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 & 200A

 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