UNIVERZITET U SARAJEVU ELEKTROTEHNIKI FAKULTET SARAJEVO

Izvjetaj sa Laboratorijske vjebe br.4

SENZORI I PRETVARAI

Ime i prezime: Denan Lapandi Br. indexa: 16798

Odsjek: Automatika i elektronika

Sarajevo, 20.1.2015.

UNIVERZITET U SARAJEVU ELEKTROTEHNIKI FAKULTET SARAJEVO

ZADATAK 1 Kalibracija manometra sa Bourdonovom cijevi sa tlanom vagom Izvrena je kalibracija manometar sa Burdonovom cijevi (DUT) proizvoaa WIKA mjernog opsega od 0 do 6. Manometar je kalibrisan putem gasne tlane vage sa referentnim etalonom klip i cilindar 200 kPa/kg (Prilog 1 Certifikat klip cilindar). Ravnoteni poloaj na tlanoj vagi za odgovarajue take kalibracije uspostavljen je sa setom tegova do 5 kg. (Prilog 2- Certifikat set utega) Kalibracija je izvrena u 5 kalibracionih taaka sa sljedeim sekvencama rastui-opadajui-rastui i na referntnom nivou tlane vage h = 0.

1.SHEMATSKI PRIKAZ

2.POSTUPAK Postupak kalibracije manometra sa Bordonovom cijevi (DUT) proizvodjaa WIKA mjernog opsega od 0 do 6 bara smo vrili pomou gasne tlane vage sa referentnim etalonima. Kalibraciju smo vrili na nain to smo dovodili pritiske u tri sekvence `rasua-opadajua-rasua`. Dovodili smo refernetni pritisak od 200 kPa na poetku i pokuavali izbalansirati dovedeni pritisak sa pritiskom koji pokazuje kalibracioni etalon.

Na kalibracini etalon smo stavljali utege ve provjerene mase iju smo teinu ugaali prema dovedenom pritisku. Na generator pritiska smo otputali ili dovodili pritisak, ukoliko je bilo potrebno, s ciljem postizanja to manje greke.

Kada je odstupanje bilo manje od 0.5 nm greku smo mogli smatrati prihvatljivom. Nakon uspostavljanja ravnotee mogli smo zapisati podatke o pritisku koji smo oitavali sa analognog manometra, te podatke o temperaturi zraka u prostoriji koje smo itali sa indikatora. Nakon izvrene prve sekvence etalon smo ostavili da miruje odreeno vrijeme, te smo isti postupak ponovili za opadajuu, a zatim ponovno za rastuu sekvencu. Za sve sekvence smo uzimali podatke, te smo nakon izvrenih svih mjerenja mogli ustanoviti da li manometer, koji

UNIVERZITET U SARAJEVU ELEKTROTEHNIKI FAKULTET SARAJEVO

smo kalibrisali, izlazi iz klase tanosti za koju je predvien. Ukoliko je kalibracija sprovedena na pravilan nain i ukoliko je ustanovljeno da se kalibrisani instrument nalazi u granicama klase tacnosti za njega se moe izdati kalibracioni list koji govori o njegovim karakteristikama za odreeno vrijeme pri odreenim uslovima.

TABELA 1 vrijednosti manometra za kalibracione take

P

Pdutup

(M1)

Pdutdown

(M2)

Pdutup

(M3)

kPa kPa kPa kPa

200 197 198 200

300 299 298 298

400 398 398 398

500 499 498 498

600 598 600 599

TABELA 2 parametri relevantni za proraun pritiska na tlanoj vagi P Sekvenc

a

t Pamb

kPa oC mbar

200 M1 19,25 978,0

300 19,41 978,0

400 20,03 978,1

500 20,04 978,1

600 20,05 978,3

600 M2 20,06 978,4

500 20,07 978,3

400 20,08 978,1

300 20,10 978,1

200 20,11 978,2

200 M3 20,12 978,4

300 20,20 978,4

400 20,20 978,1

500 20,21 978,1

600 20,22 978,2

3.a) U tabeli 3 je data kombinacija tegova i referentna masu za kalibracione take pritiska, gustou zraka, pritisak na referentnoj tlanoj vagi kao i pripadajuu proirenu mjernu nesigurnost.

UNIVERZITET U SARAJEVU ELEKTROTEHNIKI FAKULTET SARAJEVO

TABELA 3 - Referentni pritisak na tlanoj vagi

R=Mklipa+Mnosa+0,5=1 kg

b) U tabeli 4 je odreeno za svaku taku kalibracije: srednji referentni pritisak, srednji pritisak na DUT-u, obnovljivost, histerezu, apsolutnu greku te pripadajuu nesigurnost iste.

TABELA 4 - Greka pokazivanja manometra sa burdonovom cijevi

UNIVERZITET U SARAJEVU ELEKTROTEHNIKI FAKULTET SARAJEVO

4. Grafiki prikaz rezultata kalibracije (apscisa-nominalni pritisak P, ordinata-greka pokazivanja P)

PRILOG 1 Masa klipa kao i gustoa istog iz certifikata broj 394 od 20. 04. 2012. (IMBiH) date su

u tabeli ispod:

Masa nosaa utega kao i gustoa istog iz certifikata broj 391 od 20. 04. 2012. (IMBiH)

date su u tabeli ispod:

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0 100 200 300 400 500 600 700

GR

EK

A P

OK

AZI

VA

NJA

P

NORMALNI PRITISAK P

Grafiki prikaz rezultata kalibracije

UNIVERZITET U SARAJEVU ELEKTROTEHNIKI FAKULTET SARAJEVO

UNIVERZITET U SARAJEVU ELEKTROTEHNIKI FAKULTET SARAJEVO

Iz certifikata o kalibraciji IMT-LMT-56-2012 vrijednosti efektivne popvrine na nultom

pritisku i pripadajui koeficijentu distorzije su dati ispod:

PRILOG 2 Masa utega kao i gustoa utega iz certifikata broj 460 0d

23. 01. 2013 (IMBiH) date su u tabeli ispod:

OBRASCI ZA PRORAUN Pritisak na referentnoj tlanoj vagi

Aoref referentna povrina na

nultom pritisku

g lokalna gravitacija (g=9,8031701 0,00005 m/s2)

a gustoa zraka

)20()(1)1(

)1(

t

pA

gm

p

cp

o

i mi

ai

ref

PaPPU

CU

C

PaU

Pa

mmAU

mmA

ref

o

cp

o

cp

o

o

3102,3)(

/1102,2)(

/1109)(

101,1)(

105,2

0016,0)(

0190,49

5

7

6

112

112

2

2

UNIVERZITET U SARAJEVU ELEKTROTEHNIKI FAKULTET SARAJEVO

mi gustoa svakog utega

p linearni termalni koeficijent ekspanzije klipa

c linearni termalni koeficijent ekspanzije cilindra

koeficijent distorzije t temperatura sklopa klip cilindar mjerena za vrijeme njegove upotrebe

Greka pokazivanja elektromehanikog manometra rauna se prema formuli datoj ispod

_________

refdut PPP Pdut srednja vrijednost pokazivanja elektromehanikog manometra koji se kalibrie Pref - srednja vrijednost referentnog pritiska na tlanoj vagi Srednja vrijednost pokazivanja elektromehanikog manometra koji se kalibrie

Standardna nesigurnost greke pokazivanja

uPref - izraunati po formuli iz certifikata o kalibraciji uPdut izraunati po metodologiji navedenoj ispod

f

dr

r rezolucija d - vrijednost podioka skale f broj koji predstavlja vrijednost kako sitno moemo podijeliti veliinu podioka. Vrijednost f bira operator koristei skalu i veliinu pokazivaa (za veinu manometara dovoljno je da vrijednost f bude izmeu 4 i 5 (f=4-5).

12

2ru pdud

Doprinos standardnoj mjernoj nesigurnost usljed obnovljivosti

uo =M3-M1 Doprinos standardnoj mjernoj nesigurnost usljed histereze

Uh =M2-M1 Proirena mjerna nesigurnost za vjerovatnou (95,5% iznosi k=2)

______

PP

ukU

2222

Pr___ hoPdutefP

uuuuu

2

_____

___dutdowndutup

dut

PPP

25,1013

199,1 atma

p

UNIVERZITET U SARAJEVU ELEKTROTEHNIKI FAKULTET SARAJEVO

ZADATAK 2 - Kalibracija mjerila/izvora jednosmjerne elektrine struje

1. Uvod

U Laboratoriji za elektrine veliine Instituta za mjeriteljstvo Bosne i

Hercegovine vri se kalibracija mjerila jednosmjerne elektrine struje

koristei dvije metode. Jedna od metoda za kalibraciju mjerila jednosmjerne

elektrine struje zasniva se na direktnom mjerenju elektrine struje

generisane sa etalonskog izvora, dok je druga metoda indirektna i zasniva

se na Omovom zakonu, gdje etalon za mjerenje jednosmjerne struju

predstavlja kombinaciju etalonskog voltmetra i etalonski otpornik. 2. Zadatak:

Potrebno je izvriti kalibraciju mjerila jednosmjerne struje (ampermetra) za

vrijednost struje od 100 mA koristei direktnu i indirektnu metodu te izvriti proraun greke i pridruene mjerne nesigurnosti, uporediti tanost obje

metode i dati zakljuak. Takoe, na osnovu indirektne metode, istovremeno provesti analizu tanosti etalonskog izvora. Prilikom kalibracionog postupka temperatura u laboratoji za elektrine veliine je u granicama 231C. Rezultate iskazati prema tabeli 2. 3. Proraun greke i mjerne nesigurnost kod indirektne metode Matematiki model za proraun gerke i mjerne nesigurnosti pri kalibraciji izvora DC struje je:

a pri kalibraciji mjerila DC struje:

Proraun mjerne nesigurnosti, uvaavajui korekcije usljed rezolucije referentnog mjerila, rasipanja rezultata oitanih sa etalon mjerila i karakteristinih parametara iz specifikacije etalon mjerila, pri kalibraciji izvora DC struje, vri se prema jednaini:

UNIVERZITET U SARAJEVU ELEKTROTEHNIKI FAKULTET SARAJEVO

a pri kalibraciji mjerila DC struje:

gdje je:

Ix vrijednost DC struje koja je narinuta na izvoru (kod kalibracije izvora) / oitana vrijednost DC struje sa mjerila (kod kalibracije mjerila) U+, U- mjereni naponi na etalonskom otporniku

RS otpornost etalonskog otpornika U+A korekcija izmjerenog napona pozitivnog polariteta usljed rasipanja rezultata

U-A korekcija izmjerenog napona negativnog polariteta usljed rasipanja rezultata

Ures korekcija izmjerenog napona usljed rezolucije etalon mjerila napona

Uspec korekcija izmjerenog napona usljed specifikacije etalon mjerila napona

Rspec korekcija otpornosti usljed specifikacije etalon otpornika

Rtemp korekcija otpornosti usljed uticaja promjene temperature tokom kalibracije

Rdrift korekcija otpornosti usljed promjene otpornosti od posljednje kalibracije

IA korekcija mjerene struje usljed rasipanja rezultata Ires korekcija mjerene struje usljed rezolucije mjerila koje se kalibrie

4. Proraun greke i mjerne nesigurnost kod direktne metode

Matematiki model za proraun greke i mjerne nesigurnosti pri kalibraciji mjerila DC struje je:

UNIVERZITET U SARAJEVU ELEKTROTEHNIKI FAKULTET SARAJEVO

Proraun mjerne nesigurnosti, uvaavajui korekcije usljed rezolucije

referentnog mjerila, rasipanja rezultata oitanih sa etalon mjerila i karakteristinih parametara iz specifikacije etalon mjerila, pri kalibraciji

mjerila DC struje, vri se prema jednaini:

gdje je: Is - vrijednost DC struje koja je narinuta na etalonskom

izvoru jednosmjerne struje

Ix - srednja vrijednost od broja oitanja DC struje sa mjerila koje se kalibrie Ispec korekcija usljed specifikacije etalonskog izvora Ires - korekcija usljed rezolucije mjerila Ia - korekcija usljed rasipanja rezultata oitanih sa mjerila koje se kalibrie 5. Spojna shema:

Slika 1. Direktna metoda kalibracije mjerila DC struje

Slika 2. Indirektna metoda kalibracije mjerila DC struje

UNIVERZITET U SARAJEVU ELEKTROTEHNIKI FAKULTET SARAJEVO

Grupa II Kalibracija Multimetra Agilent 3458A pri mjerenju jednosmjerne struje od 10 mA na mjernom opsegu 10 mA.

Opseg Mjerna taka Oitanje sa DMM

3458A (mA) Oitanje sa DMM

8508 (V)

10 mA 10 mA

9,99996 1,0000025

9,99996 1,0000028

9,99996 1,0000026

9,99996 1,0000026

9,99996 1,0000026

9,99996 1,0000027

9,99996 1,0000024

9,99996 1,0000025

9,99996 1,0000027

9,99996 1,0000029

Opseg Mjerna taka Oitanje sa DMM

3458A (mA) Oitanje sa DMM

8508 (V)

10 mA 10 mA

9,99996 -1,0000051

9,99996 -1,0000048

9,99996 -1,0000053

9,99996 -1,0000055

9,99996 -1,0000056

9,99996 -1,0000052

9,99996 -1,0000053

9,99996 -1,0000056

9,99996 -1,0000055

9,99996 -1,0000052

TABELA ZA ISKAZIVANJE KALIBARACIONIH REZULTATA:

Veliina Procjenjena vrijednost

Jedinica Standardna mjerna

nesigurnost

Jedinica Distribucija Koeficient

osjetljivosti

Doprinos mjernoj

nesigurnosti

Jedinica

Ix 0.1000018500 A 1.1470786694E-08 A Normalna 1 1.147E-08 A

Iresx 0.0000000000 2.8867513459E-09 A Pravougla 1 2.887E-09 A

V+ 0.1000004450 V 6.8718427099E-09 V Normalna -0.005 -3.436E-11 V/

V- -0.1000018980 V 1.1135528726E-08 V Normalna 0.005 5.568E-11 V/

Vspec_s 0.0000000000 V 1.7320508076E-06 V Pravougla -0.005 -8.660E-09 V/

Vres_S 0.0000000000 V 2.8867513459E-08 V Pravougla -0.005 -1.443E-10 V/

Rs 1.0000012000 ------------------------- Normalna -0.0001 -1.553E-10 V/

Rspec 0.0000000000 2.3094010768E-07 Pravougla -0.0001 -2.309E-11 V/

Rdrift 0.0000000000 ppm/God 3.4641016151E-06 Pravougla -0.0001 -3.464E-10 V/

Rtemp 0.0000000000 ppm/C 1.1547005384E-06 Pravougla -0.0001 -1.155E-10 V/

E 0.0000004084 A Kombinovana mjerna nesigurnost 1.467E-08 A

Ec 0.4083777262 A/A Proirena mjerna nesigurnost (k=2, 95%) 2.933E-08 A

UNIVERZITET U SARAJEVU ELEKTROTEHNIKI FAKULTET SARAJEVO

ZADATAK 3 GPS mjerenja za vrijeme i frekvenciju Laboratorija za vrijeme i frekvenciju Instituta za mjeriteljstvo BiH trenutno realizira preliminarna

GPS mjerenja, koja se baziraju na razmjeni podataka izmeu atomskih oscilatora na GPS

satelitima i atomskih oscilatora u naoj laboratoriji. Ovi podaci se generiraju u standardiziranim

formama tj. u formatima CGGTTS (CCTF Group on GNSS Time Transfer Standards) i RINEX

(Receiver Independent Exchange Format) unutar GPS prijemnika. Iz ovakvog tipa podataka

mogue je ustanoviti devijaciju izmeu atomskog sata u laboratoriji i atomskih oscilatora na

GPS satelitima.

Zadatak:

a) Na osnovu datog CGGTTS fajla, potrebno je grafiki prikazati devijacije atomskih oscilatora

u odgovarajuem vremenskom periodu na GPS satelitima i oscilatora u laboratoriji, a zatim

ustanoviti maksimalnu i minimalnu devijaciju za vremenski period pokriven odgovarajuim

CGGTTS fajlom.

b) Koristei set od 40 mjerenja iz datog CGGTTS fajla, izraunati Allanovu devijaciju koristei relaciju (1).

1

N 2

xi2 2xi1 xi 2

y ( ) (1)

2(N 2) 2 i1

gdje je xi set faznih mjerenja u jedinicama vremena koji sadri individualna mjerenja x1, x2, x3, a N je broj vrijednosti u xi serijama, - predstavlja vrijeme usrednjavanja, u ovom sluaju uzeti

vrijeme usrednjavanja = 100 s.

UNIVERZITET U SARAJEVU ELEKTROTEHNIKI FAKULTET SARAJEVO

UNIVERZITET U SARAJEVU ELEKTROTEHNIKI FAKULTET SARAJEVO

UNIVERZITET U SARAJEVU ELEKTROTEHNIKI FAKULTET SARAJEVO

UNIVERZITET U SARAJEVU ELEKTROTEHNIKI FAKULTET SARAJEVO

Slika 2.4. Prikaz korekcija po 40 nasuminih vrijednosti po danu

Maksimalna vrijednost je: 249335 ns Minimalna vrijednost je: 245119 ns Allanova devijacija iznosi :

()1

2(2)2 [ +2 2+1 + ]

22=1 =9,981761

ZAKLJUAK: Iz svega navedenog mogli smo vidjeti da cjeloukupni sistem mjeriteljstva ne bi mogao da funcionie bez instituta za kalibraciju i provjeru mjernih instrumenata. Jer bez obzira na dananji princip funkcionisanja sistema za mjerenje nita se ne moe provoditi bez tanih ureaja za mjerenje fizikih veliina. Poznato nam je da je jo u davnim vremenima postojao sistem mjernih jedinica koji se vremenom usavrio i postigao oblik koji danas poznajemo. U dananjem svijetu kalibracija zauzima zavidno mjesto i presudna je za dobijanje tanih rezultata mjerenja. U cijelom tom lancu i naa drava je nala svoje mjesto sa svojim institutom za mjeriteljstvo koji od velike koristi za svakog ko ima potrebu za kalibraciom odredjenjeih instrumenata. Na osnovu provedenih mjerenja i zapisanih rezultata mogli smo uoiti da se pri svakom mjerenju bilo koje od veliina javlja odreena greka i da nikad nismo u mogunosti da dobijemo stvarnu vrijednost mjerene veliine ve neku priblinu s manjim ili veim odstupanjima. Upravo zbog ovih odstupanja i postoji ovaj sistem, sve radi dobijanja to priblinije vrijednosti mjerene veliine njenoj stvarnoj vrijednosti. Vidjeli smo da ak i sa instrumentima velike klase tanosti postoji greka odreene vrijednosti. Zadatak 2 nam je pokazao razliku izmeu direktne i inverzne metode mjerenja elektrinih veliina. Ako se mjerenjem porede dvije koliine iste prirode, tada kaemo da se mjerenje

245000

245500

246000

246500

247000

247500

248000

248500

56613 56614 56615 56616 56617 56618 56619 56620 56621

Ko

rekc

ija r

efe

ren

tno

g s

iste

msk

og

vre

me

na[

ns]

Modifikovani julijanski datum[1]

Dan 1 Dan 2 Dan 3 Dan 4 Dan 5 Dan 6 Dan 7

UNIVERZITET U SARAJEVU ELEKTROTEHNIKI FAKULTET SARAJEVO

obavlja direktnom metodom; na primjer mjerenje mase pomou vage sa polugom. Ako se, na osnovu poznatih relacija, mjerenjem porede koliine razliitih veliina, tada se mjerenje vri indirektnom metodom; na primjer, mjerenje otpornosti na osnovu izmjernog napona i struje. Direktnom metodom se mogu javiti sluajne greke koje mogu imati velika odsupanja ali se ona mogu otkloniti, takoer te greke mogu biti razliitih predznaka pa nam ponekad moze biti teko utvrditi gdje smo napravili greku. A indirektna metoda zahtjeva mjerenje nekih sporednih veliina da bismo mogli izmjeriti onu koja je nama potrebna. Prilikom obavljanja mjerenja postupak nam moe biti netaan, moemo koristiti pogrenu formula ili moemo zaboraviti uvaiti uticaj nekih faktora koji mogu uticati na promjenu rezultata mjerenja. Pa se ovom metodom mogu javiti greke za koje ni ne znamo da postoje. Kada posmatramo zadatak 3 mozemo utvrditi da je Alanova devijacija namijenjena za procjenu sistemskih gresaka, ili nedostataka pod uticajem razniih faktora, temperature i frekvencije, i pojava drifta nule i osjetljivosti. Ona je poznata jo kao mjerilo stabilnosti frekvencije u satovima, oscilatorima i pojaalima. Na osnovu nje smo mogli utvrditi kolika se odstupanja javljaju prilikom mjerenja vremena koje je u ovom sluaju nama bilo interesantno.Takoer mogli smo zakljuiti da je jedinstveno svjetsko vrijeme od presudnog znaaja za pravilno funkcionisanje cjeloukupnog telekomunikacionog sistema i svih ostalih sistema. Najbitniji zadatak zato se uope vre ova mjerenja je da se ustanovi devijacija izmeu atomskog sata u laboratoriji i atomskih oscilatora na GPS satelitima. Na osnovu dobijenih podataka mozemo pravilno mjeriti vrijeme i biti spremni da korigujemo greke nastale pri tom mjerenju.