynek a vizsgálata egyszerűbben és gazdaságosabban megoldható. A modell lehet fizikai matematikai

3 Kísérlet, mérés, modellalkotás modellalkotási folyamat kísérlet Kísérlet: a természet jelenségeinek és összefüggéseinek (törvényeinek) megismerésére irányuló tapasztalatszerző eljárás. A kísérlet előnyei az egyszerű megfigyeléssel szemben: - A vizsgálandó jelenséget mi magunk idézhetjük elő, annak helyét és idejét mi magunk kötjük ki. A megfigyelések megismételhetőek, mások is ellenőrizhetik. - a jelenség feltételeinek, körülményeinek a kísérletező céljai szerint való szándékos változtatására (a feltételek izolációja).

4 A kísérletek jellegük szerint : Kísérlet, mérés, modellalkotás a.) Rendszeres megfigyelések. Az előzőekben mondottak alapján nem érdemlik ki teljesen a kísérlet elnevezést. (Olyan esetekben, amikor mi magunk nem tudjuk előidézni a jelenséget, csak ez a módszer marad a vizsgálódásra, például: hurrikán megfigyelése.) Az egyéb jellegű kísérletektől való lényegi eltérés miatt a passzív kísérlet elnevezés is használatos a gyakorlatban. b.) Előkísérletek, amelyeket annak érdekében végzünk, hogy valamit lássunk a jelenséget meghatározó paraméterek kapcsolatáról (a jelenség kvalitatív képét adják). c.) Bizonyító kísérletek. Céljuk egy előzetes hipotézis igazolása, amely vagy előkísérlet eredménye, vagy egy elméletből dedukció útján nyert megállapítás. Feladatuk általában valamilyen kvantitatív összefüggés (matematikai modell) felállítása.

5 Kísérlet, mérés, modellalkotás A modell illesztése a valósághoz a kísérleti tapasztalatok alapján Kísérleti (mérési) jegyzőkönyv

6 Kísérlet, mérés, modellalkotás A kísérlethez általában hozzátartozik a vizsgált jelenség feltételeinek kvantitatív (mennyiségi) meghatározása, azaz a mérés is. Mérés:azona műveletek összessége, amelyeknek célja egy mennyiség (adott mértékegységhez tartozó mérőszámának) meghatározása. Egy mérés elvégzése tulajdonképpen mindig kísérlet (a legtágabb értelemben). A kvantitativitás nem feltétlen velejárója a kísérletnek, egy kvalitatív vizsgálat is lehet kísérlet. közvetlen összehasonlítással két rendszer kölcsönhatásán keresztül Megjegyzés: ld. nulladik főtétel A mérés gyakorlati megvalósítása: a mért mennyiséget jellemző jel (elmozdulás, mutatókitérés, számjegyes kijelzés) közvetlen érzékelése kompenzációs módszer

7 Kísérlet, mérés, modellalkotás Mérési adat: mindig X = {x}[x] alakú, ahol X a fizikai mennyiség jele, {x} a mérési adat számértéke, [X] pedig a mértékegysége. Mérőrendszer: Valamely mérési feladat elvégzésére létrehozott, több műszerből és kiegészítő egységből álló mérési összeállítás.

8 Példa: Kísérlet, mérés, modellalkotás Durva beosztású skála Az érték: 3 és 4 között Becsléssel: 3,3 Finomabb skála Az érték: 3,3 és 3,4 között Becsléssel: 3,36 Instrument least count: Legkisebb skálaosztás Főskála + nóniuszskála Főskála-érték: 3,3 Nóniusz: 0,08

9 A mérőrendszer alapegységei, az egyes részek funkciója Mérőrendszer általános felépítése

10 A mérőrendszer alapegységei, az egyes részek funkciója Az érzékelők (jeladó, detektor) csoportosítása a mért paraméterek jellege alapján: - fizikai érzékelők (például: nyomás, hőmérséklet, elmozdulás, fényintenzitás stb.) - kémiai érzékelők (például: ph, koncentráció, elektrolit vezetés stb.) - biológiai érzékelők vagy bioszenzorok (például: glükóz, oxigén, antigén, enzim érzékelők stb.) a kivitelezés (gyakorlati megvalósítás) alapján: - analóg (ld. mutatókitérés, skála) - digitális (kvantálás, felbontás) elven működő mérőműszerek.

11 A mérőrendszer alapegységei, az egyes részek funkciója Fontos fogalmak: - méréshatár (mérési tartomány): a mért mennyiség legnagyobb kijelezhető értéke, amely általában kapcsolóval állítható, de vannak automatikus méréshatár váltással rendelkező műszerek is; - érzékenység: analóg mérőműszernél megadja, hogy a mérendő mennyiség egységnyi megváltozására hány osztásrésznyit mozdul el a mutató, pl. ha a 10 V-os méréshatárban a skála 50 részre van osztva, akkor az érzékenység 5 osztásrész/v (5 or/v); digitális mérőműszernél az érzékenység egyenlő a berendezés felbontásával vagy kvantálásával; - pontosság: a mérési eredménynek a valódi értéktől való eltérése (ld. abszolút hiba); -belső (bemenő) ellenállás: pl. feszültségmérők esetében; - átviteli függvény: A detektorjel és a vizsgált paraméter értéke közötti kölcsönösen egyértelmű függvénykapcsolat (kalibráció, hitelesítés);

12 A mérőrendszerek fejlődése, számítógép alkalmazása a mérésadatgyűjtésben és -feldolgozásban A mérésadatgyűjtő és -feldolgozó rendszerek csoportosítása a) off-line b) on-line c) automatikus

13 A mérőrendszerek fejlődése, számítógép alkalmazása a mérésadatgyűjtésben és -feldolgozásban Számítógép vezérelt mérőrendszer általános felépítése

14 Folyamatirányítás, irányítástechnika Az irányítási folyamat (akár kézi, akár önműködő) mindig a következő műveletekből áll: a.) érzékelés: információszerzés az irányítandó folyamatról (berendezésről). A folyamatra, állapotra jellemző paraméterek begyűjtése. b.) ítéletalkotás: döntés a szerzett információ (értesülés) feldolgozása alapján a rendelkezés szükséges-ségéről (döntési algoritmus alapján). A mért paraméter értékek mennyiben felelnek meg az elvárásnak? c.) rendelkezés: utasítás a beavatkozásra. d.) beavatkozás: az irányított folyamat befolyásolása a rendelkezés alapján.

15 Irányítási folyamat (általánosan) Folyamatirányítás, irányítástechnika Az irányítás művelete két fő csoportba osztható: a vezérlésre és a szabályozásra. Vezérlés: nincs visszacsatolás, nyílt hatásláncú irányítás; Szabályozás: zárt hatásláncú, visszacsatolt irányítás ( értéktartó vagy követő szabályozás);

16 Szabályozás (általában) Folyamatirányítás, irányítástechnika

17 Folyamatirányítás, irányítástechnika A számítógépes folyamatirányítás a beavatkozás módja szerint: a.) nyílt beavatkozó láncú számítógépes folyamatirányítás b.) zárt beavatkozó láncú számítógépes folyamatirányítás (Nem tévesztendő össze a vezérléssel és szabályozással; ez mindkettő szabályozás) Nyílt beavatkozó láncú irányítás: a számítógép kapcsolata a folyamattal csak az érzékelési oldalról közvetlen, a beavatkozás a kezelő közreműködésével történik. A számítógép feladata az adatgyűjtés, adatfeldolgozás, határértékek figyelése, vészjelzés, a kezelő tájékoztatása, stb. A beavatkozáshoz szükséges döntést a kezelő hozza a számítógép tájékoztatása alapján, és ő működteti a beavatkozó szerveket is. A zárt beavatkozó láncú irányítás: a folyamatba való beavatkozásokat közvetlenül a számítógép végzi. A kezelő csak felügyeletet lát el, és elhárítja az esetleges üzemzavarokat. Amennyiben a számítógép látja el teljes egészében a szabályozási feladatokat, és közvetlenül a végrehajtó szerveket (beavatkozó szervek) működteti, közvetlen digitális irányításról beszélünk (DDC = Direct Digital Control).

18 Folyamatirányítás, irányítástechnika Nyílt beavatkozási láncú számítógépes folyamatirányítás

19 Folyamatirányítás, irányítástechnika Zárt beavatkozási láncú számítógépes folyamatirányítás

20