Universitatea “Transilvania” din Brasov Facultatea IESC – Deparatmentul AEC
EXAMEN – Ianuarie/Februarie 2012
Aveti de pregatit raspunsul un numar de intrebari; cele 15 marcate “bold” trebuie sa fie tratate la modul demonstratii (tratare cu detalii) iar celelalte o prezentare scurta, la obiect si obligatoriu cu exemple concrete (acolo unde se poate). Pregatirea trebuie sa fie facuta: din bibliografia oferita pe CD sau din alte cursuri la dispozitia studentului (sau in biblioteca). Folosirea observatiilor observatiilor facute la curs ridica nota finala si este favorabila celor ce au avut placerea si bunavointa sa participe activ la curs ! INTREBARI: 1. Definiti notiunea de “a masura”. A masura-a estima o marime fizica(chimica sau biologica ) folosind un “instrument de masura”
2. Discutati structura generala a unui sistem de masura.
Un sistem de masura cuprinde : -Senzorul sau traductorul reprezinta dispozitivul de intrare.El converteste o anumita “c antitate” a masurandului intr-un semnal detectabil:electric ,mecanic,optic etc; -Conditionarea de semnal modifica semnalul de intrare intr-o forma dorita :il amplifica ,reduce zgomotul, filtreaza etc; -Starea de iesire ofera o “indicatie” legata de valoarea masurandului(dispozitiv de afisare sau inregistrare) 3. Diferentiati prin exemple notiunile de: traductor, senzor si actuator. Traductori-termocuplu,RTD,Dispozitiv cu iesire in curent.Traductorul inglobeaza senzorul. Actuatori termici,electrici,liniari. Senzori electrochimici, potentiometrici(electrodul),termorezistenta Daca un traductor este situat la intrarea sistemului de masurare-senzor, iar daca este situat la iesirea aparatului de masura se numeste element de actionare(actuator). 4. Tipuri de semnale in masurare (dati citeva exemple). MECANICE - Lungime, Arie, Volum, Derivate: Viteze si Acceleratii, TERMICE – Temperatura,flux de caldura,caldura specifica; ELECTRICE – tensiuni, curenti, sarcini electrice; MAGNETICE – intensitatea campului, flux magnetic, moment magnetic; RADIATIE - intensitate , faza , lungime de unda CHIMICE – concentratie, potential redox,rata de reactie;
5. Ce sunt sitememle de masurare pasive, dar cele active ? Passive sau “Self -generating Instrument”:
Un instrument al carui carui energie de iesire este generata integral integral sau aproape integral integral de catre semnalul de intrare Active sau “Modulating Instrument”:
Un instrument cu o sursa suplimentara suplimentara de putere care furnizeaza majoritatea majoritatea semnalului de iesire (semnalul de intrare are doar o nesemnificativa contributie)
6. Exemple de sisteme de masura cu “nul” si cu “deviatie”. CU DEVIATIE (deflexie):
Avem balanta realizata pe baza fortelor elastice din resort la un anumit moment se echilibreaza (deviatia arcului) CU ECHILIBRARE (NULL):
Balanta cu platane null pe centru (echilibrare) Forte egale echilibrate 7. Tipuri de variabile ce intervin in timpul experimentelor. Variabile independente Variabile dependente Variabile controlate Variabile externe 8. Ce este calibrarea si de ce trebuie facuta; tipuri de calibrari. Tipuri de calibrari: calibrarea initiala(gradarea), calibrarea periodica a aparatului de masurat 9. Cum definiti sitemul de programare LabVIEW si ce relatie exista intre el si masurare?
În mediul de programare grafică oferit de LabVIEW, instrumentul virtual defineste un modul software, un program, ce constă dintr -o interfaţă cu utilizatorul, panoul frontal (ce simulează intuitiv partea din faţă a instrumentului clasic) şi un program de tip schemă -bloc (o diagramă, accesibilă numai programatorului). În programatorului). În LabVIEW pot fi tratate tratate structuri de dat e de la simple până la foarte complexe, valori numerice, şiruri de texte, grafice etc. Termenul de instrument virtual sau laborator virtual presupune crearea unor aplicatii care pot simula diferite procese sau fenomene( matematice, fizice, biologice, chimice). În general, termenul de "Instrument Virtual" se foloseşte cu referire la un instrument de măsură sau de automatizare şi se realizează pe baza unui software, un program de simulare şi a unui element hardware, compus din module de prelucrare a semnalelor şi plăci de achiziţie de date. 10. Introduceti citeva notiuni generale de LabVIEW; structura sa; principii de baza.
În mediul de programare grafică oferit de LabVIEW, instrumentul virtual defineşte un modul software, un program, ce constă dintr -o interfaţă cu utilizatorul, panoul frontal (ce simulează intuitiv partea din faţă a instrumentului clasic) şi un program de tip schemă -bloc (o diagramă, accesibilă numai programatorului). Panoul frontal este interfaţa dinspre utilizator a instrumentului virtual şi elementul de bază al programelor elaborate în LabVIEW deoarece cu ajutorul său se realizează introducerea sau extragerea datelor în/din mediul de programare. În panoul frontal, comenzile care implică intervenţia utilizatorului sunt în foarte mare m ăsură simplificate, fiind preferate elementele de comandă şi afişare grafice, denumite controale sau indicatoare . Controalele reprezintă intrările în instrumentul virtual, cele care introduc datele , cele care comunică operatorului datele rezultate din proces, poartă
numele de indicatoare (elemente de afişare). Întrările şi ieşirile de date sunt duble, fiind destinate atât operatorului, cât şi programului. Diagrama bloc însoţeşte însoţeşte panoul frontal şi poate fi f i imaginată ca fiind un cod sursă, aşa cum este cunoscut în limbajele de programare clasice. Componentele sale reprezintă nodurile programului, precum structurile de decizie, operatorii matematici, funcţiile de prelucrar e logice etc. 11. Ce este sistemul NI ELVIS – structura si instrumente. instrumente.
Sistemul este creat pentru cei care utilizeaza si dezvolta aplicatii hardware si software i n domeniul achizitionarii si procesarii de date. El cuprinde un mediu de dezvoltare si un calculator aferent, un sistem de achizitie a datelor si o platforma de incercare ce permite interconectarea cu lumea exterioara. Ca structura sistemul NI-ELVIS are trei componente: Instrumente Virtuale (VI) dezvoltate in LabVIEW placa multifunctionala de achizitie de date DAQ Si o platforma de lucru Instrumente virtuale in NI-ELVIS: Osciloscopul Generatorul de functii Generatorul de forma arbitrara de unda Analizor dinamic de semnal Analizor de impedanta Analizor Bode Analizor I-V
12. Ce avantaje ofera sistemul NI ELVIS si de ce este un sistem de “prototipaj rapid”?
Sistemul Ni-Elvis este unul de prototipaj rapid pentru ca se pot dezvolta diferite placi prototip de catre foarte multi dezvoltatori din domeniul ingineriei si stiintei 13. Introduceti citeva din placile (Emona, FreeScale, Quanser, NI, CVTC, etc.) ce lucreaza cu NI ELVIS.
FreeScale pentru microcontrolerea, Quanser pentru control motoare, EMONA un sistem pentru Telecomunicatii. 14. Ce reprezinta interfata WEB LabVIEW; ce avntaje ofera ea in sistemele de masura si monitorizare.
interfeta Web oferita de LabView permite utilizatorilor sa monitorizeze si controleze prin intermediul unui browser un instrument de măsură sau de automatizare simulat prin programul LabView. 15. Avantajele systemelor de masura modulare USB (exem plificati pe sistemele Agilent sau alte sisteme) 16. Prezentati tehnologia iLab (MIT USA) si cum se foloseste in educatie iLAB este un mediu propice pentru c ei interesați de a veni cu soluții creat ive și inovative. iLAB va
putea fi folosit nu doar de către angajați ci și de către studenții care doresc acces la cele mai noi tehnologii mobile dar nu își permit achiziționarea unor terminale pentru a -și testa aplicațiile. 17. Descrieti sistemul myDAQ si utilitatea lui pentru sudenti; legatura cu acest curs de masurartori.
Cu ajutorul sistemului myDAQ studentii pot face dif erite lucrari de laborator oriunde si oricand, astfel se introduce notiunea de teme hands-on. 18. Tipuri de elemente pasive in electronica; ce sunt elementele ditribuite de circuit si cind se manifesta
Elemente pasive: rezistorii, condensatoarele, bobinele, transformatoarele. 19. Ce sunt formele de unda; cum definim la modul general curentii (semnalele) ? Clasificari semnale. semnale.
Alternative Periodice Neperiodice Stationare Nestationare Finite (si ….infinite….) Curent cvasi-stationar 20. Elemente de circuit, circuite si legile lor fundamentale (Legea lui Ohm; Legile lui Kirchhoff)
• •
•
REZISTIVE (au o anumita “rezistenta”; pe ea se disipa o anumita putere) REACTIVE (au o anumita “reactanta”; la modul ideal nu disipa putere) – BOBINE – reactanta inductiva – CONDENSATORI – react. capacitiva IMPEDANTE (impiedica trecerea curentului):Rezistenta, curentului):Rezistenta, Inductanta, Capacitate
sau o “COMBINATIE A ACESTORA” 21. Ce este amplificare (amplificatorul); explicati rolul amplificatorului in electronica si masurare. 22. Ce este o marime masurabila; masurabila; definiti principiul, metoda si procedura de masurare. MARIME (masurabila) - atribut al unui fenomen, al unui corp sau al unei substante diferentiat calitativ si determinat cantitativ.
PRINCIPIU DE MASURARE - baza stiintifica a unei masurari. METODA DE MASURARE - succesiune logica a operatiilor, descrise in mod generic, utilizata in efectuarea masurarilor. masurarilor. PROCEDURA DE MASURARE - ansamblu de operatii, descrise in mod concret, utilizate in efectuarea unor masurari in conformitate cu o metoda data. 23. Masurarea curentilor DC; ampermetrul; constructie si functionare.
Instrumentul destinat masurarii intensitatii curentului electric se numeste ampermetru. Acesta masoara intensitatea curentului electric ce trece prin el.Pt a masura intensitatea c urentului electric printr-un conductor ampermetrul se conecteaza in serie cu acel conductor. 24. Masurarea tensiunilor DC; voltmetrul; constructie si functionare. 25. Metode de masurare a rezistentelor; Calcule si exemplificare.
Putem masura valoarea unei rezistente electrice a unui rezistor, daca masuram tensiunea la bornele rezistorului si intensitatea curentului ce trece prin r ezistor .Pt aceasta trebuie sa montam in circuit un voltmetru si un ampermetru..Conectarea in circuit a celor 2 aparate se poate realiza in 2 moduri: Montaj aval Montaj amonte 26. Ce este “efectul de sarcina” ? Exemplu de calcul. 27. Voltmetru si ampermetrul in curent alternativ (AC). 28. Masuratori cu puntea Wheatstone. 29. Analiza de retea; exemple si metode. Metoda superpozitiei,Metoda curentilor maxwell
30. Teorema lui Tevenin si teorema lui Norton
Thevenin-Orice retea de generatoare de tensiune si impedante, cu doua terminale, poate fi inlocuita printr-un “unic generator de tensiune in serie cu o impedanta Norton-Orice retea de generatoare de curent si admitante, ad mitante, cu doua terminale, poate fi inlocuita printr-un “unic generator de curent in paralel cu o admitanta” 31. Cvadripoli. Tipuri de cvadripoli. Parametrii. Parametrii.
Cvadripoli - Retele cu patru terminale (2 de intrare si 2 de iesire) Tipuri: • Cvadripoli liniari • Cvadripoli pasivi • Cvadripoli activi • Cvadripoli simetrici • Cvadripoli echilibrati
Parametrii unui cuadripol se pot determina analitic sau experiment al. Determinarea analitică presupune cunoaşterea structurii interne a cuadripolului, pe când determinarea experimentală presupune reprezentarea cuadripolul ca o cutie neagră, având accesibile doar cele 4 borne, respectiv tensiunile şi curenţii aplicaţi acestora; în acest caz, determinarea parametrilor se face prin patru încercări experimentale şi anume, două în în gol şi două în scurtcircuit.
32. Definiti si deduceti impedanta caracteristica Zo a cvadripolilor. Z 0
A11 Z 0
A12
A21 Z 0
A
22
33. Ce sunt functiile de transfer; folmula generala.
O functie de transfer este o reprezentare matematică a relației dintre intrarea și ieșirea a unui sistem liniar invariant în timp. U1=A11U2+A12I2=A11U2+A12U2/Z0=U2(A11+A12/Z0) I1=A21U2+A22I2=A21I2 Z0+A22I2=I2(A21Z0+A22) 34. Punti de curent alternativ; tipuri si functionare. Puncti de curent alternativ: Puntea Hay Punte Owen serie
Pentru echilibrarea unei punti de AC doua din elemente trebuie sa fie variabile: • doua rezistente, • o rezistenta si o reactanta, • doua reactante
L x
R1 R2C 2
R x
R1 R2
R3
35. Senzori; Ce este efectul de conversie, dar efectul de influenta Un senzor converteste o marime neelectrica in in semnale electrice prin diverse efecte fizice sau chimice (efecte simple sau complexe).
Efectul de conversie reprezinta transformarea marimii de intrare intr-o alta marime care urmareste fidel variatiile marimii de intrare. Efectul de influenta reprezinta interventia unui factor exterior asupra senzorului. 36. Senzori de temperatura; tipuri si performante.
37. Efecte termo-electrice (Seebeck; Peltier; Thomson; Joule). Efectul Seebeck constă
în apariţia unei tensiuni termoelectrice (Seebeck) în conductoare de natură diferită, ale căror suduri se găsesc la temperaturi diferite. Efectul Peltier - Trecerea curentului electric prin jonctiunea realizata cu doua metale diferite in functie de sensul curentului se absoarbe sau se cedeaza caldura h*q proportionala cu c antitatea de electricitate q ce traverseaza jonctiunea.
Efectul thomson - intr-un conductor omogen ale carui capete se afla la temperaturi diferite se produce sau se absoarbe in mod reversibil caldura "h*q" proportionala cu cantitatea de electricitate deplasata "q", In efectul Joule materialul se incalzeste sub actiunea curentului electric, se genereaza caldura in mod ireversibil, ireversibil , indiferent de sensul curentului electric si proportional cu patratul intensitatii lui 38. Ce este un osciloscop. Ce poate sa masoare. Convertesc semnalele electrice de intrare într-o urma vizibilă pe un ecran. Sunt folosite de ingineri si tehnicieni pentru a testa, verifica si depana modele electronice. Instrumentul principal folosit in laboratoare pentru testare si vizualizare rapida ! 39. Ce este sonda; caracterietici principale ale so ndei de osciloscop. Sondele sunt utilizate pentru a transfera semnalul de la aparatul-sub-test la intrările osciloscopului BNC.
frecven ta, de inalta Există multe tipuri diferite de sonde ca utilizare si constructie (de inalta frecventa, tensiune, de curent, etc). Cel mai comun tip de sonda folosita este sonda pasiva de tensiune: “Passive 10:1 Voltage Divider Probe”
40. Cum se masoara cu ajutorul osciloscopului?
Osciloscopul analogic este folosit pentru masurari de tensiune ( e un aparat de tip voltmetric.) Fata de un voltmetru electronic care masoara numai marimea (modulul) unei tensiuni, osciloscopul masoara si alte caracteristici, parametrii ai tensiunii:
-
perioada(timp); frecventa;
- defazaj; - forma de unda a functiei;q Osciloscopul dispune de doua axe de coordonate pentru afisare: una vert icala reprezentant modulul si cea orizontala reprezentand timpul. Constructiv osciloscopul are doua sisteme electr. principale: a) sistemul de comanda verticala (atenuatoare , preamplificatoare) b) sistemul bazei de timp – genereaza axa timpului (axa X unde sunt pusi in evidenta parametrii aditionali de mai sus) Pentru o functionare corecta e necesar un modul suplimentar si anume circuitul de sincronizare ( Trigger Unit System) care se refera la corelarea intre semnalul necunoscut (frecventa sa) si frecventa bazei de timp. Scopul ei e obtinerea unei imagini statice pe ecran. Ecranul este format din 8 cm vertical si 10 cm orizontal. Punerea in functiune a osciloscopului se face cu a jutorul butonului Intensity. Pentru a focaliza imaginea se va folosi Focus. 41. Parametrii si specificatiile unui osciloscop (legat de calitatea masurarii). 42. Schema bloc a unui osciloscop (DSO) digital.
43. Ce reprezinta standardul LXI pentru echipamentele de masura? 44. Ce este intrumentatia virtuala (definiti un instrument real si unul virtual; deosebiri)
Un instrument virtual este compus dintr-o parte hardware (in principal un convertor analogic digital) si o parte software care permite configurarea instrumentului dupa dorinta utili zatorului. Un instrument real necesita prezenta unei persoane in imediata vecinatate a aparatului pentru a efectua masurarea. 45. Ce este un sistem de achizitie de date; structura sa generala.
Sunt sisteme complexe de supraveghere si control de proces in care intervin, mai multe marimi fizice. Structura sa generala:
46. Clasificarea sistemelor de achizitie de date (SAD). SAD monocanal, cu una din variantele: a. numai circuite pentru conversia directa a semnalului; b. preamplificator urmat de circuitele de conversie; c.
preamplificator, circuite de esantionare-memorare, urmate de circuite de conversie;
d. preamplificator, circuite de conditionare a semnalului si una din variantele anterioare; SAD multicanal in una din variantele: e. cu multiplexarea iesirilor unor convertoare analog-numerice, fiecare convertor corespunzând unui canal; f.
cu multiplexarea intrarilor circuitelor de esantionare-memorare (S/H – sample and hold –engl.);
g.
sisteme de achizitie destinate multiplexarii semnalelor de nivel scazut.
47. Ce este conditionarea de semnal; importanta ei.
conditionarea de semnal se interpune intre semnalul brut al iesirii de la traductor si instrumentul de masurare sau inregistrare.Conditionarea semnalului imbunatateste performantele sistemului de masurare cu o serie de functiuni cum sunt sunt amplificarea semnalului, izolare, filtrare, alimentare a traductoarelor, detectie de suprasarcina
Brasov, 2012
Prof.Dr. Doru Ursutiu
[email protected]
