Předmět je zaměřen na vysoce přesné metody měření fyzikálních veličin v extrémních podmínkách laboratorních experimentů. Studenti se seznámí s metodami měření kryogenních teplot, velmi nízkých hmotností, přesného času, nízkého tlaku, stopových koncentrací plynů a par, elektrických veličin a supravodivosti, elektromagnetického záření, radioaktivity a magnetického pole.
Poslední úprava: Pátková Vlasta (19.11.2018)
The course focuses on highly accurate methods of measurement of physical quantities in extreme conditions of laboratory experiments. Students will be acquainted with methods of measurement of cryogenic temperatures, very low weights, exact time, low pressure, trace gas and vapor concentrations, electrical quantities and superconductivity, electromagnetic radiation, radioactivity and magnetic field.
Výstupy studia předmětu -
Poslední úprava: Pátková Vlasta (19.11.2018)
Studenti budou umět:
Popsat a změřit podmínky experimentu v laboratoři a veličiny ovlivňující přesnost měření.
Využít pokročilé měřicí přístroje pro měření vysokého vakua, elektrických veličin či ionizujícího záření.
Popsat a využít přístroje pro detekci a analýzu stopových koncentrací plynů a par.
Poslední úprava: Pátková Vlasta (19.11.2018)
Students will be able to:
Describe and measure experimental conditions in the laboratory and quantities influencing measurement accuracy.
Use advanced measuring instruments to measure high vacuum, electrical quantities, or ionizing radiation.
Describe and use a device for detection and analyzis of trace gas and vapor concentrations.
Literatura -
Poslední úprava: Pátková Vlasta (19.11.2018)
Z: Liptak B.G. a Venzel K.: Instrument and Automation Engineers' Handbook: Process Measurement and Analysis, Fifth Edition. CRC Press 2016, ISBN 9781466559325.
Z: Kadlec, K., a kol.: Měření a řízení chemických, potravinářských a biotechnologických procesů, Key Publishing, Ostrava 2017, ISBN 978-80-7418-283-9.
D: Webster J.G.: Measurement, Instrumentation, and Sensors Handbook. CRC Press 2014, ISBN 978-1-4398-4888-3.
Poslední úprava: Pátková Vlasta (19.11.2018)
B: Liptak B.G. a Venzel K.: Instrument and Automation Engineers' Handbook: Process Measurement and Analysis, Fifth Edition. CRC Press 2016, ISBN 9781466559325.
D: Webster J.G.: Measurement, Instrumentation, and Sensors Handbook. CRC Press 2014, ISBN 978-1-4398-4888-3.
1. Měření podmínek experimentu v laboratoři: Veličiny ovlivňující přesnost měření. Obecné metody měření tlaku a teploty, dataloggery. Vliv složení okolní atmosféry na experiment, měření rychlosti proudění a vlhkost vzduchu. Měření intenzity osvětlení, fotometry, kolorimetry. Měření vibrací, akcelerometry. Měření hluku.
2. Měření vlhkosti v plynech: Teoretické základy, používané jednotky. Psychrometry, optické a vibrační hygrometry, využití adiabatické expanze, elektrolytické snímače. Dilatační, odporové, kapacitní vlhkoměry a rezonanční senzory. Spektrální metody měření vlhkosti (UV, VIS, IR, oblast mikrovln).
3. Měření vlhkosti v kapalinách a pevných látkách: Chemické metody, Karl Fisherova titrace, automatické titrátory. Stanovení vlhkosti sušením. Termogravimetrie a diferenciální termická analýza pro stanovení vlhkosti. Lyofilizace. Separační metody (destilace, dekantace, extrakce, chromatografie). Spektrální metody. Vodivostní metody a kapacitní čidla. Mikrovlnná a neutronová moderační metoda.
4. Vážení: Teoretické základy vážení, jednotky. Pákové (rovnoramenné, nerovnoramenné a kyvadlové), pružinové, konzolové a torzní váhy. Tenzometrické, piezoelektrické, magnetoelastické a indukční váhy. Optické a kapacitní snímače vah. Mikrováhy, váhy na bázi křemíkového rezonátoru a senzoru s povrchovou akustickou vlnou. Využití mikroskopie atomárních sil při vážení malých hmotností. Hydraulické a pneumatické váhy. Průmyslové váhy.
5. Měření času, frekvence a fáze: Přístroje a elektrické obvody pro měření frekvence. Čítače. Oscilátory. Atomové hodiny. Časová synchronizace přístrojů.
6. Vakuové aparatury: Typy a princip funkce vývěv. Mechanické vývěvy (olejové a bezolejové rotační, turbomolekulární, membránové a Rootsovy). Difúzní vývěvy. Sorpční a kondenzační vývěvy. Měření vakua, vakuometry. Hledače netěsností.
7. Přístroje pro měření elektrických veličin: Obecné přístroje pro měření elektrického napětí, proudu a odporu (digitální multimetry, ohmmetry). Elektrometry. Osciloskopy. Můstkové měřiče kapacity a indukce. Impedanční analyzátory. Generátory funkcí. Zesilovače. Wattmetry. Způsoby zapojení a limity použití.
8. Metody měření elektrických veličin: Měření elektrického náboje (v objemu, na povrchu, v prostoru). Metody měření elektrického proudu, induktance, kapacitance a napětí. Měření elektrického výkonu.
9. Měření elektrické vodivosti v pevných látkách: Dvoubodová a čtyřbodová metoda. Metoda Van der Pauw. Supravodivost. Měření teploty v kryogenních podmínkách.
10. Měření elektromagnetického a magnetického pole: Snímače elektrického a magnetického pole. Optické snímače EM pole. Měření vlnové délky. Fotodetektory, detektory dlouhovlnného záření. Hallův jev a Hallova sonda.
11. Měření ionizačního záření: Zdroje radioaktivního záření. Ionizační detektory.
12. Přístroje pro charakterizaci povrchů: Měření tvrdosti. Měření drsnosti povrchu. Profilometry, mikroskopie atomárních sil. Optické metody měření tloušťky vrstev. Elipsometrie.
13. Kalibrace přístrojů: Přístroje pro generování definované koncentrace plynů a par.
14. Sběr a zpracování experimentálních dat: Virtuální instrumentace. Softwarové vybavení.
Poslední úprava: Pátková Vlasta (19.11.2018)
1. Measurement of experimental conditions in the laboratory: Quantities influencing measurement accuracy. General methods of pressure and temperature measurement, dataloggers. Influence of atmospheric composition on experiment, flow rate measurement and air humidity. Light intensity measurement, photometers, colorimeters. Vibration measurement, accelerometers. Noise measurement.
2. Humidity measurement in gases: Theoretical foundations, units. Psychrometers, optical and vibration hygrometers, use of adiabatic expansion, electrolytic sensors. Dilatation, resistive, capacitive hygrometers and resonance sensors. Spectral methods of humidity measurement (UV, VIS, IR, microwave area).
3. Humidity measurement in liquids and solids: Chemical methods, Karl Fisher titration, automatic titrators. Determination of moisture by drying. Thermogravimetry and differential thermal analysis for moisture determination. Lyophilization. Separation methods (distillation, decantation, extraction, chromatography). Spectral methods. Conductivity methods and capacitance sensors. Microwave and neutron moderation method.
4. Weighing: Theoretical basics of weighing, units. Lever, spring, and torsion scales. Strain gauge, piezoelectric, magnetoelastic and induction scales. Optical and capacitive weight sensors. Microscales, silicon resonators and surface acoustic wave sensors. Use of atomic force microscopy in weighing of small weights. Hydraulic and pneumatic scales. Industrial scales.
5. Measurement of time, frequency and phase: Devices and electric circuits for frequency measurement. Counters. Oscillators. Atomic clock. Device time synchronization.
6. Vacuum apparatuses: Types and principle of vacuum pumps. Mechanical vacuum pumps (oil and oil-free rotary, turbomolecular, membrane and Roots). Diffusion pumps. Sorption and condensation pumps. Vacuum measurement. Leak detectors.
7. Instruments for measurement of electrical quantities: General instruments for measurement of electrical voltage, current and resistance (digital multimeters, ohmmeters). Electrometers. Oscilloscopes. Bridged Capacity and Induction Meters. Impedance analyzers. Function Generators. Amplifiers. Wattmetry. Connection and limits of use.
8. Methods of measurement of electrical quantities: Measurement of electrical charge (in volume, on surface, in space). Methods of measurement of electric current, inductance, capacitance and voltage. Measurement of electrical power.
9. Electrical conductivity measurement in solids: Two-point and four-point method. The Van der Pauw method. Superconductivity. Temperature measurement in cryogenic conditions.
10. Electromagnetic and magnetic field measurements: Electrical and magnetic field sensors. Optical EM field sensors. Wavelength measurement. Photodetectors, long-wavelength detectors. Hall's phenomenon and Hall's probe.
11. Measurement of ionizing radiation: Sources of radioactive radiation. Ionization detectors.
12. Surface characterization devices: Hardness measurement. Surface roughness measurement. Profilometers, atomic force microscopy. Optical methods for layer thickness measurement. Ellipsometry.
13. Instrument calibration: Apparatus for generating defined concentrations of gases and vapors.
14. Collection and processing of experimental data: Virtual instrumentation. Software equipment.
