Mérés és adatgyűjtés 4. óra - levelező Mingesz Róbert Szegedi Tudományegyetem 2011. március 18. MA lev - 4. óra Verzió: 1.3 Utolsó frissítés: 2011. május 15. 1/51
Tartalom I 1 A/D konverterek alkalmazása 2 Elektromos mennyiségek mérése MA lev - 4. óra 2/51
Feszültség mérése Párhuzamosan kötjük az áramkörbe (az áramkört nem kell megszakítani) Ideális feszültségmérő nem vezet, R = Reális feszültségmérő: véges belső ellenállás (R M ) R 2 U R 1 V U 1 R M V U 1 MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 3/51
Műszer belső ellenállása U R b R M V U M Belső ellenállás hatása: U M = I R M = U R b + R M R M MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 4/51
Műszer belső ellenállása V CC R M = R 2 + R 1 R 3 R 1 + R 3 R 3 R 1 U null = V CC R 1 + R 3 R 2 R 1 V U M Bemenő impedancia megadási formái: Bemenő ellenállás (NI USB-6008: 144 kω ) Szivárgó áram U = R B I In MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 5/51
Áramerősség mérése Sorosan kötjük az áramkörbe (az áramkört meg kell megszakítani) Ideális áramerősség-mérő jól vezet, R = 0 Reális áramerősség-mérő: véges belső ellenállás (R M ) U A I R R M A MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 6/51
A/D bemenet meghajtása Bemenet impedanciájának növelése Előerősítés Mintavételi szűrés Csatorna kiválasztása (multiplexelés) Feszültség átskálázása A/D bemenet meghajtása MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 7/51
Jel átskálázása MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 8/51
Jel átskálázása MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 9/51
Műszer erősítő Differenciális, nagy impedanciás bemenet ( V out = 1 + 2R ) 1 R3 (V 2 V 1 ) R gain R 2 MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 10/51
Túlfeszültség védelem MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 11/51
D/A kimenet bufferelése MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 12/51
Referencia feszültség MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 13/51
Referencia feszültség tulajdonságai Névleges feszültség Pontosság Fizikai zaj Drift MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 14/51
Referencia feszültség MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 15/51
Referencia feszültség MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 16/51
Analóg Kapcsolók Jellemző paraméterek Zárt (vezető) állapotban az ellenállás Nyitott állapotban az ellenállás, áthallás Működési feszültség MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 17/51
Analóg Multiplexer Több csatorna mérése egy A/D konverterrel Minden váltás után várakozni kell, míg a többi fokozat beáll a kívánt értékre MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 18/51
Mintavételi szűrő MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 19/51
Példák mintavételi szűrőkre MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 20/51
Földelés MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 21/51
Földelés MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 22/51
Földelés MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 23/51
Tápfeszültség zavarszűrés MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 24/51
Árnyékolás Zavarjelek beszűrődése: Kapacitív Ohmikus Induktív MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 25/51
Árnyékolás Mágneses árnyékolás Földelt árnyékolás Védő árnyékolás Sodrott érpár MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 26/51
Árnyékolás MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 27/51
Digitális interfész Párhuzamos Soros (I2C, SPI, UART...) TTL CMOS (Tápfeszültségfüggő) LVDS (Differenciális) MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 28/51
Logikai jelek galvanikus leválasztása MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 29/51
Logikai jelek galvanikus leválasztása MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 30/51
Logikai jelek galvanikus leválasztása MA lev - 4. óra A/D konverterek alkalmazása 31/51
A váltakozó jel paraméterei Egyszerű középérték (I k, Mean value): átvitt töltésmennyiség I k = 1 T T 0 I(t) dt Alkalmazás: kondenzátor töltése, elektrolízis Effektív középérték (I eff, RMS): hőhatás Annak az egyenáramnak az erőssége, amely T periódusidő alatt ugyanazon az R ellenállású fogyasztón ugyanakkora munkát végez. I eff = 1 T T 0 I(t) 2 dt MA lev - 4. óra Elektromos mennyiségek mérése 32/51
A váltakozó jel paraméterei Csúcsérték (I P, Peak value) Szinuszos jel esetén az amplitúdóval egyezik meg Zaj esetén tipikusan 3σ Csúcstól csúcsig amplitúdó (I P P, Peak to peak value) Abszolút középérték (Average value) I a = 1 T T 0 I(t) dt MA lev - 4. óra Elektromos mennyiségek mérése 33/51
A váltakozó jel paraméterei U U Egenirányított U Eff U Abszolút közép T U Közép t MA lev - 4. óra Elektromos mennyiségek mérése 34/51
Korrekciós tényezők MA lev - 4. óra Elektromos mennyiségek mérése 35/51
Aktív egyenirányítás Ha v in < 0 v out = v in, v a = v out + 0,6V, D 2 vezet Ha v in > 0 v out = 0, v a = 0,6V, D 1 vezet Megjegyzés: a kimenet csak korlátozottan terhelhető MA lev - 4. óra Elektromos mennyiségek mérése 36/51
Aktív egyenirányítás Ha V in > 0 V < 0, D 1 vezet, D 2 nem, V 1 = 0 V O = (R/R 1 )V in Ha V in < 0 V > 0, D 2 vezet, D 1 nem, V 2 = V 1 = V V in + V R 1 R + V 2R = 0 V = 2 R V in 3 R 1 V O = IR + V = V 2R R + v = 2 2 V = R R 1 V in MA lev - 4. óra Elektromos mennyiségek mérése 37/51
Csúcsérték detektor U be 1 D 2 U ki Reset C MA lev - 4. óra Elektromos mennyiségek mérése 38/51
RMS (U eff ) Termikus konverterek Analóg szorzók Digitalizált jelek feldolgozása Integrált áramkörök (pl: AD8361) MA lev - 4. óra Elektromos mennyiségek mérése 39/51
Áramerősség mérése I I R R V U U ki Áramerősség-feszültség konverzió I = U/R További lehetőségek: mágneses tér érzékelése, hőhatás MA lev - 4. óra Elektromos mennyiségek mérése 40/51
A váltakozó áram teljesítménye A pillanatnyi teljesítmény: P(t) = U(t) I(t) MA lev - 4. óra Elektromos mennyiségek mérése 41/51
A váltakozó áram teljesítménye A fogyasztó által felvett teljesítmény folyamatosan változik Hatásos teljesítmény (átlagos teljesítmény): P = U eff I eff cosϕ cosϕ: teljesítménytényező (ideális esetben = 1) Meddő teljesítmény: a fogyasztó és az erőmű között ingázik. (Szállítása veszteséget termel) P m = U eff I eff sinϕ MA lev - 4. óra Elektromos mennyiségek mérése 42/51
Teljesítmény mérése MA lev - 4. óra Elektromos mennyiségek mérése 43/51
Frekvencia mérése Analóg frekvenciamérő (frekvencia-feszültség konverzió) bemenet jelkondicionálás rögzített idejű impulzusok átlagolás Számláláson alapuló frekvenciamérő bemenet jelkondicionálás impulzusok időegység alatt érkező impulzusok megszámlálása MA lev - 4. óra Elektromos mennyiségek mérése 44/51
Fázisszög mérése Fáziskülönbség időkülönbség mérése Fáziskülönbség kitöltési tényező U t MA lev - 4. óra Elektromos mennyiségek mérése 45/51
Ellenállás mérése U A I U R 1 R x V U R x V U R x = U I R x U x = U R x + R 1 U x R x = R 1 U U x MA lev - 4. óra Elektromos mennyiségek mérése 46/51
Ellenállás mérése áramgenerátorral Előny: a mért feszültség egyenesen arányos az ellenállással A vezetékek ellenállása hibát okoz U ref R ref R x U ki R x = R ref Uki U ref MA lev - 4. óra Elektromos mennyiségek mérése 47/51
Wheatstone-híd R 1 A R 3 D V G B R 2 C R x Egyensúlyban: V G = 0 R x = R 3 R 2 R 1 Általában: ( R x V G = R ) 2 R 3 + R x R 1 + R 2 MA lev - 4. óra Elektromos mennyiségek mérése 48/51
Négypontos ellenállásmérés Cél: vezetékek ellenállásának kiküszöbölése További alkalmazás: fajlagos ellenállás mérése MA lev - 4. óra Elektromos mennyiségek mérése 49/51
Hatpontos ellenállásmérés Ha az ellenállás egy áramkörben van: a többi ellenállás hatásának kiküszöbölése MA lev - 4. óra Elektromos mennyiségek mérése 50/51
Impedanciamérés Lineáris passzív hálózat: ellenállások, kondenzátorok, induktivitások Gerjesztés: váltakozó feszültség (általában szinuszos) Az impedancia általában frekvenciafüggő Im X ~ Z Z ~ θ R Re MA lev - 4. óra Elektromos mennyiségek mérése 51/51