Detail předmětu

Diagnostické metody v elektrotechnice

FEKT-MPC-DMEAk. rok: 2021/2022

Diagnostické metody pro stanovení vlastností a parametrů elektroizolačních materiálů a systémů. Mikroskopické, spektroskopické a difraktometrické diagnostické metody, fyzikální principy a použití. Diagnostika a princip funkce elektrochemických zdrojů elektrické energie. Zpracování a vyhodnocení naměřených údajů.

 

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

Ing. Pavel Čudek, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav elektrotechnologie (UETE)

Výsledky učení předmětu

Po absolvování předmětu je student schopen:

  • popsat teoretické základy elektrických a fyzikálních diagnostických metod používaných pro stanovení vlastností, parametrů, struktur a složení elektrotechnických materiálů.
  • vysvětlit obecné základy postupů zpracování a vyhodnocení naměřených údajů.
  • orientovat se v diagnostických metodách (opotické mikroskopie, elektronové mikroskopie, rentgenové difrakce, energiově disperzní spektroskopie...) a navrhnout použití vhodné metody pro konkrétní aplikaci, včetně jednoduché interpretace získaných informací.

 

Prerekvizity

Znalost matematiky a fyziky na úrovni bakaláře studujícího magisterský obor na technické vysoké škole. 
Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „pracovníka znalého pro samostatnou činnost“ dle Vyhl. 50/1978 Sb., kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky, numerická a laboratorní cvičení. Předmět využívá e-learning. Student odevzdává jeden samostatný projekt.

Způsob a kritéria hodnocení

  • Až 40 bodů v průběhu semestru (20 bodů za laboratorní cvičení a 20 bodů za samostatnou práci a její prezentaci)
  • až 60 bodů za písemnou závěrečnou zkoušku

Zkouška je zaměřena na ověření znalostí a orientaci v oblasti diagnostických metod a organizaci zkušebnictví.


Osnovy výuky

  1. Přehled metod optické mikroskopie. Geometrie a vady čoček. Objektiv a okulár. Charakteristické hodnoty optického mikroskopu. Mikroskopická pozorování.
  2. Elektronová mikroskopie rastrovací a transmisní. Metody environmentální rastrovací elektronové mikroskopie. Zdroje elektronů, fyzikální vlastnosti elektronů, elektronová optika, vady elektromagnetických čoček, charakteristické hodnoty rastrovacího elektronového mikroskopu.
  3. Diagnostické metody založené na interakci elektronů s pevnou látkou. Pružný nepružný rozptyl. Emise zpětně odražených a sekundárních elektronů, jejich detekce a využití v rastrovací elektronové mikroskopii. Metoda EBIC.
  4. Spektroskopické metody a jejich přehled. Princip buzení spekter. Vznik charakteristického a spojitého rentgenového záření. Rentgenová spektrální mikroanalýza. Metody EDS a WDS.
  5. Metody mikroskopie rastrujícím hrotem. Rastrovací tunelová mikroskopie a mikroskopie atomárních sil. Fyzikální principy. Možnosti využití v diagnostice fyzikálních vlastností materiálů.
  6. Difrakce, difraktografie a difraktometrické metody. Rentgenové difrakční metody, elektronová a neutronová difraktografie.
  7. Prášková rentgenová difrakční spektroskopie, teoretické předpoklady, aplikační rádius, instrumentace, interpretace difrakčního spektra, příprava vzorků
  8. Přehled diagnostických metod spojených s bezpečností a odolností elektrických předmětů a zařízení.
  9. Diagnostika, spolehlivost a zkušebnictví. Organizace zkušebnictví a certifikace v ČR. Základní pojmy technické diagnostiky, přehled diagnostických metod.
  10. Princip funkce lithno-iontových a jiných druhů baterií. Analýza životnosti a diagnostika.

 

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty s různými diagnostickými metodami. Studenti se seznámí s diagnostikou elektrochemických zdrojů elektrické energie na bázi Li-Ion, s diagnostikou materiálů metodami rastrovací elektronové mikroskopie, resp. environmentální rastrovací elektronové mikroskopie, energiově disperzní spektroskopie, optické mikroskopie, mikroskopie rastrující sondou a rentgenové difrakce. Získají informace o různých fyzikálních metodách používaných pro stanovení fyzikálních vlastností, parametrů, struktur a chemického složení různých materiálů.

 

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Povinná účast ve výuce.

Základní literatura

Frank,L., Král,J.: Metody analýzy povrchů. Iontové, sondové a speciální metody. Academia, Praha,2002 (CS)
Ifan Hughes, Thomas Hase; Measurements and their Uncertainties: A practical guide to modern error analysis; Oxford University Press; 2010 (CS)
Jirák, J., Havlíček, S., Rozsívalová, Z.: Diagnostika a zkušebnictví. Elektronické texty, Brno 2002. (CS)
Koblížek,V. Měření a kontrola v elektrotechnologii ČVUT Praha,1991. (CS)
OĆonnor, D.J. and others: Surface Analysis Methods in Materials Science. Springer Berlin 2003. ISBN0931-5195 (EN)
Reimer,L.:Scanning electron microscopy,Springer Verlag Berlin,2005 (EN)
Van Zant, P.: Microchip fabrication. Fourth edition. McGraw-Hill Publication. New York, 2000. (EN)

Doporučená literatura

Mentlík, V., Pihera, J. a kol.: Diagnostika elektrických zařízení. BEN 2008, ISBN 978-80-7300-2 (CS)

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPC-EEN magisterský navazující 2 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program MPC-EVM magisterský navazující 2 ročník, zimní semestr, povinný
  • Program MPC-TIT magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

  • Program RRTES_P magisterský navazující

    specializace RRTS , 2 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Ondřej Čech, Ph.D.
Ing. Pavel Čudek, Ph.D.
Ing. Kristýna Jandová, Ph.D.
Ing. Kamil Jaššo, Ph.D.

Osnova

Diagnostika a zkušebnictví. Organizace zkušebnictví a certifikace v ČR a v Evropské unii. Přehled diagnostických metod.
Diagnostické metody pro stanovení vlastností elektroizolačních materiálů a systémů ve stejnosměrném elektrickém poli.
Diagnostické metody pro stanovení vlastností elektroizolačních materiálů a systémů v elektrickém poli při 50 Hz a při vysokém napětí.
Diagnostické metody pro stanovení vlastností elektroizolačních materiálů a systémů v elektrickém poli při středních a vysokých kmitočtech.
Diagnostické metody spojené se stanovením vlivu provozních podmínek na vlastnosti materiálů.
Diagnostické metody pro stanovení elektrických vlastností polovodičových desek a struktur. Měření rezistivity, čtyřbodové metody, metoda odporu šíření, stanovení koncentračních profilů. Metody založené na vyhodnocení C-V charakteristik.
Diagnostické metody pro stanovení kontaminace a poruch v polovodičových materiálech. Mikroskopické techniky, metody AFM, AES, ESCA, SIMS.
Diagnostické metody založené na interakci elektronů s pevnou látkou. Elektronová optika, rozlišovací schopnost, hloubka ostrosti. Rozptyl, difúze elektronů.
Diagnostické metody založené na interakci elektronů s pevnou látkou. Emise elektronů a rentgenového záření. Zpětně odražené a sekundární elektrony.
Diagnostické metody založené na interakci elektronů s pevnou látkou. Detekce a zpracování signálů, zobrazení pomocí zpětně odražených a sekundárních elektronů.
Diagnostické metody založené na interakci elektronů s pevnou látkou. Difrakční metody pro analýzu krystalové struktury. Prvková analýza.
Statistická analýza jednorozměrných dat. Výběrové charakteristiky. Bodový a intervalový odhad parametrů normálního, exponenciálního a Weibullova rozdělení.
Testování statistických hypotéz. Testy na identifikaci hrubých chyb. Dixonův test, Grubsův test. Testy shody výběrových rozdělení. Chí-kvadrát test. Kolgomorův test.Testy shody nebo rozdílu dvou veličin.

Laboratorní cvičení

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Ondřej Čech, Ph.D.
Ing. Pavel Čudek, Ph.D.
Ing. Kristýna Jandová, Ph.D.

Osnova

Diagnostika elektroizolačních materiálů a systémů na základě vyhodnocení absorpčních charakteristik.
Diagnostika elektroizolačních materiálů a systémů na základě vyhodnocení složek komplexní permitivity při kmitočtu 50 Hz a při vysokém napětí.
Diagnostika elektroizolačních materiálů a systémů na základě vyhodnocení složek komplexní permitivity při středních a vysokých kmitočtech.
Rastrovací elektronová mikroskopie, sledování vzorků jednotlivými typy detektorů, vyhodnocení získaných informací.
Práce na rentgenovém mikroanalyzátoru. Kvalitativní vyhodnocení spekter.

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz