POLITECHNIKA RZESZOWSKA
im. Ignacego Łukasiewicza
WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I INFORMATYKI
KATEDRA METROLOGII I SYSTEMÓW
DIAGNOSTYCZNYCH
POLITECHNIKA RZESZOWSKA
im. Ignacego Łukasiewicza
WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I INFORMATYKI
KATEDRA METROLOGII I SYSTEMÓW
DIAGNOSTYCZNYCH
METROLOGIA ELEKTRYCZNA
Andrzej Rylski Politechnika Rzeszowska Katedra
Metrologii i Systemów Diagnostycznych, ul. W.
Pola 2 35-959 Rzeszów,
rylski @prz.rzeszow.pl
http://rylski.sd.prz.edu.pl/
Andrzej Rylski Politechnika Rzeszowska Katedra
Metrologii i Systemów Diagnostycznych, ul. W.
Pola 2 35-959 Rzeszów,
rylski @prz.rzeszow.pl
http://rylski.sd.prz.edu.pl/
POMIARY SYGNAŁÓW ELEKTRYCZNYCH W OBWODACH
JEDNOFAZOWYCH I WIELOFAZOWYCH – ENERGII,
ZNIEKSZTAŁCEŃ NIELINIOWYCH, ZAKŁÓCEŃ,
POMIARY OSCYLOSKOPEM CYFROWYM
Przetworniki pomiarowe
Przetworniki pomiarowe
3.
Przetwornik SIGMA - DELTA
4.
Przetwornik U/f
5.
Aplikacja układu C520D
6.
Układ scalony C520D
7.
Układ C520 – parametry
8.
Układ scalony,przetwornika ICL7106, 7
9.
Metoda podwójnego całkowania
10.
Struktura wewnętrzna układu ICL 7107
11.
Parametry przetwornika
12.
Schemat prostego woltomierza cyfrowego
13.
Pomiary sygnałów niesinusoidalnych
14.
Współczynnik kształtu i szczytu
15.
Automatyczny miernik zniekształceń
nieliniowych
Literatura:
1.
Rylski A., Metrologia – wybrane zagadnienia. Zadania, str.47- 85, 218-
239, skrypt Wydanie III, Wydawnictwa Politechniki Rzeszowskiej
2004,
2.
Winiecki Wiesław: Organizacja komputerowych systemów
pomiarowych. Warszawa, OWPW 1997.
3.
Gregg W. David; Podstawy telekomunikacji analogowej i cyfrowej,
WNT Warszawa 1983r.
4.
Sydenham P.H; Podręcznik metrologii, WKŁ Warszawa 1990.
Przetwornik SIGMA - DELTA
Przetwornik SIGMA - DELTA
PRZETWORNIK
a/c
wzmacniacz
wejściowy o
programowo
ustawianym
wzmocnieniu
1 - 128
programowany
filtr
cyfrowy FDP
sigma-delta
modulator
2,5V & 200A
sterowanie pracą układu
transmisją danych
interfejs szeregowy
wejście
analogowe
Rys. 3.18. Struktura układu AD7711
Przetwornik U/f
Przetwornik U/f
Schemat blokowy przetwornika C520D
Aplikacja układu C520D
Aplikacja układu C520D
Układ scalony C520D
Układ scalony C520D
Tablica 3.1. Wartości dopuszczalne parametrów układu C520D
Parametr
Oznaczenie
Min
Max
Napięcie zasilania
U
s
[V]
0
7
Napięcie wejściowe:
-między HI a masą
-między Lo a masą
U
iH
[V]
U
iL
-15
-15
15
15
Napięcie na wejściu HOLD
U
H
[V]
0
7
Napięcie
na
wyjściach
cyfrowych
U
OH
[V]
7
Temperatura otoczenia
t
o
0
70
Warunki pracy układu
C520D
Napięcie zasilania
U
s
[V]
4.5
5.5
Temperatura otoczenia
t
o
0
70
Napięcie wejściowe:
-różnicowe
-sumacyjne
U
i
[V]
U
CM
-99
-200
999
200
Napięcie
na
wejściu
HOLD:
-pomiar normalny
-pomiar szybki
-pamiętanie
U
H
[V]
0
3.2
0.8
0.4
5.5
1.6
Układ C520 - parametry
Układ C520 - parametry
Tablica 3.2. Parametry charakterystyczne układu C520D (warunki pracy zgodne z tabl.3.1)
Parametr
Ozna
czeni
e
Min
Typo
wy
Max
Uwagi
Dokładność
-
-
0.05
0.1
w % wart.
odczytanej
1 cyfra
Współczynnik
temperaturowy:
-zera
-współczynnika
konwersji
-
25V/K
60pp
m/K
-
=900mV
Współczynnik
tłumienia
-sygnału
sumacyjnego
-napięcia
zasilającego
CMR
R
PSRR
-
48dB
65dB
-
=5V
Prąd
wejściowy
(wejścia HI, LO)
I
i
-
110A
-
P1=50k
Prąd zasilania
I
s
-
9mA
20m
A
=5V
Wyjścia cyfrowe:
-napięcie w stanie
niskim
-prąd w stanie
niskim
-prąd w stanie
wysokim
U
OL
I
OL
I
OH
1.6
mA
150m
V
3.2mA
400m
V
200A
I
OL
=1,6m
A
U
OL
=400
mV
Pomiar:
-normalny
-szybki
-
-
2
48
4
96
7
168
przetworz
eń na
sekundę
TK
NP
TK
END
Przetwornik ICL7106, 7
Przetwornik ICL7106, 7
Struktura wewnętrzna układu ICL 7107 (część analogowa)
Metoda podwójnego
całkowania
Metoda podwójnego
całkowania
Rys.3.20. Metoda podwójnego całkowania - przebiegi czasowe
Struktura wewnętrzna układu ICL 7107
Struktura wewnętrzna układu ICL 7107
Rys.3.22. Struktura wewnętrzna układu ICL 7107 (część cyfrowa)
Parametry
przetwornika
Jed
no
stk
a
Min Typ
M
ax
Uwagi
Zakres przetwarzania
mV
199.
9
19
99
maks.
wskazanie:
1999
jednostek
Czas przetwarzania
ms
80
T=20ms
Błąd liniowości
LS
B
-1
±0.
2
+1
U=0,2V oraz
=2V
Wsółczynnik
tłumienia sygnałów
wspólnych CMRR
dB/
V/V
86/5
0
U=200mV
Szumy
(wartość
szczytowa)
V
15
U=0.2V
Prąd wejściowy
pA
1
10
U=0V
Współczynnik
cieplny
zmian
napięcia
przesunięcia zera
0.2
1
Współczynnik
cieplny nachylenia
charakterystyki
przetwarzania
1
5
0
70
o
A
o
C T
C
0
70
o
A
o
C T
C
Parametry
przetwornika
Jed
no
stk
a
Min Typ
M
ax
Uwagi
Wewnętrzne
napięcie odniesienia
V
2.4
2.8
3.2 R1=25k
Zmiany
temperaturowe
wewnętrznego nap.
odniesienia
80
R1=25k
Niestabilność
zasileniowa wewn.
nap. odniesienia
0.00
1
Prąd
sterujący
segmenty
wyświetlacza LED
mA
5
8
U=5V
nap.segmentu
U=3V
Prąd
sterujący
segment "jedynki"
mA
10
16
U=5V
nap.segmentu
U=3V
Prąd zasilania
mA
0.8
1.8
0
70
o
A
o
C T
C
0
70
o
A
o
C T
C
Schemat prostego woltomierza
cyfrowego
Schemat prostego woltomierza
cyfrowego
.3.23. Schemat prostego woltomierza cyfrowego o zakresie: -200...200mV
Oscyloskop
Oscyloskop
Pasmo analogowe: 100, 300 lub 500 MHz
Maksymalna częstość próbkowania:do 5 GS/s
Ilość kanałó: 2 lub 4 rejestrujące oraz kanał wyzwalania zewnętrznego
WaveAlert™ - automatyczne wykrywanie i reakcja przyrządu na anomalie sygnału
Wbudowana stacja dysków (1,44MB/3.5’’) z zapisem rejestrowanych sygnałów, nastaw i zrzutów ekranu
Standardowo montowane złącze CENTRONIX umożliwiające bezpośredni wydruk zobrazowania
Rozdzielczość w amplitudzie: 9 bitów
QuickMenu- wywoływany przez użytkownika uproszczony tryb obsługi oscyloskopu
Rozbudowany system wyzwalania oraz transformata FFT standardowo we wszystkich modelach
Wyzwalanie sygnałem wizyjnym TV, HDTV, SDI (opcja )
Maski telekomunikacyjne (opcja)
Zaawansowana analiza matematyczna (opcja)
Test parametrów granicznych sygnału (opcja)
Możliwość pełnej współpracy z sondami aktywnymi, różnicowymi i prądowymi
e*Scope – standardowo montowany interfejs LAN umożliwiający pracę z oscyloskopem przez przeglądarkę
internetową
Interfejsy komunikacyjne RS-232 i GPIB oraz złącze VGA (opcja)
Oscyloskop przystosowany do sterowania głosowego oprogramowaniem VocalLink™ (opcja)
Zasilanie bateryjne (opcja)
Oscyloskopy cyfrowe TDS1000 /
TDS2000
Oscyloskopy cyfrowe TDS1000 /
TDS2000
Pasma: 60MHz, 100MHz i
200MHz
Próbkowanie: do 2GS/s
Ilość kanałów: 2 lub 4
Wyświetlacz: LCD -
monochromatyczny lub
kolorowy
AUTOSET MENU
PROBE CHECK WIZARD
Pomoc kontekstowa
Podwójna podstawa czasu
Zaawansowane wyzwalanie
11 automatycznych pomiarów
FFT standardowo we
wszystkich modelach
Pamięć przebiegów i nastaw
Oscyloskop - pomiar
Oscyloskop - pomiar
Dane techniczne
Oscyloskop
Pionowo:
Częstotliwość/odpowiedź
-3dB DC do > 50MHz
AC sprzęgnięty < 10Hz bezpośrednio
< 1Hz z sondą 10:1
Czas podnoszenia < 7ns
Czułość 1 mV do 100 V/ dz.
Tryby kanał A, B, A odwrócony, B odwrócony
A+B, A-B lub A=y & B=x
Wejściowa impedancja 1M, 25pF bezpośrednio
10 M z sondą 10:1
Rozkład 8 Bit/D przetwornica
Dokładność ± (2% + 1 pixel)
Poziomo :
Tryby Powrotny
Pojedynczy strzał
Zwojowy
Ustawienia:
Powrotny 10ns do 5s/dz.
Kanał podwójny zmienny
10ns do 20ms/dz.
Kanał podwójny odcinający 50ms do 5s/dz.
Pojedynczy strzał
100ns do 5s/dz.
Kanał podwójny zmienny
100ns do 20ms/dz.
Kanał podwójny odcinający 50ms do 5s/dz.
Kanał zwojowy podwójny odcinający 10s do 60s/dz.
Dokładność
±(0.1%+1pixel)
Długość zapisu
256 lub 512 próbki (pixele) na 10 lub 20 działek
Spust:
Źródła
kanał A, B lub zewnętrzne
Czułość
Kanał A lub B
<0.5 działki dla 10MHz
<1.5 działki dla 60MHz
<4 działki dla 100MHz
Zewnętrzne
+0.2 V lub +2 V poziomy (TTL zgodny)
Wejściowa impedancja 1MOhm, 25pF bezpośrednio
10MOhm z sondą 10:1
3.21 Pomiary sygnałów
niesinusoidalnych
3.21 Pomiary sygnałów
niesinusoidalnych
1
0
0
1
0
0
0
0
2
1
2
1
n
n
n
n
n
n
AM
]
t
)
n
cos[(
U
m
]
t
)
n
cos[(
U
m
)
t
cos(
U
)
t
(
u
Sygnał zmodulowany amplitudowo sygnałem wielotonowym
a0, an , bn, Fn - współczynniki Fouriera 0 i n-tej harmonicznej
w0 - częstotliwość podstawowa (sygnał modulowany)
W - częstotliwość sygnału modulującego
(t)- przesunięcie fazy sygnału modulującego do sygnału modulowanego dla czasu t
3
0
2
0
0
A.
0
-
0
0
+
0
0
B.
C.
1 3 5 7 9
Rys. 3.24. Widmo sygnału zakłóconego: A. sygnał podstawowy zakłócony, B. sygnał podstawowy i sygnał modulujący są zakłócone
Współczynnik kształtu i szczytu
Współczynnik kształtu i szczytu
sr
k
U
U
k
(3.37)
V
śr
V
TRUrms
Rys.3.25. Układ do pomiaru współczynnika kształtu
Współczynnik kształtu
Współczynnik szczytu
U
U
k
m
s
(3.39)
V
m
V
TRUrms
Rys.3.26. Układ do pomiaru współczynnika szczytu
Współczynnik zniekształceń nieliniowych
U
U
U
U
U
k
n
2
2
4
2
3
2
2
...
filtr środkowo
zaporowy
składowej
podstawowej
woltomierz
wartości
skutecznej
1
2
Rys.3.27. Metoda pomiaru współczynnika zniekształceń nieliniowych
(3.41)
Automatyczny miernik zniekształceń
nieliniowych
Automatyczny miernik zniekształceń
nieliniowych
+
-
DS
dzielni
k
2
DS
f
WOLT.
TRUE
RMS
ukł ad
przeł ą czan
ia
zakresów
Miernik
czę stotliwo
ś ci
Rys.3.28. Schemat blokowy automatycznego miernika zniekształceń nieliniowych
Półautomatyczny miernik zniekształceń nieliniowych PMZ-11
Półautomatyczny miernik zniekształceń
nieliniowych PMZ-11 Zadanie 1
Pytania:
Pytania:
Pytania:
Przetwornik C520D
Przetwornik ICL 7107
Sposoby opisu właściwości sygnału.
Metoda opisu sygnału szeregiem Fouriera.
Definicja współczynnika kształtu.
Definicja współczynnika szczytu.
Definicja współczynnika zniekształceń nieliniowych.
Sposób pomiaru współczynnika kształtu.
Sposób pomiaru współczynnika szczytu.
Sposób pomiaru współczynnika zniekształceń nieliniowych.
Literatura:
[1]. P.D. Sydenham, Podręcznik metrologii, WKŁ Warszawa 1990r.
[2]. A. Rylski, Sensory i przetworniki wielkości nieelektrycznych, zadania, skrypt Politechniki Rzeszowskiej 1994r.
[3]. A. Rylski, Ocena przetworników pomiarowych w procesie ich uwierzytelniania, materiały IV Międzynarodowego Seminarium
Metrologów Rzeszów 1997r.
[4] S. Michalak, Współpraca specjalizowanych przetworników a/c z mikroprocesorowym
systemem pomiarowym. ZN WSI nr 203, Opole 1994, s. 67-70.
[5]. W.David Gregg, Podstawy telekomunikacji analogowej i cyfrowej WNT Warszawa str 88
[6]. Instrukcja obsługi miernika PMZ11,
[7]. S.I.Baskakow, Sygnały i układy radiotechniczne, PWN Warszawa 1991r
Document Outline