Detail předmětu

Senzorika, měření a diagnostika

FSI-VMD-KAk. rok: 2021/2022

Předmět je zaměřen na problematiku technické diagnostiky, senzoriky a měření. Je vysvětlen význam uvedených jednotlivých vědních oblastí a zdůrazněna jejich souvislost a důležitost pro současnou průmyslovou praxi. Výuka předmětu důsledně vychází z nejnovějších současných moderních pohledů na senzoriku, měření a technickou diagnostiku.
Nejprve je pozornost soustředěna na technickou metrologii, dále senzoriku a metody měření fyzikálních veličin. Uvedené je v přednáškách značně rozpracováno a zdůvodněno. Důraz je rovněž kladen na analýzu signálů, příčiny poruch technických zařízení a technickou diagnostiku. Z technické diagnostiky se student poměrně podrobně seznámí s vibrodiagnostikou, elektrodiagnostikou, termodiagnostikou, diagnostikou hlukovou, akustickou emisí a ultrazvukem. Jsou rovněž předloženy a řešeny další metody technické diagnostiky, jako např. tribodiagnostika, montážní a optická měření apod. Student se tedy celkově seznámí s přístupy v technické diagnostice, které se v současném průmyslu používají k posouzení stavu technických zařízení. V dnešní době jsou také rozvíjeny a ve výuce předloženy moderní přístupy založené na vzdáleném monitoringu, správě on-line systému, vyhodnocení naměřených dat, vizualizaci apod. V rámci předmětu je také podrobně probírána spolehlivost prvků a systémů a značný prostor je věnován problematice údržby i se zaměřením na moderní přístupy.
Podrobnosti předmětu jsou rozpracovány ve způsobu výuky přednášek a laboratorních cvičení.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Ing. Miloš Hammer, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav automatizace a informatiky (ÚAI)

Výsledky učení předmětu

Výstupem studia předmětu "Senzorika, měření a diagnostika" je pochopení základních skutečností z uvedených oblastí a také objasnění souvislostí potřebných pro technickou praxí. Student získá na poměrně vysoké úrovni kompetence z oblasti senzoriky, měření a technické diagnostiky.

Prerekvizity

Předpokládají se základní znalosti z fyziky, matematiky, statistiky a mechaniky, a to na úrovni absolvovaných předmětů v rámci vysokoškolského studia.

Korekvizity

Nejsou žádné požadovány.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Výuka je doplněna laboratorním cvičením, kde se prakticky ověřují získané teoretické znalosti z přednášek. Dle možností budou pro studenty organizovány přednášky odborníků z praxe a exkurze do firem zabývajících se činnostmi souvisejícími s obsahem předmětu.

Způsob a kritéria hodnocení

Předmět se skládá ze cvičení a přednášek. Cvičení jsou povinná. Cvičení je ukončeno zápočtem (je udělován ve 13. výukovém týdnu). K jeho získání je nutná 100% účast na cvičení, aktivita na cvičení a vypracování a odevzdání a učitelem uznání protokolů ze všech předepsaných laboratorních cvičení. Další podrobnosti jsou studentům sděleny na začátku semestru.
Zkouška je realizována písemným testem a ústní zkouškou. Hodnocení výsledku zkoušky je dáno klasifikační stupnicí dle ECTS.

Pracovní stáže

Nepředpokládá se realizace pracovních stáží.

Učební cíle

Cílem předmětu je získání znalostí z oblasti senzoriky, měření a technické diagnostiky. Tyto vyjmenované vědní oblasti jsou dnes důležité pro pochopení problémů v technické praxi. Cílem je také seznámit se s údržbou technických zařízení, neboť právě i tato může výrazně ovlivnit ekonomiku firmy. Provozuschopnost technických zařízení je také spojena s důležitou oblastí, a to spolehlivostí. Tedy cílem předmětu je i pochopení základních skutečností ze spolehlivosti.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Výuka je kontrolována ve cvičeních z hlediska účasti a aktivity. Předpokládá se 100% účast na cvičeních, v případě nepřítomnosti je student povinen výuku nahradit, způsob náhrady určí vyučující.

Doporučené volitelné složky programu

V případě možnosti je možné doplnit výuku exkurzí do vybraných průmyslových firem nebo přednáškou pozvaných odborníků z praxe.

Základní literatura

HOFMANN, D., Handbuch Messtechnik und Qualitatssicherung : Berlin : Verlag Technik 1986. 472 s.
CHUDÝ, V.; Palenčár, R.; Kureková, E.; Halaj, M.; Meranie technických veličín : 1.vydání Bratislava : Vydavatelstvo STU, 1999. 688s. ISBN 80-227-1275-2.
KREIDL, M.; Šmíd, R.; Technická diagnostika. : 1. vydání Praha: BEN – technická literatura, 2006. 408 s. ISBN 80-7300-158-6.
KUREKOVÁ, E.; Gabko, P.; Halaj, M. and all: Measurement in Technology I. and II. : Vienna / Bratislava: Vienna University of Technology / Grafické štúdio Juriga. 2005. 724 pp. ISBN 80-89112-05-6.
LIPOVSKY, G., a kol., Vibration Testing of Machines and their Maintenance : Amsterdam: Elsevier 1990. 304 pp. ISBN 0-444-98808-4.

Doporučená literatura

DAĎO, S., Kreidl, M., Senzory a měřicí obvody : 1. vydání Praha : Vydavatelství ČVUT v Praze 1996. 315 s. ISBN 80-01-02057-6.
CHUDÝ, V.; Palenčár, R.; Kureková, E.; Halaj, M.; Meranie technických veličín : 1.vydání Bratislava : Vydavatelstvo STU, 1999. 688s. ISBN 80-227-1275-2.
JANOUŠEK, I.; Kozák, J.; Taraba, O. a kol.; Technická diagnostika. :1. vydání Praha, SNTL Praha, 1988. 432 s. ISBN 04-236-88.
JENČÍK, J; Volf, J.; Technická měření : 1.vydání Praha : Vydavatelství ČVUT, 2000. 212 s. ISBN 80-01-02138-6.
KREIDL, M.; Šmíd, R.; Technická diagnostika. : 1. vydání Praha: BEN – technická literatura, 2006. 408 s. ISBN 80-7300-158-6.
KUREKOVÁ, E.; Gabko, P.; Halaj, M. and all: Measurement in Technology I. and II. : Vienna / Bratislava: Vienna University of Technology / Grafické štúdio Juriga. 2005. 724 pp. ISBN 80-89112-05-6
LIPOVSKY, G., a kol., Vibration Testing of Machines and their Maintenance : Amsterdam: Elsevier 1990. 304 p. ISBN 0-444-98808-4.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-AIŘ-K magisterský navazující, 1. ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Konzultace v kombinovaném studiu

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Miloš Hammer, CSc.

Osnova

1. Význam technické diagnostiky, senzoriky a měření-základní pojmy a terminologie.
2. Metrologie. Měřidla. Návaznost měřidel. Kalibrace a ověřování měřidel. Nejistoty měření. Měřicí přístroje. Blokové schéma měřicího řetězce. Číslicový měřicí přístroj. Proces měření řízen mikroprocesorem. Smart zařízení. Bezdrátová a virtuální komunikace.
3. Senzorika. Senzory. Rozdělení a vlastnosti senzorů. Příklady použití vybraných senzorů. Indukční, kapacitní a ultrazvukový senzor. Smart senzory. MEMS senzory.
4. Metody měření fyzikálních veličin: deformace, tlak, inteligentní (smart) senzory tlaku, teplota, inteligentní (smart) měření teploty, bezdotykové měření teploty.
5. Metody měření fyzikálních veličin – pokračování: výška hladiny, průtok, vlhkost. Metoda infračervené absorpce a reflexe.
6. Analýza signálu. Signál – rozdělení a popis. Měřicí řetězec, kanál. Multifunkční měřicí karty. Signálové analyzátory. Rušení měření. Digitalizace analogových signálů. Kvantování a vzorkování. Frekvenční analýza. Fourierova transformace. DFT a FFT transformace. Aliasing. Chyba únikem. Příklady analyzátorů.
7. Příčiny poruch technických zařízení. Porucha-mechanizmus a příčiny vzniku poruch. Opotřebení. Další příčiny poruch.
8. Technická diagnostika. Diagnostikovatelnost. Diagnóza. Porucha, vada. Diagnostická veličina, prostředky, systém. Diagnostik. Rozdělení technické diagnostiky podle diagnostické veličiny a zařízení. Multiparametrická diagnostika. Modely diagnostikovaných objektů. Současné trendy technické diagnostiky. Vzdálený monitoring, správa on-line systému, vyhodnocení dat, visualizace.
9. Vibrodiagnostika. Vibrace. Měřené veličiny-výchylka, rychlost, zrychlení. Měření vibrací-vibrometry, vibroměry, analyzátory. Snímače vibrací a jejich vlastnosti. MEMS akcelerometry. Kalibrační křivka, citlivost snímačů. Připevnění snímačů. Vibrace měřené na nerotujících částech stroje. Hodnocení vibrací. Frekvenční analýza. Nastavení analyzátoru. Metody analýzy spektra. Kaskádové diagramy. Fázový posun. Obálka zrychlení. Spektrograf. Vibrodiagnostika ložisek. On-line diagnostika vibrací. Trendy ve vibrodiagnostice.
10. Elektrodiagnostika. Elektrická zařízení a jejich diagnostika. Diagnostika asynchronních motorů – vady a poruchy, FFT analýza statorového proudu, diagnostické metody zaměřené na vinutí stroje, měření zkratu mezi vinutími a fázemi. Diagnostika transformátorů, částečných výbojů a izolačních kapalin. Diagnostika kabelů.
11. Termodiagnostika. Pasivní a aktivní termografie. Hluková diagnostika. Akustická emise. Ultrazvuk.
12. Tribodiagnostika. Diagnostika stavu opotřebení strojních součástí. Diagnostika degradace maziva. Montážní a optické měření. Souosost, nesouosost. Ustavování. Nevyváženost.
13. Spolehlivost prvků a systémů. Obnovitelný a neobnovitelný objekt. Opravitelný a neopravitelný objekt. Ukazatele spolehlivosti. Metody zvyšování spolehlivosti. Údržba. Generace údržby. Rozdělení údržby. Moderní přístupy v údržbě. Celková produktivní údržba (TPM).

Konzultace

43 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Miloš Hammer, CSc.

Osnova

1. Význam technické diagnostiky, senzoriky a měření-základní pojmy a terminologie.
2. Metrologie. Měřidla. Návaznost měřidel. Kalibrace a ověřování měřidel. Nejistoty měření. Měřicí přístroje. Blokové schéma měřicího řetězce. Číslicový měřicí přístroj. Proces měření řízen mikroprocesorem. Smart zařízení. Bezdrátová a virtuální komunikace.
3. Senzorika. Senzory. Rozdělení a vlastnosti senzorů. Příklady použití vybraných senzorů. Indukční, kapacitní a ultrazvukový senzor. Smart senzory. MEMS senzory.
4. Metody měření fyzikálních veličin: deformace, tlak, inteligentní (smart) senzory tlaku, teplota, inteligentní (smart) měření teploty, bezdotykové měření teploty.
5. Metody měření fyzikálních veličin – pokračování: výška hladiny, průtok, vlhkost. Metoda infračervené absorpce a reflexe.
6. Analýza signálu. Signál – rozdělení a popis. Měřicí řetězec, kanál. Multifunkční měřicí karty. Signálové analyzátory. Rušení měření. Digitalizace analogových signálů. Kvantování a vzorkování. Frekvenční analýza. Fourierova transformace. DFT a FFT transformace. Aliasing. Chyba únikem. Příklady analyzátorů.
7. Příčiny poruch technických zařízení. Porucha-mechanizmus a příčiny vzniku poruch. Opotřebení. Další příčiny poruch.
8. Technická diagnostika. Diagnostikovatelnost. Diagnóza. Porucha, vada. Diagnostická veličina, prostředky, systém. Diagnostik. Rozdělení technické diagnostiky podle diagnostické veličiny a zařízení. Multiparametrická diagnostika. Modely diagnostikovaných objektů. Současné trendy technické diagnostiky. Vzdálený monitoring, správa on-line systému, vyhodnocení dat, visualizace.
9. Vibrodiagnostika. Vibrace. Měřené veličiny-výchylka, rychlost, zrychlení. Měření vibrací-vibrometry, vibroměry, analyzátory. Snímače vibrací a jejich vlastnosti. MEMS akcelerometry. Kalibrační křivka, citlivost snímačů. Připevnění snímačů. Vibrace měřené na nerotujících částech stroje. Hodnocení vibrací. Frekvenční analýza. Nastavení analyzátoru. Metody analýzy spektra. Kaskádové diagramy. Fázový posun. Obálka zrychlení. Spektrograf. Vibrodiagnostika ložisek. On-line diagnostika vibrací. Trendy ve vibrodiagnostice.
10. Elektrodiagnostika. Elektrická zařízení a jejich diagnostika. Diagnostika asynchronních motorů – vady a poruchy, FFT analýza statorového proudu, diagnostické metody zaměřené na vinutí stroje, měření zkratu mezi vinutími a fázemi. Diagnostika transformátorů, částečných výbojů a izolačních kapalin. Diagnostika kabelů.
11. Termodiagnostika. Pasivní a aktivní termografie. Hluková diagnostika. Akustická emise. Ultrazvuk.
12. Tribodiagnostika. Diagnostika stavu opotřebení strojních součástí. Diagnostika degradace maziva. Montážní a optické měření. Souosost, nesouosost. Ustavování. Nevyváženost.
13. Spolehlivost prvků a systémů. Obnovitelný a neobnovitelný objekt. Opravitelný a neopravitelný objekt. Ukazatele spolehlivosti. Metody zvyšování spolehlivosti. Údržba. Generace údržby. Rozdělení údržby. Moderní přístupy v údržbě. Celková produktivní údržba (TPM).

Laboratorní cvičení

9 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Miloš Hammer, CSc.

Osnova

1. Úvod do problematiky předmětu
2. Nejistoty měření, měřicí přístroje
3. Senzory pro měření fyzikálních veličin
4. Měření statických hodnot veličin
5. Měření dynamických hodnot veličin
6. Analýza signálu a seznámení s hardwarem a softwarem pro vyhodnocení signálu
7. Vibrační diagnostika technických zařízení
8. Využití vibrační diagnostiky v technické praxi
9. Elektrodiagnostika, měření veličin a jejich vyhodnocení
10. Termodiagnostika, měření teplot, termovize
11. Montážní a optické měření, ustavování strojů
12. Údržba strojních zařízení v praxi, návrh moderních přístupů v údržbě (TPM), spolehlivost
13. Závěrečné cvičení, hodnocení, zápočet