Συστήματα Μετρήσεων

Γενικά

• Κωδικός: ΠΛΕ08093
• Εξάμηνο: 8ο
• Επίπεδο Σπουδών: Προπτυχιακό
• Τύπος μαθήματος: Ειδίκευσης
• Γλώσσα διδασκαλίας και εξετάσεων: Ελληνικά
• Μέθοδοι Διδασκαλίας (Ώρες/εβδ.): Διαλέξεις (2) / Ασκήσεις Πράξης (1) / Εργαστηριακές Ασκήσεις (1)
• Μονάδες ECTS: 5
• Σελίδα μαθήματος: https://elearning.cm.ihu.gr/course/view.php?id=122

Περιεχόμενα μαθήματος

• Εισαγωγή στα μέρη ενός ψηφιακού συστήματος μετρήσεων. Αισθητήρες, Ρύθμιση σήματος (signal conditioning) , Μετατροπείς σημάτων (ADC, DAC), σύστημα επεξεργασίας και μετάδοσης.
• Λειτουργία και χαρακτηριστικά μετατροπέων, σφάλματα μετατροπέων.
• Χαρακτηριστικά αισθητήρων, Βαθμονόμηση αισθητήρων.
• Αρχές λειτουργίας αισθητήρων θερμοκρασίας, πίεσης, δύναμης, ταχύτητας, επιτάχυνσης, απόστασης, στροφής.
• Μικρόφωνα και CCDs. Συστήματα συλλογής και καταγραφής εικόνας και ήχου. Codecs εικόνας και ήχου.
• Κάρτες συλλογής δεδομένων (PCIe, USB) και τυπικές προδιαγραφές.
• Σειριακή μετάδοση δεδομένων και σχετικά πρωτόκολλα (RS232, USB, IEEE1394, SDI, SPI, I2C, CAN).
• Εισαγωγή στο λογισμικό LabVIEW.
• Συστήματα Εποπτικού ελέγχου και μετρήσεων (SCADA).

Μαθησιακοί Στόχοι

Παρουσιάζονται οι αρχές των συστημάτων συλλογής μετρήσεων, ή άλλου τύπου δεδομένων, όπως εικόνας και ήχου. Αναλύονται τα ψηφιακά συστήματα μετρήσεων σε βιομηχανικό περιβάλλον και παρουσιάζεται λογισμικό συλλογής και επεξεργασίας μετρήσεων. Γίνεται αναφορά στα χαρακτηριστικά και τις αρχές συμβατικών και έξυπνων αισθητήρων (smart sensors) και σε συστήματα Εποπτικού ελέγχου (SCADA).

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής / τρια θα είναι σε θέση:

• Να κατανοεί τις αρχές λειτουργίας και τα μέρη ενός συστήματος συλλογής δεδομένων (Data Acquisition), που στηρίζεται σε ηλεκτρονικό υπολογιστή. Να κατανοεί τη λειτουργία ενός μετατροπέα αναλογικού σήματος σε ψηφιακό (ADC) και ενός μετατροπέα ψηφιακού σήματος σε αναλογικό (DAC).
• Να αναφέρεται σε βασικές έννοιες συστημάτων μετρήσεων, όπως ρυθμός δειγματοληψίας, ανάλυση σε bits και ακρίβεια δειγμάτων, δυναμική περιοχή, σφάλματα μετρήσεων, πηγές θορύβου.
• Να κατανοεί τα βασικά χαρακτηριστικά των αισθητηρίων και την έννοια της βαθμονόμησης ενός αισθητήρα μετρήσεων.
• Να προτείνει είδη αισθητηρίων για τυπικές εφαρμογές αυτοματισμού, όπως αισθητήρια θερμοκρασίας, πίεσης, υγρασίας, κίνησης, απόστασης, δύναμης, στροφής, ταχύτητας, επιτάχυνσης.
• Να κατανοεί τη λειτουργία αισθητηρίων για εφαρμογές εικόνας και ήχου, όπως CCD και μικρόφωνα.
• Να γνωρίζει τύπους καρτών συλλογής δεδομένων που συνδέονται σε διαύλους υπολογιστή και να μπορεί να αναγνωρίζει τις προδιαγραφές τους.
• Να κατανοεί βασικά σειριακά πρωτόκολλα μετάδοσης δεδομένων.
• Να χρησιμοποιεί τυποποιημένο βιομηχανικό λογισμικό μετρήσεων, και τυπικές εμπορικές κάρτες για την ανάπτυξη απλών εφαρμογών μετρήσεων (π.χ. LabVIEW και κάρτες μετρήσεων της εταιρίας NI).
• Να κατανοεί τα μέρη και το σκοπό ενός Εποπτικού συστήματος ελέγχου και συλλογής δεδομένων (SCADA).

Γενικές Ικανότητες

• Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών.
• Αυτόνομη και Ομαδική εργασία.
• Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης.
• Σχεδιασμός και Διαχείριση Έργων.

Μέθοδοι Διδασκαλίας

• Θεωρητική διδασκαλία, με χρήση power point.
• Εργαστηριακές ασκήσεις με χρήση του λογισμικού LabVIEW, Academic.
• Χρήση καρτών μετρήσεων NI 6162 USB για την ανάπτυξη εργαστηριακών εφαρμογών.

Χρήση Τεχνολογιών Πληροφορίας και Επικοινωνιών

• Χρήση εξειδικευμένου λογισμικού για τη συλλογή και επεξεργασία μετρήσεων.
• Υποστήριξη της μαθησιακής διαδικασίας μέσω της ιστοσελίδας του μαθήματος.

Οργάνωση Διδασκαλίας

Αξιολόγηση Φοιτητών

Ο τελικός βαθμός του μαθήματος διαμορφώνεται από την επίδοση του φοιτητή στη αξιολόγηση του θεωρητικού μέρους και σε αυτόν μπορεί να έχει συμβολή και η επίδοση στο εργαστηριακό μέρος. Σημειώνεται ότι ο φοιτητής θα πρέπει να έχει παρακολουθήσει επιτυχώς το εργαστηριακό μέρος για να έχει δικαίωμα εξέτασης στο θεωρητικό μέρος.

1. Ο βαθμός του θεωρητικού μέρους διαμορφώνεται από γραπτή τελική εξέταση, που μπορεί να περιλαμβάνει:
   • Ανάπτυξη θεωρητικών θεμάτων.
   • Επίλυση προβλημάτων εφαρμογής των γνώσεων που αποκτήθηκαν.
   • Ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής.
   • Ερωτήσεις σύντομης απάντησης.
2. Η εξέταση των ασκήσεων του εργαστηρίου περιλαμβάνει:
   • την αξιολόγηση των γραπτών εργαστηριακών αναφορών,
   • τελική εξέταση, όπου ο φοιτητής αναπτύσσει κώδικα για επεξεργασία μετρήσεων με χρήση λογισμικού μετρήσεων (π.χ. LabVIEW).

Συνιστώμενη Βιβλιογραφία

Προτεινόμενη Βιβλιογραφία μέσω εκδόσεων του Ιδρύματος ή της ηλεκτρονικής σελίδας του μαθήματος:

1.  Ι. Καλόμοιρου, Συστήματα Συλλογής Πληροφοριών και Μετρήσεων, Σημειώσεις, 2010.

Προτεινόμενη Βιβλιογραφία μέσω Ευδόξου:

1. John P. Bentley, Συστήματα Μετρήσεων, Βασικές Αρχές, Εκδόσεις Στέλλας Παροίκου & Σια, 2009.
2. Σ. Μπουλταδάκη, Ι. Καλόμοιρου, Υλικό και Λογισμικό Μετρήσεων, Εκδόσεις Τζιόλα, 2009.

Προτεινόμενη Βιβλιογραφία για το Εργαστήριο:

1. Ν. Αρπατζάνη, Εργαστηριακές Σημειώσεις για τον Προγραμματισμό με LabVIEW, ΤΕΙ Κ. Μακεδονίας, 2011.