MRE (3. letnik)
MERITVE V ELEKTROTEHNIKI
Uvod - osnovni pojmi
Cilji:
razumeti pojme kvaliteta, zanesljivost, veličina, merska enota,
našteti osnovne električne veličine ter enote,
definirati merilni rezultat,
razumeti ter navesti postopek meritve,
razumeti pojme pri rezultatu meritve: prava vrednost, izmerjena vrednost, merilna točnost, etaloni.
Meja napake (1)
Cilji:
spoznati in izračunati absolutno ter relativno napako kot mejo napake
našteti in definirati merilne napake,
odčitati razred točnosti pri analognih inštrumentih,
pravilno odčitati iz merilnega inštrumenta merilni doseg in izmerjeno vrednost,
razume pomen izbire merilnega dosega na vpliv meje napake pri analognih inštumentih.
Vaja 1
Izračunajte absolutno in realtivno mejo napake opravljene na neki meritvi z danima analognima inštrumentoma.
Ustrezno odčitajte:
merilna dosega UD in ID,
razreda točnosti obeh inštrumentov r,
izmerjeni vrednosti Ui in Ii
Za izračun uporabite enačbe:
Naloga 1
Na enosmerni vir napajanja (24 V) priključite žarnico ter analogna A- in V-meter (jih sami izberete v kabinetu iz omarce). Bodite pozorni na vrsto vezave (zaporedna/vzporedna), izbira priključkov ter merilno območje in polariteto inštrumenta. Celotno vezje smete priključiti šele takrat, ko ga učitelj pregleda.
KAJ MERITE? Merite tok iz napajanja in napetost na žarnici.
Narišite:
vezalno shemo meritve (v zvezek, svinčnik!)
Izmerite/izračunajte (najprej v zvezek):
merilna dosega UD in ID,
razreda točnosti obeh inštrumentov r,
izmerjeni vrednosti Ui in Ii,
absolutno in relativno mejo napake obeh meritev.
Fotografirajte vaša merilna inštrumenta.
Izdelajte: po skupinah izdelajte tehnično dokumentacijo (v WORD-u), ki vsebuje: naslov naloge, predmet, imena in priimke dijakov, tekst/navodila naloge, vezalno shemo (EasyEDA ali drugi program), postopek računanja iskanih veličin, fotografije inštrumentov (predvsem kaj kaže skala na inštrumentu ter vidno mora biti merilno območje). Upoštevajte pravila za zapis veličin!
Čas za izdelavo naloge: 2 šolski uri. Pripomočki: Analogni inštrumenti, žarnice, napajanje, vezice, računalnik (Word, Teams), pisala, zvezek, kalkulator, telefon za zajem fotografij. Delo po skupinah (cca. 4 do 5 skupin!).
Meja napake (2)
Cilji:
spoznati in izračunati absolutno ter relativno napako kot mejo napake,
razumeti pomen 1 digit-a in ga določiti na digitalnem inštrumentu,
odčitati mejo napake pri digitalnih inštrumentih s pomočjo tabele,
pravilno odčitati iz merilnega inštrumenta merilni doseg in izmerjeno vrednost,
Vaja 2
Izračunajte absolutno in realtivno mejo napake opravljene na neki meritvi z danima digitalnima inštrumentoma.
Ustrezno odčitajte:
merilna dosega UD in ID,
Mejo napake (accuracy) obeh inštrumentov,
vrednost 1 digita,
izmerjeni vrednosti Ui in Ii
Za izračun absolutne meje napake uporabite enačbe, ki so podane v vaših specifikacijah merilnega inštrumenta! (VOLTCRAFT VC820 ...) Za relativno mejo napake pa uporabite splošno enačbo!
Naloga 2
Na enosmerni vir napajanja (24 V) priključite žarnico ter digitalna A- in V-meter (jih sami izberete iz škatle). Bodite pozorni na vrsto vezave (zaporedna/vzporedna), izbira priključkov ter merilno območje in polariteto inštrumenta. Napajanje samega vezja smete priključiti šele takrat, ko ga učitelj pregleda.
Narišite:
vezalno shemo meritve (svinčnik!)
Izmerite/izračunajte:
merilna dosega UD in ID,
mejo napake (zapis enačbe) prepisano iz specifikacij inštrumenta (poiščite na spletu ali v dokumentaciji inštrumenta),
izmerjeni vrednosti Ui in Ii,
absolutno in relativno mejo napake obeh meritev.
Izdelajte: po skupinah tehnično dokumentacijo (v WORD-u), ki vsebuje: naslov naloge, predmet, imena in priimke dijakov, tekst/navodila naloge, vezalno shemo (EasyEDA ali drugi program), postopek računanja iskanih veličin, fotografije inštrumentov (predvsem kaj kaže skala na inštrumentu ter vidno mora biti merilno območje). Upoštevajte pravila za zapis veličin!
Čas za izdelavo naloge: 2 šolski uri. Pripomočki: Digitalni inštrumenti, žarnice, napajanje, vezice, računalnik (Word, Teams), pisala, zvezek, kalkulator, telefon za zajem fotografij. Delo po skupinah (cca. 4 do 5 skupin!).
Podajanje merilnih rezultatov
Cilji:
zna podati merilni rezultat kot izmerjeno vrednost in negotovost,
zna določiti negotovost iz meje napake,
zna zaokrožiti izmerjeno vrednost na podlagi določene negotovosti,
zapiše merilni rezultat v obliki intervala.
Vaja 3
Izmerjenim vrednostim vaje 1 in 2 analgonima in digitalnima A- in V-metra zapišite merilni rezultat (V ZVEZEK) kot:
a) (zaokrožena) izmerjena vrednost +/- negotovost,
b) v obliki intervala.
Postopek:
1. določite merilno negotovost U ,
2. usterzno zaokrožite izmerjeno vrednost xi ,
3. zapišite merilni rezultat kot vsota/razlika (+/-) zaokrožene izmerjene vrednosti in negotovosti,
4. zapišite isti merilni rezultat v obliki intervala.
(vse korake ponovite še za preostale 3 merilne inštrumente). POMOČ: Rešen primer.
Naloga 3
Na enosmerni vir napajanja (24 V) priključite žarnico in merite napetost na njej z digitalnim V-meterom ter tok iz napajanja z analognim A-metrom (jih sami izberete iz škatle). Bodite pozorni na vrsto vezave (zaporedna/vzporedna), izbira priključkov ter merilno območje in polariteto inštrumenta. Napajanje smete priključiti šele takrat, ko učitelj pregleda sestavljeno merilno vezje.
Narišite:
vezalno shemo meritve (svinčnik, EasyEDA!)
Izmerite/izračunajte:
merilna dosega UD in ID,
mejo napake (zapis enačbe) prepisano iz specifikacij inštrumenta (poiščite na spletu) za V-meter in razred točnosti za A-meter.
izmerjeni vrednosti Ui in Ii,
absolutno in relativno mejo napake obeh meritev,
določite merilni negotovosti U obeh meritev,
podajte merilna rezultata (tudi v obliki intervala!)
Izdelajte: po skupinah tehnično dokumentacijo (v WORD-u), ki vsebuje: naslov naloge, predmet, imena in priimke dijakov, tekst/navodila naloge, vezalno shemo (EasyEDA ali drugi program), postopek računanja iskanih veličin, fotografije inštrumentov (predvsem kaj kaže skala na inštrumentu ter vidno mora biti merilno območje). Upoštevajte pravila za zapis veličin!
Čas za izdelavo naloge: 2 šolski uri. Pripomočki: Digitalni in analogni inštrumenti, žarnice, napajanje, vezice, računalnik (Word, Teams), pisala, zvezek, kalkulator, telefon za zajem fotografij. Delo po skupinah (cca. 4 do 5 skupin!).
Historgram
Cilji:
iz izmerjenih rezultatov zapiše tabelo frekvenc,
iz tabele frekvenc nariše historgram.
uporabi EXCEL za izdelavo grafa in WORD za dokumentacijo.
Naloga 4
Izmerjenim vrednostim iz nalog 1, 2 in 3 izdelajte:
a) tabeli frekvenc za TOK in NAPETOST,
b) in histograma za TOK in NAPETOST.
Postopek:
1. svoje meritve vnesite v spletno tabelo,
2. ko so vse skupine napisale svoje meritve, zapišite tabelo izmerjenijh vrednosti, posebej za napetost in posebej za tok;
2. v zvezke zapišite najmanjšo in največjo vrednost pri obeh meritvah (za napetost in tok),
3. območje med tema vrednostima razdelite na določeno število razredov (med 5 in 7 razredov, sami si izberete),
4. zapišite tabeli frekvenc,
5. narišite histograma iz tabeli frekvenc.
Najprej nalogo rešite v zvezek, šele nato izdelate dokumentacijo (uporaba WORD-a in EXCEL-a!) ter oddate kot PDF datoteko v TEAMS-e. Samostojno delo.
Merjenje upornosti po UI in IU metodi
Cilji:
poveže A- in V- meter po UI (in IU) metodi in izračuna upornost,
izračuna mejo napake in relativno napako UI (IU) metode,
upošteva padec napetosti na A-metru in oceni (sistemsko) napako,
upošteva tok na V-metru in oceni (sistemsko) napako,
ve, za kakšne upore je primerna UI metoda (oz. IU) metoda.
Št. ur za snov: 6 šolskih ur. Način dela: v skupinah. Oblika ure: pisna navodila, menorstvo.
Naloga 5 (1. del)
Za opravljanje naloge potrebujete: 2 upora (en med 50E in 200E, drugi med 10K in 200K), digitalni V-meter, analogni A-meter, dodatni V-meter (poljubna izvedba), enosmerno napajanje 5 V, vezice, zvezek, kalkulator, pisalo.
Natančna navodila: TUKAJ.
Naloga 5 (2. del)
Za opravljanje naloge potrebujete: 2 upora (en med 50E in 200E, drugi med 10K in 200K), digitalni V-meter, analogni A-meter, dodatni A-meter (poljubna izvedba), enosmerno napajanje 5 V, vezice, zvezek, kalkulator, pisalo.
Natančna navodila: TUKAJ.
Merjenje moči, induktivnosti in kapacitivnosti
Cilji:
Poveže vatmeter in izmeri delovno moč na ohmsko-induktivnem bremenu ter dušilki,
meri in računa jalovo, navidezno in delovno moč pri enosmernih in izmeničnih tokokrogih,
izračuna fazni kot φ in cosφ podanega RL vezja,
izmeri in izračuna induktivnost dušilke neposredno z inštrumentom in preko različnih posrednih metod,
izmeri in izračuna kapacitivnost kondenzatorja neposredno z inštrumentom in preko različnih posrednih metod,
upošteva razred točnosti inštrumenta, zapiše negotovost in merilni rezultat v absolutni, relativni in intervalni obliki.
Št. ur za snov: 10 šolskih ur.
Način dela: v skupinah.
Oblika ure: pisna navodila, menorstvo, delo na učnih pripomočkih.
Pripomočki: Glej podrobna navodila naloga 6 (spodaj) za posamezno meritev.
Naloga 6
Izvedite zahtevane meritve za posamezno veličino (moč, induktivnost, kapacitivnost) ter dokumentacije v PDF obliki.
Naloge: MAPA.
Dokumentacija vsebuje:
Naslovnica (naslov vaje, imena in priimki dijakov, predmet, datum, kraj, šola)
Vsebina:
ime metode merjenja pri posamezni vaji,
vezalne sheme,
tabele z rezultati meritev in izračunov (ne pisati postopke računov, enačb itd),
fotografije izmerjenih vrednosti (A-, V-, P-metrov, osciloskopa),
odgovore na vprašanja (kjer se nahajajo).
Pazite na pravilni zapis VELIČIN (P, U, I ...) in ENOT (W, V, A ...), pazite tudi na pravilno uporabo pravil SSKJ (stičnost, nestičnost).
Merjenje napetosti z Arduino
Cilji:
spozna analogne vhode mikrokrmilnika Arduino,
programira v C/C++ Arduino, programira pretvorbo,
razume zakonitosti uporovnega/napetostnega delilnika,
pri izračunih uporabi ohmov zakon,
uporabi spletna orodja za izris vezja.
Št. ur za snov: 6 šolskih ur.
Način dela: v skupinah.
Oblika ure: pisna navodila, menorstvo, reševanje v zvezkih, pisanje teh. dokumentacije.
Pripomočki: Arduino UNO, potenciometer, upori, vezice, V-meter.
Naloga 7
Natančna navodila: TUKAJ.
Tehnično dokumentacijo (PDF, video) oddate v TEAMS-e.
Merjenje temperature z Arduino
Cilji:
spozna zakonitosti in delovanje NTC/PTC upora,
programira v C/C++ Arduino, programira pretvorbo,
razume zakonitosti mostičnega/Wheatsonovega delilnika (mostiča),
pri izračunih uporabi ohmov zakon in ostale zakone elektrotehnike,
uporabi spletna orodja za izris vezja.
Št. ur za snov: 6 šolskih ur.
Način dela: v skupinah.
Oblika ure: pisna navodila, menorstvo, reševanje v zvezkih, pisanje teh. dokumentacije.
Pripomočki: Arduino UNO, NTC upori, upori, vezice, V-meter.
Merjenje toka, elektrine in el. energije z Arduino
Cilji:
spozna zakonitosti in delovanje shunt upora,
programira v C/C++ Arduino, programira pretvorbo,
na podlagi meritev prikaže el. veličine na zaslonu,
pri izračunih uporabi ohmov zakon in ostale zakone elektrotehnike,
uporabi spletna orodja za izris vezja.
Št. ur za snov: 6 šolskih ur.
Način dela: v skupinah.
Oblika ure: pisna navodila, menorstvo, reševanje v zvezkih, pisanje teh. dokumentacije.
Pripomočki: Arduino UNO, shunt upor, upori, vezice, V-meter in A-meter.
Naloga 9
Natančna navodila: TUKAJ.
Galvansko ločevanje signalov
Cilji:
spozna zakonitosti in delovanje optičnega sklopnika (ang. optocoupler),
programira v C/C++ Arduino,
pri izračunih uporabi ohmov zakon in ostale zakone elektrotehnike,
uporabi spletna orodja za izris vezja.
Št. ur za snov: 6 šolskih ur.
Način dela: v skupinah.
Oblika ure: pisna navodila, menorstvo, reševanje v zvezkih, pisanje teh. dokumentacije.
Pripomočki: Arduino UNO, 4- in 8- pinski optični sklopnik, upori, vezice, LED dioda, V-meter.
Naloga 10
Natančna navodila TUKAJ.
Izdelava samostojne merilne naprave*
Cilji:
- izbrano fizikalno veličino meriti z ustreznim senzorjem,
- pretvorjeno fizikalno veličino umeriti v programski kodi (C++),
- izdelati prikaz fizikalne veličine (OLED, LCD, LED diode, 8-seg. prikazovalnik ...),
- izdelati prijektno dokumentacijo v GITHUB spletni platformi,
- ovrednotiti in umeriti merilno napravo z referenčno precizno merilno napravo.
Čas za izdelavo naloge: 3 mesece; metodologija dela: projektno* delo; učni pripomočki: Arduino Uno, senzorji, protoboard, prikazovalniki, programsko orodje Arduino IDE, splet, PC.
Projektna naloga - NAVODILA
S pomočjo Arduina in ustreznih senzorjev ter vezja skonstruirajte samostojno napravo za merjenje in prikaz izbrane fizikalne veličine:
a) Temperatura in vlago(v °C in %)
b) Sila (v N)
c) Tlak v tekočini (v Bar),
d) Vlažnost zemlje/zraka (v %),
e) Osvetljenost/svetilnost (v Lux),
f) Jakost mag. polja (B, H),
g) Detekcijo kovine/snovi (da/ne),
h) Hitrost/smer vetra (km/h, m/s, vozlov),
i) Razdalja (cm),
j) Pospeška (g, 2g, 4g, 8g),
k) Kota (v °).
l) drugo ...
Veličine se morajo izpisati na primernem LCD zaslonu ali OLED prikazovalniku v realnem času in imeti usterzne enote.
V spletno bazo GitHub kreirajte REPOZITOR z imenom projekta (npr. Arduino merjenje tlaka):
1. V README.md zapišite kratek opis delovanja/koncepta meritve in naprave [5%]
2. V README.md vpišite kosovnico (seznam VSEH uporabljenih materialov in komponent). [15%]
3. V repozitor prenesite sliko vezalne sheme (Fritzing ali EasyEDA --> shematic!). [20%]
4. V repozitor vstavite PDF datoteko (word, enačba) za izračune za posamezne komponente elektronskega vezja (za upore, tranzistorje, releje itd). [10%]
5. V repozitor vstavite datoteko .ino (vašo končno C++ kodo programa) .[10%]
6. V repozitor vstavite videoposnetek delovanja merilne naprave. [20%]
7. Komentar na delovanje in ocena natančnosti delovanja (glede na referenčne vrednosti izmerjene z drugimi napravami), predlagane izboljšave, postopek kalibracije senzorja itd. vnesite še na koncu datoteke README.md [20%]