Detail předmětu

Elektronické měřicí systémy

FEKT-MPC-EMSAk. rok: 2023/2024

Předmět se zabývá technickými prostředky pro automatizaci měření. Jsou vysvětleny základní řešení měřicích systémů sestavených jak ze specializovaných měřicích přístrojů, tak i z univerzálních komponent. Pozornost je věnována zejména návrhu systému splňujícího zadané požadavky, výběru vhodných komponent a problematice softwarové implementace.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

7

Garant předmětu

Ing. Zdeněk Havránek, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav automatizace a měřicí techniky (UAMT)

Vstupní znalosti

Jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia a základní znalost platformy NI LabVIEW. Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby znalé pro samostatnou činnost“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Až 30 bodů za práci v laboratoři:
- 2 teoretické testy - Nejistoty v měřicích systémech (4. týden) - až 6 bodů; Návrh a limity meřicích systýmů (6. týden) - až 6 bodů,
- 1 praktický test - Použití specializovaných přístrojů s vyžitím jazyka SCPI (8.týden) - až 6 bodů,
- 1 projekt - Meřicí systém sestavený ze specializovaných přístrojů - až 12 bodů.
Zápočet je podmíněn získáním alespoň 15 bodů v součtu ze všech hodnocených aktivit v laboratoři.
Až 70 bodů za závěrečnou zkoušku, která se skládá z teoretických otázek a praktických příkladů.  Zkouška je formou testu - správná odpověď je vybírána z nabízených odpovědí. Pro úspěšné ukončení předmětu je zapotřebí získat alespoň 50% bodů ze zkoušky.
Účast v laboratorních cvičeních je povinná, jsou tolerovány dvě omluvené neúčasti. 

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty s postupem návrhu a realizace měřicích systémů. Student se naučí pracovat s měřicími systémy a orientovat se v problematice automatizace měření. Student je schopen zvolit vhodnou koncepci měřicího systému, sestavit jej a stanovit nejistotu měření. Zná způsob obecného popisu vlastností a struktury měřicího systému.
Absolvent zná:
- terminologii měřicích systémů,
- základní stavebnicové systémy pro automatizaci měření a odpovídající standardy.
Absolvent je schopen:
- provést teoretický návrh měřicího systému,
- stanovit zdroje nejistot v měřicím systému,
- sestavit jednoduchý měřicí systém včetně softwarové implementace (NI LabVIEW),
- stanovit požadavky na robustnost systému a jeho ovládání.

Základní literatura

ČEJKA, M. Elektronické měřicí systémy. VUT-FEKT, 2002. Elektronická skripta - VUT v Brně (CS)
DI PAOLO EMILIO, M. Data Acquisition Systems: From Fundamentals to Applied Design. 2013. Springer. ISBN 978-1461442134. (CS)
EHSANI, B. Data Acquisition Using LabVIEW. 2016. Packt Publishing Ltd. ISBN 9781782172178. (CS)

Doporučená literatura

KOCOUREK, P. Číslicové měřicí systémy. Vydavatelství ČVUT. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPC-KAM magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný
  • Program MPC-EKT magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinně volitelný
  • Program MPC-EEN magisterský navazující 2 ročník, letní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Soňa Šedivá, Ph.D.
Ing. Zdeněk Havránek, Ph.D.

Osnova

1. Úvod, seznámení s obsahem předmětu, návrh měřicího systému, opakování problematiky nejistot měření.
2. Konstrukce kvalifikovaných odhadů zdrojů nejistot v měřicích systémech, příklady jejich tvorby v oblasti měřicích prostředků a snímačů neelektrických veličin.
3. Teoretické základy automatizace měření - typická struktura měřicího řetězce, obvody pro úpravu signálu v měřicím řetězci, vzorkování a jeho vazba na strukturu měřicího řetězce, stanovení fázového posuvu v měřicím systému, aliasing efekt a jeho vliv na měřicí řetězec včetně možnosti jeho potlačení, měřicí ústředny.
4. Sběrnice používané pro automatizaci měření (RS-232, RS-422/423, EIA-485, USB, GPIB, Ethernet, PCI a PCIe).
5. Specializované přístroje pro použití v měřicích řetězcích a jejich typické vlastnosti sledované při návrhu měřicího systému, možnosti jejich zapojení do automatizovaných měřicích systémů, jazyk SCPI a model komunikace.
6. Softwarové prostředky pro automatizaci měření, virtuální instrumentace a její filozofie, jednoduchý měřicí hardware NI USB, práce se specifikacemi, použití driverů DAQmx.
7. Spohlehlivost, elektromagnetická kompatibilita.
8. Modulární měřicí systémy, základní historický přehled, systémy PXI, cDAQ.
9. Proprietální systém NI cRIO, základní struktura a vlastnosti systému, hw model systému a typy datové komunikace, digitální linky v měřicích systémech obecně, vlastnosti a konstrukce přepínačů signálů.
10. Pokročilé programování a algoritmizace v systémech NI cRIO.
11. Metrologie a normy související s automatickými měřicími přístroji a systémy (ČSN EN 60359), aplikace automatizovaných měřicích systémů ve zkušebnictví.

Laboratorní cvičení

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Jakub Krejčí
Ing. Stanislav Klusáček, Ph.D.
Ing. Zdeněk Havránek, Ph.D.
Ing. Stanislav Pikula, Ph.D.
Ing. Soňa Šedivá, Ph.D.

Osnova

Blok A: návrh měřicího systému, výpočet a odhad nejistot, limity systému (3 týdny).
Teoretický test 1
Teoretický test 2
Blok B: komunikace se specializovanými měřicími přístroji, jazyk SCPI (4 týdny)
Praktický test 1
Blok C: práce s ovladači NI DAQmx a univerzální měřicí kartou USB-6008 (1 týden)
Blok D: práce se systémy NI cRIO (1 týden)
Projekt - sestavení automatizovaného měřicího systému se specializovanými přístroji a vývoj řídicího softwaru v programovacím prostředí LabVIEW (3 týdny)