Układy elektroniczne i technika pomiarowa/Moduł 11: Różnice pomiędzy wersjami
Z Studia Informatyczne
Przejdź do nawigacjiPrzejdź do wyszukiwania
Nie podano opisu zmian |
|||
| Linia 21: | Linia 21: | ||
{| border="0" cellpadding="5" width="100%" | {| border="0" cellpadding="5" width="100%" | ||
|valign="top" width="500px"|[[Grafika:UETP_M11_Slajd02.png]] | |valign="top" width="500px"|[[Grafika:UETP_M11_Slajd02.png]] | ||
|valign="top"| | |valign="top"| | ||
|} | |} | ||
| Linia 28: | Linia 28: | ||
{| border="0" cellpadding="5" width="100%" | {| border="0" cellpadding="5" width="100%" | ||
|valign="top" width="500px"|[[Grafika:UETP_M11_Slajd03.png]] | |valign="top" width="500px"|[[Grafika:UETP_M11_Slajd03.png]] | ||
|valign="top"| | |valign="top"|Nawet najprostszy multimetr oferuje możliwość pomiaru: napięcia stałego i zmiennego, prądu stałego i zmiennego, rezystancji, częstotliwości, a często również pojemności i okresu. Takie sformułowanie funkcji pomiarowych stanowią pewne uproszczenie. Zauważmy, że ustawienie przełącznika wyboru funkcji na pozycję DC oznacza w praktyce pomiar wartości średniej napięcia w określonym czasie, a pozycja AC oznacza pomiar wartości skutecznej napięcia przemiennego. Inna sprawa na ile jest to pomiar prawidłowy i dokładny. | ||
|} | |} | ||
| Linia 35: | Linia 35: | ||
{| border="0" cellpadding="5" width="100%" | {| border="0" cellpadding="5" width="100%" | ||
|valign="top" width="500px"|[[Grafika:UETP_M11_Slajd04.png]] | |valign="top" width="500px"|[[Grafika:UETP_M11_Slajd04.png]] | ||
|valign="top"| | |valign="top"|Funkcjonalność multimetru przejawia się w automatyzacji obsługi i rejestracji wyników (automatyczna zmiana zakresów pomiarowych, zapamiętywanie wyników w pamięci multimetru z możliwością transferu do komputera), dostępności wykonywania operacji arytmetycznych (skalowanie wyników, obliczenia statystyczne), identyfikacji właściwości obwodów elektrycznych (testy ciągłości połączeń i przewodzenia złącz półprzewodnikowych). | ||
|} | |} | ||
| Linia 42: | Linia 42: | ||
{| border="0" cellpadding="5" width="100%" | {| border="0" cellpadding="5" width="100%" | ||
|valign="top" width="450px"|[[Grafika:UETP_M11_Slajd05.png]] | |valign="top" width="450px"|[[Grafika:UETP_M11_Slajd05.png]] | ||
|valign="top"| | |valign="top"|Struktura multimetru nie różni się znacząco od podstawowej struktury toru pomiarowego i obejmuje blok kondycjonowania sygnałów (przetwarzania analogowego), przetwarzanie analogowo-cyfrowe, układy wyjściowe sterujące pracą wyświetlaczy i interfejsów komunikacyjnych. Multimetr musi być wyposażony w przełącznik funkcji w postaci pokrętła na płycie czołowej (multimetry przenośne) lub przycisków (multimetry laboratoryjne). Charakterystycznym elementem praktycznie każdego współczesnego przyrządu pomiarowego jest układ sterujący (mikroprocesor). Zastosowanie mikroprocesorów w wewnętrznej strukturze multimetru umożliwiło przeprowadzanie obliczeń na wynikach pomiarów, automatyzację obsługi, pracę systemową itp. Spektakularnym efektem wykorzystania mikroprocesorów jest poprawa właściwości metrologicznych przyrządu. Odbywa to się na etapie kalibracji torów pomiarowych i polega na wprowadzeniu współczynników korygujących numerycznie wyniki pomiarów zgodnie z aktualnymi charakterystykami przetworników wejściowych. Taka automatyczna kalibracja zapobiega konieczności demontażu przyrządu i ręcznego dostrajania układów elektronicznych. | ||
|} | |} | ||
| Linia 49: | Linia 49: | ||
{| border="0" cellpadding="5" width="100%" | {| border="0" cellpadding="5" width="100%" | ||
|valign="top" width="500px"|[[Grafika:UETP_M11_Slajd06.png]] | |valign="top" width="500px"|[[Grafika:UETP_M11_Slajd06.png]] | ||
|valign="top"| | |valign="top"|Ze względu na to, że przetwornik a/c przetwarza napięcie stałe (ściśle wartość średnią napięcia w czasie integracji), każda wielkość mierzona musi zostać poddana kondycjonowaniu, tj. takiemu przetwarzaniu wstępnemu, by przetwornik analogowo-cyfrowy otrzymał na wejściu odpowiedni rodzaj i poziom sygnału (np. napięcie stałe z zakresu od 0 do10V). Wszystkie mierzone wielkości i funkcje pomiarowe są sprowadzone w efekcie do pomiaru napięcia stałego. | ||
Na rysunku symbolicznie zaznaczono dzielnik/wzmacniacz sygnału, przetwarzani R,I -> U oraz konwersję AC -> DC. | |||
|} | |} | ||
| Linia 55: | Linia 57: | ||
{| border="0" cellpadding="5" width="100%" | {| border="0" cellpadding="5" width="100%" | ||
|valign="top" width="500px"|[[Grafika:UETP_M11_Slajd07.png]] | |valign="top" width="500px"|[[Grafika:UETP_M11_Slajd07.png]] | ||
|valign="top"| | |valign="top"|Na rysunku pokazano klasyczny układ dzielnika i wzmacniacza wejściowego stosowany w multimetrach przy pomiarze napięcia stałego. Układ wzmacniacza powinien zapewniać poziom napięcia na wejściu przetwornika a/c odpowiadający w przybliżeniu pełnemu zakresowi przetwarzania. | ||
Wartości rezystancji dzielnika są tak dobrane, że rezystancja wejściowa multimetru wynosi 10MW (na zakresach napięciowych > 1V). Na mniejszych zakresach sygnał wejściowy jest podawany bezpośrednio na wejście wzmacniacza i rezystancja wejściowa jest większa od 10GW. Przy tak dużych rezystancjach wejściowych multimetr praktycznie nie wpływa na stan badanego obwodu. Niestety w prostych multimetrach przenośnych rezystancja wejściowa nie jest tak duża i multimetr pobiera pewien prąd z obwodu kontrolowanego. | |||
|} | |} | ||
| Linia 62: | Linia 66: | ||
{| border="0" cellpadding="5" width="100%" | {| border="0" cellpadding="5" width="100%" | ||
|valign="top" width="500px"|[[Grafika:UETP_M11_Slajd08.png]] | |valign="top" width="500px"|[[Grafika:UETP_M11_Slajd08.png]] | ||
|valign="top"| | |valign="top"|Istotnym elementem wpływającym na właściwości metrologiczne multimetru jest przetwornik napięcia zmiennego na napięcie stałe. Przy pomiarach sygnałów przemiennych wynik pomiaru zawsze reprezentuje wartość skuteczną sygnału. W multimetrach starszego typu lub w bardzo prostych przyrządach były stosowane przetworniki wartości średniej (wyprostowanej !) sygnału wejściowego, a wartość skuteczna była wyznaczana przez przeskalowanie sygnału o wartość współczynnika kształtu (stosunek wartości skutecznej do średniej) (1). | ||
Przy pomiarach przebiegów różnych od sinusoidy taka technika wprowadza błąd, który w przypadku przebiegu prostokątnego wynosi 11% (dla tego przebiegu wartość średnia wyprostowana jest równa wartości skutecznej). W tabeli zamieszczono przykłady kilku przebiegów i efekt pomiaru wartości skutecznej różnymi multimetrami. | |||
W najdokładniejszych przetwornikach wartości skutecznej są wykorzystywane zjawiska cieplne prądu elektrycznego, przy czym należy nadmienić, że otrzymanie dużej dokładności przetwarzania wiąże się ze znaczną komplikacją układu przetwornika. Multimetry z takimi przetwornikami są produkowane w niewielkich ilościach i są bardzo kosztowne. Ogniwem pośrednim pomiędzy dokładnymi przetwornikami termoelektrycznymi a przetwornikami wartości średniej są monolityczne układy wzmacniaczy operacyjnych realizujące definicyjne wyznaczanie wartości skutecznej drogą operacji matematycznych na przetwarzanym sygnale analogowym. Stałonapięciowy sygnał wyjściowy takich przetworników jest proporcjonalny do wartości skutecznej sygnału wejściowego w dość dużym przedziale odkształceń od sinusoidy, charakteryzowanym zwykle za pomocą współczynnika szczytu (ang. crest factor), tj. odniesienia wartości szczytowej do wartości skutecznej. Większość współczesnych multimetrów jest wyposażona w operacyjne przetworniki wartości skutecznej i wynik pomiaru reprezentuje prawdziwą wartość skuteczną badanego sygnału. Taka właściwość multimetrów jest oznaczana na płycie czołowej przyrządu (lub wyraźnie zaznaczana w dokumentacji) jako TrueRMS. | |||
Określenie TrueRMS nie ma związku z rodzajem sprzężenia na wejściu, tzn. eliminacją składowej stałej. Większość współczesnych multimetrów laboratoryjnych mierzy prawidłowo wartość skuteczną tylko składowej przemiennej sygnału wejściowego. Wyznaczenie wartości skutecznej przebiegu zmiennego ze składową stałą wymaga, przy stosowaniu takiego multimetru, wykonania niezależnie dwóch pomiarów i obliczenia wyniku z zależności (2) | |||
Powyższe uwagi są bardzo ważne ze względu na niestety pojawiającą się w literaturze (i Internecie) błędną interpretacje określeń RMS i TrueRMS. Określenie RMS dotyczy sygnału – to jest po prostu definicyjne wyrażenie wartości skutecznej – Root Mean Square, natomiast określenie TrueRMS dotyczy właściwości przyrządu pomiarowego. | |||
|} | |} | ||
Wersja z 18:32, 28 wrz 2006
wersja beta
UKŁADY ELEKTRONICZNE I TECHNIKA POMIAROWA
Moduł 11 - Pomiary wielkości elektrycznych
|
|
|
|
Nawet najprostszy multimetr oferuje możliwość pomiaru: napięcia stałego i zmiennego, prądu stałego i zmiennego, rezystancji, częstotliwości, a często również pojemności i okresu. Takie sformułowanie funkcji pomiarowych stanowią pewne uproszczenie. Zauważmy, że ustawienie przełącznika wyboru funkcji na pozycję DC oznacza w praktyce pomiar wartości średniej napięcia w określonym czasie, a pozycja AC oznacza pomiar wartości skutecznej napięcia przemiennego. Inna sprawa na ile jest to pomiar prawidłowy i dokładny. |
|
Funkcjonalność multimetru przejawia się w automatyzacji obsługi i rejestracji wyników (automatyczna zmiana zakresów pomiarowych, zapamiętywanie wyników w pamięci multimetru z możliwością transferu do komputera), dostępności wykonywania operacji arytmetycznych (skalowanie wyników, obliczenia statystyczne), identyfikacji właściwości obwodów elektrycznych (testy ciągłości połączeń i przewodzenia złącz półprzewodnikowych). |
|
Struktura multimetru nie różni się znacząco od podstawowej struktury toru pomiarowego i obejmuje blok kondycjonowania sygnałów (przetwarzania analogowego), przetwarzanie analogowo-cyfrowe, układy wyjściowe sterujące pracą wyświetlaczy i interfejsów komunikacyjnych. Multimetr musi być wyposażony w przełącznik funkcji w postaci pokrętła na płycie czołowej (multimetry przenośne) lub przycisków (multimetry laboratoryjne). Charakterystycznym elementem praktycznie każdego współczesnego przyrządu pomiarowego jest układ sterujący (mikroprocesor). Zastosowanie mikroprocesorów w wewnętrznej strukturze multimetru umożliwiło przeprowadzanie obliczeń na wynikach pomiarów, automatyzację obsługi, pracę systemową itp. Spektakularnym efektem wykorzystania mikroprocesorów jest poprawa właściwości metrologicznych przyrządu. Odbywa to się na etapie kalibracji torów pomiarowych i polega na wprowadzeniu współczynników korygujących numerycznie wyniki pomiarów zgodnie z aktualnymi charakterystykami przetworników wejściowych. Taka automatyczna kalibracja zapobiega konieczności demontażu przyrządu i ręcznego dostrajania układów elektronicznych. |
|
Ze względu na to, że przetwornik a/c przetwarza napięcie stałe (ściśle wartość średnią napięcia w czasie integracji), każda wielkość mierzona musi zostać poddana kondycjonowaniu, tj. takiemu przetwarzaniu wstępnemu, by przetwornik analogowo-cyfrowy otrzymał na wejściu odpowiedni rodzaj i poziom sygnału (np. napięcie stałe z zakresu od 0 do10V). Wszystkie mierzone wielkości i funkcje pomiarowe są sprowadzone w efekcie do pomiaru napięcia stałego.
Na rysunku symbolicznie zaznaczono dzielnik/wzmacniacz sygnału, przetwarzani R,I -> U oraz konwersję AC -> DC. |
|
Na rysunku pokazano klasyczny układ dzielnika i wzmacniacza wejściowego stosowany w multimetrach przy pomiarze napięcia stałego. Układ wzmacniacza powinien zapewniać poziom napięcia na wejściu przetwornika a/c odpowiadający w przybliżeniu pełnemu zakresowi przetwarzania.
Wartości rezystancji dzielnika są tak dobrane, że rezystancja wejściowa multimetru wynosi 10MW (na zakresach napięciowych > 1V). Na mniejszych zakresach sygnał wejściowy jest podawany bezpośrednio na wejście wzmacniacza i rezystancja wejściowa jest większa od 10GW. Przy tak dużych rezystancjach wejściowych multimetr praktycznie nie wpływa na stan badanego obwodu. Niestety w prostych multimetrach przenośnych rezystancja wejściowa nie jest tak duża i multimetr pobiera pewien prąd z obwodu kontrolowanego.
|
|
Istotnym elementem wpływającym na właściwości metrologiczne multimetru jest przetwornik napięcia zmiennego na napięcie stałe. Przy pomiarach sygnałów przemiennych wynik pomiaru zawsze reprezentuje wartość skuteczną sygnału. W multimetrach starszego typu lub w bardzo prostych przyrządach były stosowane przetworniki wartości średniej (wyprostowanej !) sygnału wejściowego, a wartość skuteczna była wyznaczana przez przeskalowanie sygnału o wartość współczynnika kształtu (stosunek wartości skutecznej do średniej) (1).
Przy pomiarach przebiegów różnych od sinusoidy taka technika wprowadza błąd, który w przypadku przebiegu prostokątnego wynosi 11% (dla tego przebiegu wartość średnia wyprostowana jest równa wartości skutecznej). W tabeli zamieszczono przykłady kilku przebiegów i efekt pomiaru wartości skutecznej różnymi multimetrami. W najdokładniejszych przetwornikach wartości skutecznej są wykorzystywane zjawiska cieplne prądu elektrycznego, przy czym należy nadmienić, że otrzymanie dużej dokładności przetwarzania wiąże się ze znaczną komplikacją układu przetwornika. Multimetry z takimi przetwornikami są produkowane w niewielkich ilościach i są bardzo kosztowne. Ogniwem pośrednim pomiędzy dokładnymi przetwornikami termoelektrycznymi a przetwornikami wartości średniej są monolityczne układy wzmacniaczy operacyjnych realizujące definicyjne wyznaczanie wartości skutecznej drogą operacji matematycznych na przetwarzanym sygnale analogowym. Stałonapięciowy sygnał wyjściowy takich przetworników jest proporcjonalny do wartości skutecznej sygnału wejściowego w dość dużym przedziale odkształceń od sinusoidy, charakteryzowanym zwykle za pomocą współczynnika szczytu (ang. crest factor), tj. odniesienia wartości szczytowej do wartości skutecznej. Większość współczesnych multimetrów jest wyposażona w operacyjne przetworniki wartości skutecznej i wynik pomiaru reprezentuje prawdziwą wartość skuteczną badanego sygnału. Taka właściwość multimetrów jest oznaczana na płycie czołowej przyrządu (lub wyraźnie zaznaczana w dokumentacji) jako TrueRMS. Określenie TrueRMS nie ma związku z rodzajem sprzężenia na wejściu, tzn. eliminacją składowej stałej. Większość współczesnych multimetrów laboratoryjnych mierzy prawidłowo wartość skuteczną tylko składowej przemiennej sygnału wejściowego. Wyznaczenie wartości skutecznej przebiegu zmiennego ze składową stałą wymaga, przy stosowaniu takiego multimetru, wykonania niezależnie dwóch pomiarów i obliczenia wyniku z zależności (2) Powyższe uwagi są bardzo ważne ze względu na niestety pojawiającą się w literaturze (i Internecie) błędną interpretacje określeń RMS i TrueRMS. Określenie RMS dotyczy sygnału – to jest po prostu definicyjne wyrażenie wartości skutecznej – Root Mean Square, natomiast określenie TrueRMS dotyczy właściwości przyrządu pomiarowego. |
| Plik:UETP M11 Slajd09.png |
|
|
|
|
|
| Plik:UETP M11 Slajd15.png |
|
| Plik:UETP M11 Slajd17.png |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| Plik:UETP M11 Slajd31.png |
|
|
|
|
|
|
|
| Plik:UETP M11 Slajd39.png |
| Plik:UETP M11 Slajd40.png |
