tehnici de masurare curs 1

Conf. Daniel Belega

Departamentul Masurari si Electronica Optica, Facultatea de Electronica i Telecomunicatii,

Universitatea Politehnica din Timisoara,

Cabinet B 320,

Email: [email protected]

Tehnici de Msurare i Senzori

3/1/2010 Tehnici de msurare i senzori 2

Bibliografie

1. D. Belega, Msurri Electrice i Electronice, Editura Politehnica din Timioara, 2005.

2. D. Stoiciu, Traductoare i Aparate Electronice de Msurat, Editura Orizonturi Universitare, 1998.


1. Aspecte generale legate de procesul de msurare

1.1. Mrimi fizice. Definiie, caracteristici.

Obiectele, fenomenele i procesele sunt caracterizateprintr-o serie de proprieti. Dintre aceste proprietiunele pot fi deosebite calitativ i determinate cantitativ. Aceste proprieti poart numele de mrimi. n funciede natura proprietii obiectelor, fenomenelor sauproceselor, mrimile pot fi: fizice, chimice, biologice, sociologice, etc. Mrimile care se msoar n modobinuit sunt mrimile fizice.


Sub aspect calitativ mrimile se definesc n moduri diferite, ca de exemplu: lungime, mas, temperatur, tensiuneelectric. Sub aspect cantitativ mrimile sunt determinate, concrete, reprezentate printr-o valoare numeric, cum ar fi, de exemplu: masa unui anumit corp solid, tensiunea reelei, temperatura de topire a cuprului, duritatea grafitului. inndcont de acest din urm aspect, rezult c o mrime poateavea valori numerice diferite, fapt care implic posibilitateade msurare.

O mrime care a fost msurat (mrime msurat), care este n curs de msurare sau care urmeaz a fi msurat(mrime de msurat) se numete msurand.


Mrimile pentru care operaia de nsumare are un sens fizicpoart denumirea de mrimi aditive sau extensive. Exemple de mrimi aditive: lungimea, masa, tensiuneaelectric, intensitatea curentului electric.

Mrimile pentru care operaia de nsumare nu are un sens fizic poart denumirea de mrimi neaditive sau intensive. Exemple de mrimi neaditive: temperatura, duritateamineralelor, indicele pH.

Trebuie remarcat faptul c diferena ntre dou mrimi are ntotdeauna un sens fizic, indiferent de felul mrimilor.


1.2. Msurarea unei mrimi

Considerm o mrime m. Notm cu Sm mulimea tuturorstrilor n care se poate afla mrimea m (de exemplu, mulimea conductivitilor unui material conductornemagnetic, de la cel mai bun conductor pn la cel mai slab conductor).

Msurarea mrimii m const n atribuirea unui numr realfiecrui element din mulimea Sm, adic existena uneicorespondene (funcii) fm : Sm M, n care M este o submulime a numerelor reale.


Pentru ca msurarea s fie posibil trebuie s fie, n plus, satisfcute urmtoarele:

mulimea Sm s fie o mulime ordonabil, adic o mulime ncare pot fi definite relaiile de ordonare mai mare ( > ) i mai mic (< ); aceasta permite o ordonare ntr-o succesiune unic a elementelor mulimii Sm de la cel mai mic element la cel mai mare element.

funcia fm s fie bijectiv.

fm se numete scar de referin sau scar. Trebuiesubliniat faptul c scara de referin are la baz, ntotdeauna, un experiment fizic, care s permit oricndi oriunde reproducerea ei.


Numrul real care corespunde unui element din mulimeastrilor unei anumite mrimi se numete valoarenumeric a mrimii respective. Aceasta poate fi pozitivsau negativ, n funcie de scara de referin aleas.

Elementul din mulimea strilor unei anumite mrimi, cruia i corespunde valoarea numeric 1 se numeteunitate de msur a mrimii respective. Deoarecevaloarea numeric a unei mrimi depinde de scara de referin aleas, rezult c unitatea de msur depinde, i ea, de scara de referin. Pentru uurina identificrii, unitatea de msur poart o anumit denumire i are un anumit simbol (de exemplu: metru (simbol m), secunda(simbol s), volt (simbol V)).


Valoarea numeric mpreun cu unitatea de msurreprezint valoarea mrimii respective (de exemplu: o lungime de 1,23 m, o durat de 8,8 s, o tensiune electicde 4,5 V, la care 1,23; 8,8; 4,5 sunt valorile numerice, iarm, s, V sunt simbolurile unitilor de msur).

Valoarea unei mrimi este independent de unitatea de msur folosit pentru exprimarea ei (de exemplu0,12 m = 12 cm = 120 mm).

! Rezultatul oricrei msurri trebuie s conin valoareanumeric i unitatea de msur ale mrimii.


Mrimile aditive permit folosirea multiplilor i submultiplilor unitilor de msur, n schimb mrimileneaditive nu permit acest lucru. n cazul mrimilorneaditive trecerea de la o unitate de msur la alta se face prin schimbarea scrii de referin pe baza unorformule de conversie.

Pentru o mrime neaditiv scara de referin este definitpe baza unor repere (puncte fixe) cu precizarea expresieide interpolare i a metodei de msurare.


Valoarea unei mrimi se determin prin msurare. Aceasta const ntr-o succesiune de operaiiexperimentale realizate cu un mijloc tehnic specialdestinat acestui scop, numit mijloc de msurare. Exemple de mijloace de msurare: rigl gradat, voltmetru, frecvenmetru, termometru.

Domeniul de cunotine referitoare la msurri, cuprinznd toate aspectele, att teoretice ct i practice, ale msurrilor, oricare ar fi nivelul lor de precizie, mrimea msurat, modalitatea i scopul efecturii, domeniul tiinei sau tehnicii n care intervin poartdenumirea de metrologie.


1.3. Clasificarea msurrilor

Msurrile pot fi clasificate dup cum urmeaz:

Msurri pentru monitorizare

Msurri pentru cercetare i dezvoltare

Msurri pentru aplicaii metrologice

Msurri pentru control


1.4. Sisteme de mrimi

Ansamblul mrimilor definite pentru descriereafenomenelor dintr-un domeniu al fizicii constituie unsistem de mrimi. n cadrul unui sistem de mrimi se deosebesc mrimi fundamentale i mrimi derivate. Mrimile alese drept fundamentale ntr-un anumitdomeniu al fizicii sunt ntr-o oarecare msur arbitrare, alegerea fcndu-se, n principal, n funcie de precizia de stabilire a unitilor de msur. De exemplu, mrimilefundamentale adoptate n mecanic sunt: lungime, masi timp, n electricitate: lungime, mas, timp i intensitateacurentului electric, n cldur: lungime, mas, timp i temperatur.


Mrimile derivate n cadrul unui sistem de mrimi suntmrimile definite n funcie de mrimile fundamentale pebaza legilor i teoremelor care descriu fenomenele fizicedin domeniul respectiv.

Sistemul de mrimi care se afl la baza SistemuluiInternaional de uniti de msur (SI) conine aptemrimi fundamentale: lungime, mas, timp, intensitateacurentului electric, temperatura termodinamic, cantitatede substan i intensitate luminoas. Aceste mrimipermit caracterizarea fenomenelor din toate domeniilefizicii.


Din relaiile matematice aferente teoremelor i legilorfizicii se obin o serie de constante de proporionalitate(de exemplu permeabilitatea vidului (0), viteza luminii nvid (c0), numrul lui Avogadro (NA), constantagravitaional (g)). Deoarece aceste constante nu depindde proprietile de material, de condiiile de mediu, de loci de timp, ele sunt denumite constante fizice universale.


1.5. Sistemul Internaional de uniti de msur

Ansamblul unitilor de msur definite pentru un sistemdat de mrimi constituie un sistem de uniti de msur.

Sistemul de uniti de msur adoptat pe plan mondial este Sistemul Internaional de uniti de msur (SI). Aceasta este un sistem practic, coerent, simplu i raional structurat, cu aplicabilitate n toate domeniile tiinei i tehnicii.

SI a fost adoptat la a XI-a Conferin General de Msurii Greuti din anul 1960. n ara noastr SI a fost adoptatn anul 1961, devenind singurul sistem de uniti de msur legal i obligatoriu.


Pe plan internaional toate deciziile cu privire la SI suntluate de organizaiile care alctuiesc Convenia Metrului, care are structura prezentat n figura urmtoare. Romniaeste membr a Conveniei Metrului din anul 1883.


Conferina General de Msuri i Greuti (CGPM)

Comitetul Internaional pentru Msuri i Greuti (CIPM)

Biroul Internaional de Msuri i Greuti

(BIPM)

Comitete Consultative (CC)CC pentru definiia metrului (CCDM)CC pentru definiia secundei (CCDS)CC pentru Electricitate (CCE)CC pentru Radiaia Ionizant (CCEMRI)CC pentru Fotometrie i Radiometrie (CCPR)

CC pentru Termometrie (CCT) CC pentru Uniti (CCU)

Organizaiile Conveniei Metrului


n cadrul SI unitile de msur sunt mprite n trei clase distincte: uniti fundamentale, uniti derivate i unitisuplimentare.

n SI sunt definite apte uniti fundamentale, considerate independente din punct de vedere dimensional: metrul(simbol m), kilogramul (simbol - kg), secunda (simbol s), amperul (simbol A), kelvinul (simbol K), molul(simbol mol) i candela (simbol cd). Unitailefundamentale corespund mrimilor fundamentale.

Ordinile de mrime ale impreciziilor relative obinute pnn prezent pentru unitile de msur fundamenatale sunt: 10-14 pentru metru, 10-9 pentru kilogram, 10-14 pentrusecund, 10-6 pentru amper, 10-6 pentru kelvin, 10-6 pentrumol i 510-3 pentru candel.


A doua clas de uniti cuprinde unitile derivate, care rezult pe baza unor ecuaii fizice n care intervin mrimilefundamentale. Unele dintre unitile derivate au denumirispeciale, i pot fi folosite pentru obinerea altor unitiderivate.

A treia clas de uniti SI cuprinde unitile suplimentare: radianul (simbol rad) i steradianul (simbol sr). Acesteacorespund mrimilor: unghi plan i unghi solid.


Unitatea de msur a unei mrimi derivate este de forma makgbscAdKemolfcdg, n care exponenii a, b, c, d, e, f, g sunt numere ntregi.

Mrimile ale cror uniti de msur au exponenii a gnuli se numesc mrimi adimensionale. Acestea pot fimrimi relative sau mrimi logaritmice. Mrimile relative sunt definite printr-un raport ntre mrimi cu aceeai unitatede msur (de exemplu factorul de distorsiuni armonice, permeabilitatea relativ). Mrimile logaritmice sunt definiteca logaritm, ntr-o anumit baz, al unei mrimi relative (de exemplu atenuarea, nivelul de intensitate sonor).


Pentru o exprimare ct mai convenabil a valorilor numerice ale mrimilor se folosesc prefixe SI, care adugate unitilor SI formeaz multiplii sau submultiplii zecimali ai unitilor respective.

unitate-100yyacto10-24dadeca101zzepto10-21hhecto102aatto10-18kkilo103ffemto10-15Mmega106ppico10-12Ggiga109nnano10-9Ttera1012micro10-6Ppeta1015mmili10-3Eexa1018ccenti10-2Zzetta1021ddeci10-1Yyotta1024

SimbolPrefixFactorSimbolPrefixFactor

tehnici de masurare curs 1

Documents