ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Τμήμα Πληροφορικής και Επικοινωνιών, «Ενίσχυση Σπουδών Πληροφορικής», ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ Ιωάννη Καλόμοιρου, Συστήματα Συλλογής Πληροφοριών και Μετρήσεων ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Τμήμα Πληροφορικής και Επικοινωνιών ΕΞΑΜΗΝΟ ΣΤ΄ Διδάσκων: Ιωάννης Καλόμοιρος, Επίκουρος καθηγητής

Ενότητες του μαθήματος Ενότητα 1η: Εισαγωγή στα Ψηφιακά Συστήματα Μετρήσεων Ενότητα 2η: Αισθητήρες Μετρήσεων Α΄ Ενότητα 3η: Αισθητήρες Μετρήσεων Β΄ Ενότητα 4η: Αισθητήρες Μετρήσεων Γ΄ Ενότητα 5η: Ενισχυτές Μετρήσεων Ενότητα 6η: Ρύθμιση του σήματος Ενότητα 7η: Μετατροπή Ψηφιακού Σήματος σε Αναλογικό Ενότητα 8η: Μετατροπή Αναλογικού Σήματος σε Ψηφιακό Ενότητα 9η: Βασικές Τεχνικές Εισόδου/Εξόδου Δεδομένων Ενότητα 10η: Τεχνικές Ι/Ο. Η θύρα USB.

Ενότητες του μαθήματος Ενότητα 11η: Εργαστηριακές κάρτες DAQ Ενότητα 12η: Συστήματα SCADA Ενότητα 13η: Λογισμικό Μετρήσεων Ενότητα 14η: Συστήματα Μετρήσεων και Μικροελεγκτές Ενότητα 15η: Ανασκόπηση του Μαθήματος

ΕΝΟΤΗΤΑ 1η ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΕΝΟΤΗΤΑ 1η ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Αναλογικά και ψηφιακά σήματα Μετατροπή αναλογικών σημάτων σε ψηφιακά Αναλογικά και ψηφιακά συστήματα μετρήσεων Συστήματα μετρήσεων βασισμένα σε υπολογιστή Χαρακτηριστικά συστημάτων μετρήσεων Σφάλματα

Κατηγορίες σημάτων Αναλογικά σήματα: σήματα συνεχή ως προς τον χρόνο και το πλάτος τους. Παραδείγματα: Το σήμα της τάσης στην έξοδο ενός μικροφώνου, που μεταβάλλεται ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του ήχου που διεγείρει το μικρόφωνο. Όλες οι φυσικές ποσότητες (θερμοκρασία, πίεση, δύναμη κλπ) μεταβάλλονται με αναλογικό τρόπο. Όρια τάσης στα αναλογικά κυκλώματα: εξαρτώνται από το κατώφλι του θορύβου και το κατώφλι της παραμόρφωσης. Αναλογικά σήματα: σήματα συνεχή ως προς τον χρόνο και το πλάτος τους. Παραδείγματα: Το σήμα της τάσης στην έξοδο ενός μικροφώνου, που μεταβάλλεται ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του ήχου που διεγείρει το μικρόφωνο. Όλες οι φυσικές ποσότητες (θερμοκρασία, πίεση, δύναμη κλπ) μεταβάλλονται με αναλογικό τρόπο. Όρια τάσης στα αναλογικά κυκλώματα: εξαρτώνται από το κατώφλι του θορύβου και το κατώφλι της παραμόρφωσης

Κατηγορίες σημάτων Διακριτά σήματα: Σήματα που παίρνουν τιμή σε διακριτές τιμές χρόνου και λαμβάνουν διακριτές τιμές πλάτους. Προκύπτουν από δειγματοληψία αναλογικών σημάτων. Ψηφιακά σήματα: Σήματα διακριτά στον χρόνο, με πλάτος σύμφωνα με διακριτές «κβαντικές στάθμες», κωδι-κοποιημένα στο δυαδικό αριθμητικό σύστημα (0, 1).

Μετατροπή αναλογικών σημάτων σε ψηφιακά Δειγματοληψία: Το συνεχές αναλογικό σήμα μετατρέπεται σε πλήθος διακριτών τιμών τάσης, μέσα στα όρια της συνολικής μεταβολής του (π.χ. από 0 έως 5V). Το χρονικό διάστημα ανάμεσα στα δείγματα ονομάζεται περιόδος δειγματοληψίας (Τ). Στάθμες κβάντισης: Η τιμή της τάσης αντιστοιχίζεται στην κοντινότερη από τις 2n στάθμες, όπου n η ανάλυση του συστήματος σε bits. Κωδικοποίηση: Κάθε κβαντισμένη τιμή κωδικοποιείται στο δυαδικό σύστημα, με λογικό 0 και λογικό 1. Τ

Ηλεκτρονικά Συστήματα Μετρήσεων Στο παρελθόν χρησιμοποιήθηκαν μέθοδοι μετρήσεων που στηρίζονταν στις αρχές της μηχανικής, της οπτικής ή της θερμοδυναμικής. Σήμερα έχουν επικρατήσει τα ηλεκτρονικά συστήματα μετρήσεων, που στηρίζονται στις αρχές του ηλεκτρομαγνητισμού και της ηλεκτρονικής. Πλεονεκτήματα των ηλεκτρονικών συστημάτων: Ευαισθησία του ηλεκτρικού σήματος στη διακύμανση του μετρούμενου μεγέθους Μικρή κατανάλωση ισχύος Μεγάλη ταχύτητα επεξεργασίας των σύγχρονων ηλεκτρονικών διατάξεων Μεγάλη αξιοπιστία, κατάλληλα μέσα μετάδοσης

Δομή τυπικού Συστήματος Μέτρησης Αισθητήριο Είσοδος Πραγματική Τιμή Βαθμίδα Ρύθμισης και Μετατροπής Βαθμίδα Επεξεργασίας Παρουσίασης μέτρησης Μετρούμενη Έξοδος

Ψηφιακή Διάταξη Μετρήσεων

Τα μέρη μιας ψηφιακής διάταξης μετρήσεων Το αισθητήριο: Μετατρέπει πραγματικές φυσικές παραμέτρους (πίεση, θερμοκρασία κλπ.) σε ισοδύναμα ηλεκτρικά σήματα. Ρύθμιση Σήματος: Επιφέρει κατάλληλες διορθώσεις στο σήμα του αισθητηρίου (ενίσχυση, εξασθένηση, φιλτράρισμα). Κύκλωμα δειγματοληψίας και συγκράτησης και βαθμίδα μετατροπής του σήματος σε ψηφιακό (ADC). Αναλογική έξοδος για τυχόν άλλες βαθμίδες (DAC). Υπολογιστική βαθμίδα για επεξεργασία και κατάλληλο λογισμικό. Βαθμίδα απεικόνισης (οθόνη LCD, monitor). Σήματα ελέγχου που επιδρούν κατάλληλα στο μελετούμενο σύστημα.

Συστήματα Μετρήσεων βασισμένα σε υπολογιστή Βασικό υλικό: κάρτα DAQ με εισόδους αναλογικών και ψηφιακών σημάτων, σημάτων χρονισμού, καθώς και με εισόδους αισθητηρίων, με κατάλληλα κυκλώματα ρύθμισης.

Βασικά χαρακτηριστικά συστημάτων μετρήσεων Ανάλυση ή διακριτική ικανότητα: η ελάχιστη ποσότητα με την οποία μπορεί να μετρηθεί ένα μέγεθος. Αντιστοιχεί στην μικρότερη μεταβολή της εισόδου, που μπορεί να γίνει αντιληπτή από το σύστημα. Περιοχή μέτρησης (range): η περιοχή μεταξύ της ελάχιστης και της μέγιστης τιμής που μπορεί να λάβει ένα μέγεθος. Δυναμική περιοχή: Ο λόγος της μέγιστης προς την ελάχιστη τιμή του σήματος εισόδου, που μπορεί να διεγείρει το σύστημα και να υποστεί επεξεργασία με την καθορισμένη ακρίβεια.

Σφάλματα Μετρήσεων Απόλυτο Σφάλμα: η διαφορά ανάμεσα στην μετρούμενη τιμή και στην πραγματική τιμή του μετρούμενου μεγέθους. Σχετικό σφάλμα ή ακρίβεια: ο λόγος του απόλυτου σφάλματος προς την πραγματική τιμή. Ο λόγος εκφράζεται επί τοις εκατό.

Σφάλματα Μετρήσεων Ανάλογα με την προέλευσή τους τα σφάλματα χαρακτηρίζονται ως εξής: Συστηματικό σφάλμα: ορίζεται ως η σταθερή απόκλιση που παρουσιάζει η μετρούμενη τιμή από την πραγματική τιμή της φυσικής μεταβλητής. Είναι σταθερό καθ’ όλη τη διάρκεια των μετρήσεων και δεν παρουσιάζει μεταβολές. Στατιστικό σφάλμα: είναι οι μεταβολές των μετρούμενων τιμών γύρω από μια μέση τιμή. Είναι μεταβλητό σφάλμα και αλλάζει τιμές με κάθε δειγματική πληροφορία σήματος. Συνολικό σφάλμα: το άθροισμα του συστηματικού και του στατιστικού σφάλματος.