A tantárgy célja mérések tervezésével, végrehajtásával és kiértékelésével kapcsolatos ismeretek átadása, villamosmérnökök számára kiemelten fontos mennyiségek méréstechnikájára koncentrálva. A tantárgy elméleti és gyakorlati anyaga hangsúlyozza, hogy a mérés jelek és műszaki rendszerek modellezési folyamata, nem csupán egy mennyiség kvantitatív vagy kvalitatív értékének meghatározása. A tantárgyat teljesítő hallgató képes lesz elvégezni tetszőleges mérési eljárás adatainak kiértékelését, a mérési eredményt megadni a hozzá tartozó pontossági információval (bizonytalanság) együtt; továbbá tisztában lesz a villamosmérnöki gyakorlatban előforduló alapvető mennyiségek mérésére alkalmas eljárásokkal, eszközökkel; alkalmazni tudja a jelfeldolgozás eszközeit méréstechnikai problémák megoldására.

Előadás

1. Bevezető. A méréstechnika tantárgy feladata, főbb témakörei. A mérés és a modellezés kapcsolata. Alapvető mérési módszerek. Mérési hibák: abszolút és relatív hiba.
2. Mérési hibák: rendszeres, véletlen hiba, mintapéldák. Mérési hibák terjedése (1): matematikai modell. Hibaösszegzés, mintapéldák.
3. Mérési hibák terjedése (2), mintapéldák. Statikus átalakítók hibái: ofszet-, erősítés-, linearitási, hiszterézis-, kvantálási hiba. Görbeillesztés. Egyenes és polinom illesztése
4. Mérési adatok kiértékelése: matematikai modell, átlagolás, az átlag varianciája, tapasztalati szórás. Konfidenciaszámítás (1). Gauss-, Khí-négyzet- és Student-eloszlás alkalmazása. Az eloszlások származtatása, formulák levezetése.
5. Konfidenciaszámítás (2). Csebisev-egyenlőtlenség. Megoldható konfidenciaszámítási feladatok áttekintése. Konfidenciaszámítás alkalmazása hibaszámításra.
6. Feszültség és áram mérése. Analóg és digitális műszer felépítése. Méréshatár kiterjesztése, bemenő ellenállás. Műszerekre jellemző mérési hibák és figyelembevételük.
7. AC-mérők. AC jelek leírása: Fourier-sor, középértékek számítása, dB-skála. Különböző elven mérő műszerek összehasonlítása. Zaj jellemzése, jel-zaj viszony, zaj szűrése.
8. Jelátalakítók: passzív elemek (ellenállás, tekercs, kondenzátor) nemideális viselkedésének modellezése. Feszültségosztók: ohmos, induktív és kapacitív osztó. Kompenzált ohmos osztó.
9. Jelátalakítók: feszültség- és áramváltó. Elektronikai áttekintés: műveleti erősítős kapcsolások: alapkapcsolások, mérőerősítők (differenciaerősítő, 3 műveleti erősítős mérőerősítő). Alkalmazási lehetőségek.
10. Impedanciamérés: DC kispontosságú módszerek, soros és párhuzamos ohmmérő. AC mérés: helyettesítőképek. A helyettesítőkép és a fizikai felépítés kapcsolata. AC kispontosságú módszerek. Teljesítménymérés.
11. Impedanciamérés: Feszültség-összehasonlítás módszere. Nagypontosságú módszerek, Wheatstone-féle hídstruktúrák. Mintapéldák. Aránytranszformátoros, áramkomparátoros hidak.
12. Szórt impedanciák hatásának csökkentése. Mérőhálózatok zavarérzékenysége: árnyékolt vezetékek alkalmazása. Mérővezetékek és szórt impedanciák hatásának kompenzálási lehetőségei. 2-, 3-, 4-, 5-vezetékes mérés bevezetése. In-circuit mérés. A teljes impedanciamérési feladat áttekintése.
13. Idő- és frekvenciamérés: számlálós frekvencia/periódusidő/átlagperiódusidő-mérő felépítése, hibaszámítása. Állandó kapuidejű átlagperiódusidő-mérő. Digitális fázisszögmérés.
14. Analóg és digitális oszcilloszkóp. A kiértékelhető ábra megjelenésének feltételei, a triggeráramkör/logika szerepe. Megvalósítható funkciók. Jelfeldolgozási áttekintés: mintavételi tétel és alkalmazásai.
15. Spektrumanalízis. Analóg megoldások: párhuzamos, hangolt szűrős és heterodin spektrumanalizátor. A diszkrét Fourier-transzformáció alkalmazása. Ablakfüggvények alkalmazása.
16. AD-átalakítók: flash, szukcesszív approximációs, dual-slope. Subranging AD. Hosszú- és rövididejű stabilitás szerepe az átalakítás folyamatában. Átalakítási idő, zavarjel-elnyomás számítása.
17. DA-átalakítók: létrahálózatos DA-k. Kapcsolt kapacitású DA-k. AD- és DA-átalakítók összehasonlítása. AD- és DA-átalakítók hibái: integrális és differenciális nemlinearitás.
18. Kvantálási hiba, kvantálás zajmodellje. A mintavételezés hatása a kvantálási zajra. Effektív bitszám számítása. Delta-szigma AD- és DA-átalakítók felépítése és működése.
19. Egyszerű digitális jelfeldolgozási feladatok: mozgó átlagolás, exponenciális átlagolás. Véges és végtelen impulzusválaszú (FIR és IIR) szűrők alkalmazása.
20. Mérőrendszerek tipikus felépítése: önálló (stand-alone), moduláris és elosztott rendszerek jellemzői és problémái.
21. Tartalék előadás (csúszás, munkaszüneti napok miatti elmaradás stb. kompenzálására).

Gyakorlat

A heti 2 órás tantermi gyakorlatokon az előadáson korábban tárgyalt témakörökhöz tartozó számpéldák szerepelnek.

A laboratóriumi gyakorlatok időtartama átlagosan heti 1 óra, amelyet 4 db 3 órás alkalommal bonyolítunk le. Az egyes laboratóriumi mérések tematikája a következő:

1. Műszerismeret 1. Tápegységek, multiméterek és egyéb  feszültség- és árammérő műszerek, függvénygenerátor, oszcilloszkóp megismerése
2. Műszerismeret 2. A fenti műszerek megismerésének folytatása, gyakorlás.
3. Alapmérések. A műszerek ismeretének elmélyítése egyszerű áramkörön végzett mérések segítségével.
4. Mérésadatgyűjtő használata. Jelforrás feszültségének mintavételezése és felvétele. A megfelelő mintavételi frekvencia meghatározása, a mintavételezett jel megjelenítése, egyszerű feldolgozási feladatok végrehajtása.