Elektrická měření 10 VI2 – 3. sem.

ELM VI2 Měřicí přístroje 1

Elektrická měření 10 VI2 – 3. sem.

Měřicí přístroje• seznámení s přístroji měřícími zákl. el. veličiny:

– ampérmetr– voltmetr– wattmetr– měřič kmitočtu– osciloskop

• seznámení s významem vyjadřování chyby měření a její výpočet

Bc. David FURKA


Obecné rozdělení měř. přístr. (MP)• analogové - měří kontinuelně

- spojitý údaj- nepotřebují vlastní zdroj el.

en. (někdy)- lze odečíst amplitudu přech.dějů- lze zjistit trend měřené veličiny

• číslicové - několik měření za sekundu (multimetr 3x)- jednoznačný údaj- chyba je nezávislá na poloze přístroje- nespojitý údaj (záleží na citlivosti)- potřebují vždy cizí zdroj el. energie- nedávají informaci o trendu měř. veličiny


Ampérmetr – pro DC proud

• měří elektrický proud – přímoukazující měřicí přístroj• prochází jím celý měřený proud – zapojen sériově• požadavek na minimální vnitřní odpor – chyba metody

Možnosti měření stejnosměrného proudu

• 101 μA ÷ 100 A - analogový magnetoelektrický nebo elektromagnetický MP .

• 101 μA ÷ 101 A - číslicový Ametr a multimetry- úbytek napětí na bočníku > ADP > ZJ

• od 101 nA - el. převodník UI s operačním zesil.• 101 pA ÷ 102 pA - úbytek napětí na vysokoohm.odporu

mikrovoltmetrem s modulačním zesil.• větší proudy - bočníkem zvětš. měř. rozsah Ametru


Ampérmetr – pro AC proud

Možnosti měření střídavého proudu

• 100 mA ÷ 102 A - elmag. a eldyn. analogové MP

frekv. do 102 Hz - magel. analog. MP s usměrňovačem (harmon.průběh)

• 102 μA ÷ 101 A - číslicové multimetry (úbytek napětí na frekv. do 103 Hz bezindukčním bočníku)

• větší proudy- externí bočník

větš. f = 50 Hz - měřicí transformátor proudu

- klešťový ampérmetr


Voltmetr – pro DC napětí

• měří el. napětí – přímoukazující měřicí přístroj• snímá rozdíl potenciálů – připojujeme paralelně na měř. část

obvodu• požadavek na maximální vnitřní odpor (kvůli chybě metody)

Možnosti měření stejnosměrného napětí• 101 mV ÷ 102 V - magel. analogové voltmetry• 102 μV ÷ 102 V - číslicové voltmetry• větší napětí - s použitím předřadníku• menší napětí - s použitím předzesilovače• velmi malá napětí - s použitím modulačního zesilovače


Voltmetr – pro AC napětí

Možnosti měření střídavého napětí

• 100 V ÷ 102 V - magel. analogové Vmetry s usměrňovačem frekv. do 103 nebo termočlánkem až 104 Hz - měří Ustř resp. Uef, stupnice v Uef

• 101 V ÷ 102 V - elmag. analogové Vmetry

frekv. do 101 - měří Uef, stupnice v Uef

někdy až 103 Hz

• 100 mV ÷ 101 V - nf milivoltmetry (s analog. i dig. výstupem)

- měří Ustř resp. Uef, stupnice v Uef

• 102 mV - Vmetry s vf sondou

f až 100 GHz - měří Umax, stupnice v Uef


Digitální multimetr• číslicový stejnosměrný voltmetr doplněný o převodníky měřicí

střídavá napětí, proudy, odpory (převádějí na DC napětí)• základ je DC voltmetr (vst.dělič VD a zesilovač Z, AD převodník,

log.řídicí jednotka ŘJ a číslicový zobrazovač ČZ)• další bloky převádějí měřené veličiny na DC napětí v požadovaném

rozsahu hodnot


• počet míst zobrazovače (3 až 8 a ½ místa)• počet a hodnoty vstupních rozsahů (4 až 6 pro 0,01 V až 1000 V)• přesnost (tabulka v manuálu)• časová stálost• rozlišovací schopnost (1 digit – změna posled. místa na displeji o 1)• citlivost (min. napětí měřitelné tímto MP)• vstupní impedance (typicky 10 MΩ)• typ použitého AD převodníku (dvoutaktní integrace)

Digit. multimetr – hlavní parametry


Číslicový ampérmetr

A B C

Jaké zdířky? Do obvodu zapojit sériově

Proudové svorky

B + C – menší proudy (zde do 2A) - jištěnoA + C – větší proudy (zde od 2 do 20A) - nejištěno

Nastavený měřicí rozsah

AC A – střídavý proudDC A – stejnosměrný proud


Číslicový voltmetr

Jaké zdířky?Do obvodu zapojit paralelně

Nastavený měřicí rozsahAC V – střídavé napětí max. 750 VDC V – stejnosměrné napětí max. 1000 V

A B

Napěťové svorky

A + B - pro měření všech napětí

Vnitřní odpor přístroje

typická hodnota 10 MΩ


Wattmetr

Pro přímé měření elektrického výkonu je třeba snímat napětí i odebíraný proud 4 svorky

• analogový - elektrodynamický

- ferodynamický

• elektronický - na principu PWM

- s Hallovou sondou

- se vzorkovačem, ADP, pamětí a procesorem


Analogový wattmetr

Zapojení Wmetru do obvodu

Popis svorek a cívek


Měřiče kmitočtu

Většinou přímoukazující přístroje

• analogové - rezonanční jazýčkové kmitoměry (45 ÷ 55 Hz)

- výchylkové kmitočtoměry

- osciloskop (nepřímá metoda)

• číslicové - čítače

- digitální osciloskop

- analogový kmitočtoměr s číslovým výstupem


Osciloskop - úvod

na obrazovce zobrazuje průběh signálů přivedených na vstup

Přístroj sloužící především k:• zobrazení časového průběhu signálu• měření periody, frekvence, amplitudy a dalších parametrů…• porovnání dvou, popř. více signálů• měření fázového posuvu• Zobrazení vzájemné závislosti dvou signálů


Osciloskopy - rozdělení

Několik kritérií pro rozdělení, ty hlavní jsou:• princip - analogové

- digitální__________________________• počet paprsků - jednopaprskové

- dvoupaprskové____________________• použití - laboratorní univerzální (NF a VF)

- vzorkovací - vysokonapěťové- medicínské- malé revizní______________________

• počet kanálů - jednokanálové- dvoukanálové- vícekanálové


Osciloskop (analog) – hlavní části

• Vertikální systém - vstupní obvody

- koncový vertikální zesilovač

- zpožďovací linka________________• Horizontální systém - obvod časové základny

- spouštěcí obvod

- koncový horizontální zesilovač_____ • Obrazovka - katoda – zdroj elektronového paprsku

- vertikální vychylovací destičky

- horizontální vychylovací destičky

- Wehneltův válec (tvar, rychl., ostrost)

- luminofor


Analogový osciloskop

nejrozšířenější, většinou 2-kanálový obrazovka s elektrostatickým vychylováním základní osciloskop pracuje při f = 0 až 10 MHzNejdůležitější parametry• počet kanálů (1, 2, s el. přepínačem i více –

4,8…)• vstupní napěťové rozsahy (1 mV/d až 5 V/d)• vstupní impedance (typ. 1 MΩ a C = 30 pF)• doba náběhu (dle fh)• horní mezní kmitočet (101 až 102 GHz)• počet časových základen (1 nebo 2 – dvojitá ČZ)• přesnost zesílení• doplňky osciloskopu (kurzory apod.)


Doba náběhu a horní mezní kmit.

Horní mezní kmit. fh - frekvence harmonického signálu, při kterém je amplituda zobrazeného signálu teprve o 3 dB

nižší než skutečná amplituda (0,707krát)

Doba náběhu tn - reakce na vstupní obdélníkový puls o f = 50% fh

- doba potřebná k růstu zobrazené amplitudy z 0,1 Umax do 0,9 Umax

hn ft

35,0


Osciloskop (analog) – blok.schéma

• signál zprac. VD, PZ a KVZ

• ZL zpozdí signál o 20-200 ns

• zpožděný sig. U4 – vych.sys.

• u3 slouží pro spouštění ČZ

• ČZ - pohybuje bodem po obr. - řídí jas bodu na obr. - nastavuje stupnici osy x

• P1 – přepínač AC-DC-GND

• P2 – přep.spouštění EXT-INT

• P3 – přep.řežimu Y-t a XY


Dvoukanálový osciloskop

Zásadní problém – jak jedním paprskem zobrazit souč. 2 průběhy…?

Vycházíme ze setrvačnosti světélkování bodu na luminoforu, kde dopadá elektron.

• režim CHOP - zobrazí kousek sig.1, kousek sig.2, zas kousek sig.1 atd.

- použití pro zobrazení průběhů nižších kmitočtů

• režim ALT - zobr. celý průběh sig.1, pak celý průběh sig.2,

(alternate) - použití pro zobrazení průběhů vysokých kmitočtů


Režimy přepínání ALT a CHOP


Dvoukanálový osciloskop - schéma

AM – astabilní multivibrátorPPF – přep. pevnou frekv. (CHOP)PČZ – přep. čas. zákl. (ALT)


Ovládací prvky analog. osc.

Kanál 1 Kanál 2

A

BC

DE

1 divI

K

J

F

G H

LM

N

A - přep. ČZ [s/div]

B - přep. 1.kanálu [V/DIV]

C - přep. 2.kanálu [V/DIV]

D,E - přep. typu průběhu

F - přep. režim zobrazení

G,H - vertik. pozice průb.

I - intenzita světlení bodu

K - ostrost paprsku

J - síťový vypínač

L – nast.úrovně spouštění

M – režimu spouštění ČZ

N – zdroj spouštění ČZ


Pracovní režimy osciloskopu

• 1 kanálový režim Y – t - závislost kanálu 1 (osa Y) na čase (t)

• 2 kanálový režim Y – t - CH1 – čas. závislost kanálu 1

- CH2 – čas. závislost kanálu 2

- DUAL – současné zobr. kanálů 1 i 2

- ADD – zobr. součtu obou průběhů

• 2 kanálový režim X-Y - časová základna vypnuta

- signál kanálu 1 vychyluje ve směru X

- signál kanálu 2 vychyluje ve směru Y

- složením sig. o stejné frekv.obrazec

- tvar obrazce je dán fáz. posuvem sig.


Dvojitá časová základna I.

• u vyšší třídy osciloskopů (“dual timebase“)• pro zobrazení detailů průběhu (zákmity apod.)• nejběžnější je tzv. zpožděný režim – hlavní a zpožděná ČZ• po průběhu se posouváme nezávisle na čase volbou ÚSB


Dvojitá časová základna II. 1. – průběh zobrazení pomocí hlavní ČZ

2. – průběh signálu hlavní ČZ

3. – průběh signálu zpožděné ČZ čas t0 řízen úrovní spouštění ČZB

4. – modulace jasu – součet umodA a umodB

5. – průběh zákmitu (tB) při funkci “delay“


Digitální osciloskopMěřený (snímaný) signál je digitalizován

• snímáno v ekvidistantních časových okamžicích• ukládání do rychlé číslicové paměti• vyjmutí z paměti zobraz., další využití (pam.médium,stand.rozhr.)

Charakteristické parametry a veličiny• šířka pásma, nap.citlivost, přesnost,počet kanálů atd.(jako u analog.

osc.)• vzorkovací frekvence• vertikální rozlišovací schopnost (počet bitů ADP)• velikost paměti• rychlost obnovování průběhů na displeji• standard. rozhraní apod.


Digitální osciloskop

• nejstarší DO – číslicová paměť dynam. dějů s analog.osc.na výstupu– je-li zde ČZ analog.osciloskopu – lze přepínat analog. a dig. režim

• využívá se “FIFO“ paměť– paměť je neustále plněna vzorky, obsah kontinuelně přepisován

– po naplnění – jako první se přepíše první zapsaný vzorek

• současné osciloskopy – mikropočítač zpracovává digitaliz. signál– některé osc. - jen jeden ADP pro všechny kanály – časový multiplex (jako

CHOP mode u analog.osc.)


Digitální osciloskop - výhody

Výhody číslicového zpracování průběhů:

• jednorázové přechodové děje – možnost zachycení• lepší přesnost • rychlé měření (kurzory, autom.výpočty, zobrazení hodnot na displ.)• dostupnost kopie průběhu (tisk, dig.podoba apod.)• archivace• možnost číslicového zpracování sejmutých průběhů a spektr. analýza• úplná programovatelnost měření, samočinné nastavení přístroje• možnost “záporného zpoždění - pretriggering“


Digitální osciloskop bez multiplexu


Dig. osciloskop s multiplexem


Vzorkování v reálném čase (RTS)

Musí být splněna podmínka vzorkování (vzorkovací věta)

fs ≥ fm,

kde fs je vzorkovací kmitočet, fm je kmitočet nejvyšší obsažené harmonické složky

– klas. vzorkování v ekvidistantních čas. intervalech - vzorkovací interval vzork. frekvence fs ~ 4÷10 fh max

– jediný spouštěcí impuls blok vzorků ve všech kanálech– umožňuje pretriggering– jediný typ vzorkování jednorázových přechodových dějů– výhodné – velká vzorkovací rychlost a velká hloubka (délka)

paměti


Sekvenční vzorkování v ekvivalentním čase (SRS)

• převzato z analogových vzorkovacích osciloskopů

• jen pro periodické průběhy

• z každé periody jen 1 vzorek (spoušť. pulsem), poloha dalšího vzorku se oproti začátku periody posunuje o Δt (časovacím obvodem)

• ekvivalentní vzorkovací frekv.je pak mnohem vyšší než skutečná fse = 1 / Δt

• oproti RTS : + větší fse – lze zachytit více detailů

- pomalejší sestavení průběhu, neumožňuje pretriggering


Náhodné vzorkování v ekvivalentním čase (RRS)

• pouze pro periodické průběhy• umožňuje pretrigger, rychlejší sestavení obrazu než SRS• po příchodu každého spouštěcího pulsu je signál ovzorkován max.

vzork. frekvencí• generátor vzorkovacího signálu není synchronizovaný se

spouštěcím impulsem, prodleva se mění pro jednotlivé sady ekvidistantních vzorků (sada1,2,3,…)


Pasivní sonda k osciloskopu• Zvst osciloskopu bývá 1 MΩ a paralelní Cvst bývá 30 pF

– v nižších kmitočtech – chování jako R

– u vyšších kmit. kapacita ovlivňuje průběh

• hrot snímající vstupní signál – ovlivňuje měřený obvod• sonda musí být správně vykompenzovaná

A

B

CKompenzace sondy (1kHz)

A – málo kompenzovaná (C1 příliš malé)B – vykompenzovaná správněC – překompenzovaná, C1 moc velké)

C1R1=(Ci+CK)Ri


Děkuji za pozornost

Kontakt:

Bc. David FURKA

[email protected]

412 315 047

mailto:[email protected]

Date post:	21-Jan-2016
Category:	Documents
Upload:	jason
View:	68 times
Download:	0 times

Elektrická měření 10 VI2 – 3. sem.

Documents