AnturitLaajuus (3 op)

Osaamistavoitteet

Opiskelija oppii ja osaa mittaustekniikan perustoiminnot sekä erilaisten anturien rakenne- ja toimintaperiaatteet. Mittausjärjestelmän suorituskyky ja rakenteet staattisessa sekä dynaamisessa järjestelmässä käydään läpi. Lineaarisuus, offset- tasot, kalibrointimenetelmät, anturin mittauskohinaa ja epätarkkuustekijöitä käsitellään eri tilanteissa. Opiskelija hallitsee elektronisten anturi-ilmiöiden toimintaperiaatteet sekä eri anturisovellusten valintakriteerit. Opiskelija kykenee rakentamaan anturipohjaisen järjestelmän, joka voidaan kytkeä mittausjärjestelmän sähköiseen väylään. Opiskelija ymmärtää anturien tuntoelimien asennukseen liittyvät ympäristötekijät ja niiden vaikutukset kokonaisuuteen. Opiskelija ymmärtää signaalinkäsittelyn perusteet ja ymmärtää mittavirheiden syyt sekä mittausepävarmuuden käsitteen.

Tärkeimmät tekniikan anturisovellukset käsitellään. Opiskelijat kykenevät rakentamaan oman anturipohjaisen mittausketjun.

Sisältö

1. Mittausjärjestelmän perusteet: mittausjärjestelmän rakenne ja suorituskyky, lineaarisuusmäärittelyt, sitomaton lineaarisuus, sidottu lineaarisuus, staattinen ja dynaaminen mittausjärjestelmä, anturivasteet, mittausjärjestelmän dynamiikka, tilastollinen tekijä ja virhe mittauksien toteutuksessa, systemaattinen virhe, sähköiset standardiviestit, saturaatio, hystereesi, kalibrointi, AD- muunnin, signaalivasteiden aikasuureet,
2. Anturiperiatteet: resistiiviset anturit, kapasitiiviset anturit, induktiiviset anturit, sähkömagneettiset anturit, optiset anturit, magnetoresistiiviset anturit, pietsoresistiivisyys ja venymäliuska-anturit, termistorit,
3. Sähköiset anturikytkennät: erilaiset resistiiviset mittasillat, nelipistemittaus, differentiaalinen kapasitiivinen kytkentä, kapasitiivinen mittasilta, jännitejakajat, induktiivinen LVDT mittaus,
4. Anturisovelluksia tekniikassa: kiihtyvyysanturi, kallistusanturi, paineanturi, HumiCAP, ThermoCAP, CarboCAP, Hall- anturit, optinen anturiverkko, lämpösähköanturit, pietsosähköiset kiteet, pyrosähköiset anturit, valosähköiset anturit, ultraäänianturit, virtausmittaukset, pneumaattinen järjestelmä, LVDT- sovellukset, . . .

Esitietovaatimukset

Ensimmäisen vuoden fysiikan kurssit
Sähköiset peruspiirit

Arviointikriteerit, tyydyttävä (1)

1. Opiskelija osaa rakentaa anturipohjaisen mittausjärjestelmän ryhmän jäsenenä. Opiskelija ymmärtää tyypillisen mittausjärjestelmän osat. Opiskelija osaa erilaisiin anturimittaussovelluksiin liittyvät kokonaisuudet ja niihin liittyviä rajoituksia. Opiskelija osaa määritellä peruskäsitteet signaalinkäsittelyssä.
2. Opiskelija osaa perusteet tärkeimmistä anturointi-ilmiöistä kuten resistiiviset ja kapasitiiviset anturit. Opiskelija ymmärtää anturointi periaatteet niissä.
3. Opiskelija osaa määritellä yksielementtisen resistiivisen ja kapasitiivisen anturin sähköisen vasteen muutokselle.
4. Osaa perusperiaatteet tärkeimmistä tekniikan anturimittaussovelluksista: etäisyyden määritys, paikan määritys, voiman ja impulssin mittaus, värähtelymittaukset, kallistuskulman määritys, lämpötilan mittaus, virtausmittaus, paineen mittaus, . . .

Arviointikriteerit, hyvä (3)

1. Opiskelija osaa määritellä anturi- ja mittaussysteemin lineaarisuuden mittausalueella. Osaa havaita ja määritellä mahdolliset häiriötekijät kuten saturaation, hystereesin, lämpötilan muutosvaikutukset niiden esiintyessä. Osaa ottaa huomioon ja tarvittaessa eliminoida anturin ja sen tuntoelimen vaikuttavat ympäristötekijät.
2. Hallitsee ja osaa yleisimmät anturointi-ilmiöt kuten resistiivisyys, kapasitiivinen kytkentä, induktiivinen kytkentä, optiset anturit, pietsoresistiivisyys, pietsosähköisyys, magnetoresistiivisyys, . . .
3. Osaa kaikki resistiiviset siltakytkennät ja niiden toimintaperiaatteet. Osaa kapasitiivisen dielektrisen anturin ja induktiivisen LVDT- anturikytkennän. Hallitsee nelipistemittauksen kytkemisen vakiovirtalähdettä käyttäen.
4. Osaa ja ymmärtää kapasitiivisen kiihtyvyys- ja kallistusanturin toimintaperiaatteen. Osaa tärkeimmät mittausmenetelmät virtausmittaussovelluksista. Osaa ja ymmärtää painemittauksen periaatteet paine-eroa mittaavissa ja absoluuttista painetta mittaavissa tilanteissa.

Arviointikriteerit, kiitettävä (5)

1. Opiskelija osaa ja ymmärtää mittausjärjestelmän kokonaisuuteen vaikuttavat tekijät. Hallitsee epälineaaristen matemaattisten funktioiden sijoittamisen anturivasteeseen. Osaa ja hallitsee mittausvirheeseen vaikuttavien tekijöiden huomioimisen mittaussysteemissä.
2. Osaa ja hallitsee kaikki oleelliset anturi-ilmiöt. Osaa huomioida niiden rajoitukset ja käyttötarkoitukset eri mittaustilanteissa.
3. Osaa ja ymmärtää differentiaalisen kapasitiivisen kytkennän anturointisovelluksissa. Osaa ja ymmärtää resistiivisen kompensoivan mittasiltakytkennän toiminnan periaatteet.
4. Osaa ja ymmärtää optisen anturiverkon toiminnan ja mittausmenetelmät. Osaa ja ymmärtää monesta erilaisesta anturista koostuvan järjestelmän toimivuuden ja mahdollisen lisäarvon.