Senzori i merenja

DR MLADEN POPOVI

Ć

SENZORI I MERENJA 

Č

E T V R T O   I Z D A N J E  

ZAVOD ZA UD@BENIKE I NASTAVNA SREDSTVA 

SRPSKO SARAJEVO, 2004.

Recenzenti: 

Prof. dr Dragoljub Milatovi

ć

Prof. dr Arsen Šurlan 

Direktor, glavni i odgovorni urednik:

Ranko Batini

ć

PREDGOVOR 

Merne informacije imaju veliki zna

č

aj u nau

č

nim i tehni

č

kim disciplinama jer sadrže 

kvantitativne vrednosti pomo

ć

u kojih se procenjuju stanja objekta istraživanja. Moderna merenja 

baziraju se uglavnom na pretvaranju fizikalnih veli

č

ina u elektri

č

ni signal. Poja

č

anje i obrada 

elektri

č

nog signala, daljinski prenos i o

č

itanje rezultata su usavršeni, a uz to se postiže visok 

metrološki kvalitet u pogledu ta

č

nosti, osetljivosti i pouzdanosti merenja. Pretvaranje mehani-

č

kih, hemijskih, biloških i procesnih veli

č

ina u elektri

č

ni signal vrši se pomo

ć

u razli

č

itih dava

č

a, 

pretvara

č

a, transdjusera, transmitera i dr. U novije vreme za ove ure

đ

aje ustalio se termin 

senzor, što je koincidiralo sa razvojem materijala i tehnologija, primenom mikromehanike i 

visokog stepena integracije komponenata, te velikim mogu

ć

nostima u obradi informacija pomo

ć

u 

sredstava mikroelektronike. 

Cilj ove knjige je da oblast savremene tehnike senzora predstavi širem krugu korisnika. 

Knjiga je prvenstveno namenjena studentima elektrotehnike, mašinstva i tehnologije, studentima 

postdiplomskih studija, ali i stru

č

njacima razli

č

itih specijalnosti koji se u svojoj praksi bave 

merenjem fizikalnih veli

č

ina. 

U knjizi su obra

đ

ene metode i inžinjerski postupci merenja fizikalnih veli

č

ina. Opisani su 

na

č

ini gradnje senzora i ukazano na mogu

ć

nosti njihove primene. Pored standardnih senzora koji 

se upotrebljavaju u inžinjerskim merenjima neelektri

č

nih veli

č

ina, posebna pažnja posve

ć

ena je i 

specijalnim izvedbama, koje zasad imaju manju zastupljenost. Knjiga je podeljena u 

č

etiri 

tematske celine: Principi merenja, Principi tehnike senzora, Osnovni senzori i Senzori i metode 

merenja neelektri

č

nih veli

č

ina. 

Sa druge dve objavljene knjige, „Senzori u robotici“ (opisani principi rada, konstrukcija i 

obrada signala senzora u robotici) i „Senzori te

č

nosti i gasova“ (opisani principi rada anali-

zatora i poluprovodni

č

kih senzora te

č

nosti i gasova, uklju

č

uju

ć

i i biosenzore), knjiga „Senzori i 

merenja“ predstavlja trilogiju kojom je autor zaokružio svoj višegodišnji rad u prou

č

avanju 

tehnike senzora i merenja. 

Č

etvrto izdanje dopunjeno je novim sadržajima, bez promene osnovne koncepcije. 

Zahvalnost za niz korisnih sugestija dugujem recenzentima prof. dr D.Milatovi

ć

u i prof. dr 

A.Šurlanu, kao i svim kolegama i 

č

itaocima koji su pokazali interesovanje za ovu knjigu. 

Beograd, 

juna 

2004.               

  Autor 

I 

PRINCIPI MERENJA

1

UVOD U MERENJE

1.1. METROLOGIJA 

− 

NAUKA O MERENJU

Izu~avanje pojmova o fizikalnoj veli~ini i njenom merenju spada u osnovne

predmete nau~nog istra`ivanja. Teoretska istra`ivanja na ovom planu provode se u

okviru razli~itih nau~nih i tehni~kih disciplina: filozofije, fizike, matematike, sistemo-

tehnike, elektrotehnike, merne tehnike itd. U tom kontekstu nauka o merenju zauzima

posebno mesto u sistemu savremenih nauka i tehnika. 

Prirodne nauke posmatraju objekat istra`ivanja svojim specifi~nim metodima,

ali im je, manje ili vi{e, zajedni~ka potreba da se rezultati opa`anja predstave i u

kvantitativnoj formi. Merenje kao kvantitativni na~in predstavljanja svojstava objek-

tivnog sveta poprima razli~ita obele`ja u zavisnosti od primene u pojedinim naukama,

tj. u zavisnosti od toga koja svojstva su predmet istra`ivanja u pojedinim naukama.

Zbog toga jo{ uvek ne postoji sveobuhvatan i jedinstven pristup nauci o merenju, pa

se ona deli na vi{e segmenata. Teorija mernih pogre{aka tretira gre{ke u merenjima,

informaciona teorija posmatra pogre{ke merenja kao smetnje u informacionom kanalu,

algoritamska teorija izu~ava merenja kao algoritme za dobijanje brojnog rezultata,

reprezentaciona teorija merenja bavi se izborom adekvatne brojne skale za predstav-

ljanje mernih veli~ina u psihologiji, lingvistici, kibernetici itd.

U svim dosada{njim fazama razvoja nauke i tehnike prisutna su dva nivoa u

izu~avanju merenja: fundamentalni i primenjeni. Fundamentalni nivo istra`uje op{ta

svojstva i zakone merenja. Pri tome se polazi od pretpostavke da su problemi mere-

nja su{tinski problemi u svim egzaktnim naukama: fizici, matematici i drugim. U

prilog tome ide ~injenica da su otkri}a op{tih zakona merenja uvek bila sna`an

generator razvoja u egzaktnim naukama. Ilustrativan je primer otkri}e principa

neodre|enosti u savremenoj fizici, koji u oblasti merenja predstavlja op{ti zakon za

ograni~avanje ta~nosti kvantno-mehani~kih merenja. Primenjeni nivo u izu~avanju

merenja usmeren je na re{avanje prakti~nih problema merenja u okviru in`enjerskih

disciplina i tehnika. Jedan od takvih problema je i zahtev za obezbe|ivanje jedinstva

merenja i mernih rezultata, ~ije je re{avanje na kraju dovelo do aktuelnog Me|una-

rodnog sistema jedinica.

Fundamentalna teorija merenja u tesnoj je vezi sa osnovnim zakonima

egzaktnih nauka, pa je zato po svome karakteru op{tija od primenjene teorije, koja je

spona izme|u fundamentalne teorije merenja i neposrednih prakti~nih merenja, (slika

1.1). Primenjena teorija merenja pripada ni`em hijerarhijskom nivou u odnosu na

fundamentalnu teoriju. Me|utim, pojedina svojstva merenja ustanovljena prakti~nim

merenjima i potvr|ena u primenjenoj teoriji mogu pre}i na fundamentalni nivo i

izvr{iti odre|ene uticaje na egzaktne nauke.

                                                                                      7