25769: حسگری و اندازه‌گیری
نام درس: حسگری و اندازه‌گیری (Sensing and Measurement)
شماره درس: 25769
پیش‌نیاز(ها): 25032 (الکترونیک 2) و 25732 (آمار و احتمال مهندسی) و 25743 (مدارهای منطقی و سیستم دیجیتال و آز)
هم‌نیاز(ها): -
تعداد واحد: 3
مقطع: کارشناسی
آخرین ویرایش: شهریور 1398
توضیحات:
سرفصل‌ها:
مراجع:
شماره درس: 25769
پیش‌نیاز(ها): 25032 (الکترونیک 2) و 25732 (آمار و احتمال مهندسی) و 25743 (مدارهای منطقی و سیستم دیجیتال و آز)
هم‌نیاز(ها): -
تعداد واحد: 3
مقطع: کارشناسی
آخرین ویرایش: شهریور 1398
توضیحات:
حسگری و اندازه‌گیری دقیق لازمه پیشرفت فناوری است. امروزه از ادوات الکتریکی و الکترونیکی نه فقط برای اندازه‌گیری کمیت‌های الکتریکی مثل ولتاژ، جریان، مقاومت، انرژی الکتریکی مصرف‌شده، شدت میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی موجود در محیط و غیره بلکه همچنین برای اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی مثل جرم، طول، زمان، فشار و مانند آن و نیز کمیت‌های متنوع دیگری همچون علائم حیاتی (سیگنال‌های قلب و مغز، فشار خون، تعداد گلبول‌های قرمز و ...)، آلودگی هوا و غیره استفاده می‌شود. اغلب سیستم‌های صنعتی پیچیده مثل پالایشگاه‌ها و نیروگاه‌ها دارای مرکزی برای کنترل کل فرایندی که در آن صنعت انجام می‌شوند هستند که به نوعی قلب آن صنعت محسوب می‌شود. این‌گونه مراکز حاوی اطلاعات انبوه حاصل از حسگری و اندازه‌گیری پارامترهای متعدد آن صنعت در طی فرایندهایش می‌باشند. فناوری‌های نوینی مثل ربات‌های پیشرفته، خودروهای خودران، اینترنت اشیا و امثال آن‌ها، همگی مبتنی بر کاربرد انبوه ادوات حسگری و اندازه‌گیری هستند.
یک سیستم اندازه‌گیری معمولا از اجزاء زیر تشکیل شده است:
- حسگر یا تراگردان که کمیت مورد اندازه‌گیری را به یک ولتاژ تبدیل می‌کند
- بخش آمایش سیگنال که تقویت سیگنال ضعیف خروجی مرحله قبل و فیلترکردن و مناسب‌نمودن آن را انجام می‌دهد
- مبدل آنالوگ به دیجیتال که سیگنال خروجی بخش آمایش را به دیجیتال تبدیل می‌کند و سپس مدار واسطه‌ای که سیگنال را به کامپیوتر یا پردازشگر دیجیتال منتقل می‌کند
- نمایش یا ثبت سیگنال حاصل از بخش قبل
در این درس، در مورد هر یک از این اجزاء می‌آموزیم و طی سه آزمایش کاربردی در عمل با سه بخش ابتدایی آشنا شده و سپس در پروژه کاربردی درس، یک سیستم کامل اندازه‌گیری را می‌سازیم.
این درس، درسی کاربردی است که مهارت‌های عملی مهندسی الکترونیک را در شما پرورش می‌دهد.سرفصل‌ها:
- مقدمه:
مفهوم اندازه و اندازه‌گیری و اهمیت اندازه‌گیری الکتریکی و الکترونیکی، استاندارد ولت و فرکانس - خطا و بررسی آماری آن:
مفهوم خطا، صحت، دقت، رقم معنی‌دار، تکرارپذیری، قدرت تفکیک، انواع خطا، بررسی آماری خطا، خطاهای حدی و ترکیب آن‌ها، ترکیب خطاهای از نوع انحراف معیار - حسگرها و تراگردان‌ها :
انواع تراگردان‌ها و پارامترهای آن‌ها، تراگردان جابجایی، تراگردان فاصله، تراگردان کرنش، تراگردان فشار، تراگردان شتاب، تراگردان حرارت، تراگردان نور، تراگردان رطوبت، تراگردان میدان مغناطیسی، تراگردان‌های دیگر + آزمایش یک - آمایش سیگنال (Signal Conditioning) :
نسبت سیگنال به نویز، متوسط‌گیری سیگنال، تقویت سیگنال‌های ضعیف، تقویت‌کننده‌ها، تداخل، زمین‌کردن، شیلدکردن + آزمایش دو - مبدل دیجیتال به آنالوگ و مبدل آنالوگ به دیجیتال، مدارهای واسط و ثبت داده:
انواع روش‌های تبدیل دیجیتال به آنالوگ، انتخاب مبدل دیجیتال به آنالوگ مناسب، نمونه‌هایی از آی‌سی‌های مبدل دیجیتال به آنالوگ، نمونه‌هایی از کاربرد مبدل دیجیتال به آنالوگ، تبدیل آنالوگ به دیجیتال به روش موازی، تبدیل آنالوگ به دیجیتال به روش پلکانی و روش تقریب‌های متوالی، تبدیل آنالوگ به دیجیتال به روش‌های تبدیل ولتاژ به فرکانس، دندانه اره‌ای، دوشیبه، تبدیل آنالوگ به دیجیتال به روش دلتا سیگما، انتخاب مبدل آنالوگ به دیجیتال مناسب، نمونه‌هایی از آی‌سی‌های مبدل آنالوگ به دیجیتال، نمونه‌هایی از کاربرد مبدل آنالوگ به دیجیتال، کلیاتی از مدارهای واسط و اصول ثبت داده، اشاره به کاربردهایی مانند خانه هوشمند، IOT و App های سلامت + آزمایش سه - آشنایی با ساختار داخلی دستگاه‌های متداول اندازه‌گیری (دیجیتال):
مولتی‌متر، فرکانس‌متر، اسیلوسکوپ، پاورمتر، منابع سیگنال، اسپکتروم‌آنالیزر، نتورک‌آنالیزر - کالیبراسیون:
قابلیت ردیابی ملی و بین‌المللی، اعتباردهی آزمایشگاه‌های کالیبراسیون، تجهیزات آزمایشگاه کالیبراسیون، فاصله زمانی بین کالیبراسیون‌ها، کالیبراسیون مولتی‌متر، کالیبراسیون اسیلوسکوپ - ملاحظات قابلیت اعتماد:
مفهوم قابلیت اعتماد، رابطه بین قابلیت اعتماد، نرخ خرابی شرطی، متوسط زمان خرابی، نقش افزونگی در افزایش قابلیت اعتماد، قابلیت اعتماد قطعات الکتریکی و الکترونیکی و انتخاب مناسب، محاسبه قابلیت اعتماد سیستم - روش‌های عیب‌یابی:
روند عیب‌یابی، ردیابی سیگنال، تزریق سیگنال، تحلیل اعوجاج، عیب‌یابی دیجیتال و استفاده از لاجیک‌پروب، لاجیک‌پالسر، لاجیک‌کلیپ، ردیاب جریان دیجیتال، مقایسه‌گر دیجیتال، لاجیک آنالایزر - طراحی و ساخت: پروژه کاربردی درس
پروژه درس الزاما در آزمایشگاه درس انجام می‌شود
مراجع:
- Horowitz, Hill, The Art of Electronics, third edition, Cambridge University Press, 2015
- Jones, Chin, Electronic Instruments and Measurements, second edition, Prentice Hall, 1991
- Witte, Electronic Test Instruments, Theory and Applications, second edition, Prentice Hall, 2002
- Witte, Spectrum and Network Measurements, Scitech, 2014
- Natarajan, Reliable Design of Electronic Equipment, An Engineering Guide, Springer, 2015
- Webster, Eren, Measurement, Instrumentation, and Sensors Handbook, CRC Press, 2014
- Buttars, Electronic Troubleshooting, Google Play, 2014
- Ott, Electromagnetic Compatibility Engineering, Wiley, 2009
- Northrop, Introduction to Instrumentation and Measurements, 3rd edition, CRC Press, 2017
- Derenzo, Practical Interfacing in the Laboratory, Cambridge University Press, 2003
- آذرپرا، مترولوژی الکتریکی، انتشارات نص، 1388
آخرین به‌روزرسانی: 30 / 3 / 1403