HAMEG System modułowy serii 8000

Transkrypt

1 HAMEG System modułowy serii 8000 Modułowy system serii 8000 firmy HAMEG od lat sprawdza się doskonale w różnorodnych zastosowaniach. O korzyściach wynikających z modułowej budowy tego systemu świadczy liczba sprzedanych kilkuset tysięcy modułów. Niezrównany stosunek ceny do możliwości tego systemu oraz jego niezwykła elastyczność pozwala użytkownikowi łatwo, szybko i tanio skonfigurować go dostosowując system do stale zmieniających się wymagań. Można też zaoszczędzić sporo miejsca stawiając kilka przyrządów tego typu jeden na drugim (maksymalnie 5). W ten sposób można zminimalizować miejsce dla dziesięciu przyrządów. Wykorzystanie wnętrza pustego modułu HM800 może zaprojektować sam użytkownik, a tak powstały przyrząd zintegrować z pozostałymi przyrządami pomiarowymi systemu. Potrzebne napięcia zasilania są dostępne z ramy głównej. 1

2 System modułowy serii 8000 Przeznaczony przede wszystkim do szkół i centrów kształcenia modułowy system serii 8000 stanowi tanią i elastyczna alternatywę konwencjonalnych przyrządów pomiarowych. Ze względu na to, że rama główna HM umożliwia jednoczesną pracę dwóch modułów w dowolnej kombinacji, to bardzo często taka jednostka bazowa będzie wystarczająca dla potrzeb ucznia w laboratorium. Zależnie od wymogów konkretnych ćwiczeń można wydawać uczniom potrzebne moduły. Rama główna HM HM jest zasilaną z sieci ramą główną systemu modułowego serii 8000 firmy HA- MEG. W takiej jednej jednostce bazowej mogą pracować jednocześnie dwa moduły. Rama główna dostarcza do modułów osiem niezależnych i izolowanych galwanicznie napięć zasilania. Całkowita moc dostępna dla obu modułów wynosi 36 W. Wymagana moc potrzebna do zasilania jednego modułu jest mniejsza od 12 W. Moduł zasilania HM o mocy wyjściowej 25 W nie powinien pracować jednocześnie z modułem HM przy pełnym obciążeniu. Rama główna ma wewnętrzne zabezpieczenie termiczne i elektroniczne zabezpieczenie przed przeciążeniem. W opcjonalnej wersji ramy HO801 umieszczono na tylnej płycie cztery złącza BNC. Można je używać wraz z niektórymi modułami takimi jak: HM8018, HM i HM do doprowadzania sygnałów do tych modułów lub do ich wyprowadzania z nich. Mechaniczna stabilność poszczególnych modułów jest tak duża, że można ustawić jeden na drugim maksymalnie pięć takich jednostek. W górnej części pokrywy każdego modułu znajdują się gniazda do zasilania modułu znajdującego się wyżej. Ram nie należy przesuwać, można na nie stawiać inne urządzenia firmy HAMEG jak np. oscyloskopy. Przyrządy pomiarowe Programowany multimetr cyfrowy HM8012 powinien być standardowym wyposażeniem każdego laboratorium. Umożliwia on pomiar: napięć stałych do 600 V, przemiennych do 600 V, prądów od 500 µa do 10 A, rezystancji do 50 MΩ (z testem ciągłości obwodu), temperatury za pomocą czujnika Pt100 lub tylko wskazywanie poziomów. Z pewnością, dla multimetru HM8012 zawsze można znaleźć jakieś zastosowanie. Przyrząd ten wyświetla też prawdziwą wartość skuteczną sygnałów przemiennych (True RMS), a wynik pomiaru jest dokładny, gdy współczynnik szczytu sygnału nie przekracza 7. Analizując sygnały m.cz. wynik pomiaru można odczytać także bezpośrednio w decybelach. Funkcję offsetu można wykorzystać do kompensacji rezystancji przewodów pomiarowych lub do wskazywania wartości względnej. Oprogramowanie dostarczone wraz z przyrządem można wykorzystywać do sterowania nim lub do automatycznego zapisywania wyników pomiarów. Wyniki pomiarów są przedstawiane w formie liczbowej lub graficznej. Ponadto w dowolnym momencie można włączyć multimetr HM8012 w zautomatyzowany system pomiarowy. Podstawy teoretyczne techniki pomiarowej Stosowane skróty i jednostki W VA VAR v (t) v 2 (t) v V rms ^v I rms î ϕ cos ϕ PF Moc czynna P Moc pozorna S Moc bierna Q Napięcie, wartość aktualna Kwadrat napięcia Napięcie wyprostowane Napięcie skuteczne Wartość szczytowa napięcia Prąd skuteczny Wartość szczytowa prądu Kąt fazowy między V a I Współczynnik mocy ważny tylko dla sygnałów sinusidalnych Współczynnik mocy ogólnie dla sygnałów niesinusoidalnych. Średnia arytmetyczna Średnia arytmetyczna sygnału okresowego jest średnią liczoną za okres T tego sygnału. Jest ona równoważna składowej stałej. - Jeśli średnia arytmetyczna równa się zeru, to jest to czysty sygnał przemienny. 2

3 - Średnia sygnału stałego jest równa jego wartości chwilowej. - W przypadku sygnałów przemiennych zawierających składową stałą, średnia jest równa składowej stałej. Wartość wyprostowana Wartość wyprostowana jest średnią arytmetyczną wartości bezwzględnych liczoną za jeden okres. Wartości bezwzględne można wyprowadzić prostując sygnał. Aby móc stosować te same wzory do sygnałów przemiennych, tak jak stosuje się je do sygnałów stałych np. do obliczania rezystancji, mocy itd., definiuje się wartość skuteczną sygnału. Wartość skuteczna sygnału przemiennego wytwarza ten sam efekt (moc) jak sygnał stały o tej samej wielkości. Przykład: Jeśli zasilamy żarówkę sieciowym napięciem przemiennym o wartości skutecznej 230 V RMS, to wydzieli się w niej taka sama moc, jak gdyby była zasilana napięciem stałym o wartości 230 V DC. W przypadku sygnałów sinusoidalnych wartość skuteczna wynosi 1/ 2 [0,707] wartości szczytowej. Wartość skuteczna W przypadku przemiennego napięcia sinusoidalnego V(t) = ^v sin ωt, wyprostowana wartość wynosi 2/π [0,637] wartości szczytowej. Poniższy wzór przedstawia wyprostowaną wartość sygnału sinusoidalnego: Współczynnik kształtu Jeśli wartość wyprostowaną wymnoży się przez współczynnik kształtu sygnału, to wynik będzie wartością skuteczną tego sygnału jak następuje: Vrms v Wartość skuteczna Wartość wyprostowana Dla czystego sygnału wyprostowanego współczynnik kształtu wynosi: Wartość skuteczna Wartość średnia kwadratowa x2(t) sygnału jest równa wartości średniej kwadratu sygnału. Wartość skuteczna jest pierwiastkiem ze średniej kwadratowej i jest równa: 3

4 System modułowy serii 8000 Współczynnik szczytu Współczynnik szczytu definiuje się jako stosunek wartości szczytowej sygnału do jego wartości skutecznej. Jest to istotne, gdy mierzy się sygnały odkształcone: Dla czystego sygnału sinusoidalnego współczynnik szczytu wynosi 2 = 1,414. Jeśli przekroczy się wartość współczynnika szczytu wyspecyfikowanego dla danego przyrządu pomiarowego, to wyniki pomiaru mogą być obarczone błędem. Dokładność pomiaru wartości skutecznej oblicza się w zależności od współczynnika szczytu. Dokładność ta będzie mniejsza przy większym współczynniku szczytu mierzonego sygnału. Zwykle maksymalną, dopuszczalną wartość współczynnika szczytu podaje się względem wartości pełnozakresowej. Jeśli dany podzakres pomiarowy jest wykorzystywany tylko częściowo [np. 230 V na podzakresie 500 V], to współczynnik szczytu można powiększyć o stosunek wartości pełnozakresowej do części użytego podzakresu. Pomiary względny Pomiar względny polega na wyświetlaniu przez miernik różnicy między aktualnym wynikiem pomiaru, a wartością odniesienia. Jako pierwsze należy zmierzyć tę wartość odniesienia. Gdy pomiarów dokonuje się multimetrem HM8012, to wartość odniesienia wprowadza się do pamięci tego przyrządu naciskając przycisk hold/offset. Od tego momentu wartość odniesienia będzie automatycznie odejmowana od wyniku pomiaru. Wyświetlacz wskaże, zatem różnicę między wynikiem a zapisaną wartością odniesienia. Funkcję tę można też stosować przy pomiarze dwuprzewodowym do kompensowania rezystancji przewodów pomiarowych. Zmierzona wartość rezystancji R L jest zapisywana wtedy jako wartość odniesienia. Jeśli multimetr pracuje w trybie offsetu, to od tego momentu wartość odniesienia będzie odejmowana od każdego wyniku pomiaru rezystancji R m. Stąd będzie wyświetlana prawdziwa wartość rezystancji nieznanego rezystora: R m = R + R L + R L Testowanie diod i innych elementów półprzewodnikowych W trybie tym przyrząd będzie wymuszał przepływ prądu o stałej wartości. W przypadku HM8012 wynosi on 1 ma. Jeśli do przewodów pomiarowych multimetru dołączy się element półprzewodnikowy lub diodę i jeśli polaryzacja diody jest poprawna (dioda spolaryzowana w kierunku przewodzenia), to przyrząd wyświetli napięcie na diodzie przy prądzie 1 ma. Miernik RLC HM8018 ma uniwersalne zastosowanie. Wyposażono go nie tylko w standardowe funkcji pomiarowych L, C i R wyposażono go w funkcje pomiarowe kata fazowego, impedancji i stratności; przy dokładności bazowej 0,2%. Pomiar może być dokonywany w układzie zastępczym szeregowym lub równoległym. Można też wyświetlać wartość stosunku lub różnicy (offsetu). Przyrząd oblicza wtedy te wartości biorąc pod uwagę wynik pomiaru i zapisaną wartość odniesienia. Impedancje pasożytnicze przewodów pomiarowych mogą być kompensowane w trakcie procedury kalibracyjnej w stanie zwarcia lub zwarcia. Miernik RLC HM8018 Przyrząd można dostosować optymalnie do testowanego obiektu dla pięciu częstotliwości (100 Hz, 120 Hz, 1 khz, 10 khz, 25 khz), w sześciu podzakresach pomiarowych, które można wybierać automatycznie lub ręcznie. Przy pomiarach parametrów kondensatorów elektrolitycznych aluminiowych lub tantalowych, zapewnia się napięcie polaryzujące 1 V. Dwuprzewodowy pomiar rezystancji Przyrząd wymusza przepływ prądu stałej wartości przez przewody pomiarowe i nieznany rezystor R, po czym mierzy spadek napięcia, który powstał na tej rezystancji. Niewielki 4

5 spadek napięcia powstaje też na rezystancji R L przewodów pomiarowych. Gdy mierzy się małe rezystancje [< 1 kω], to korzystne jest skompensować rezystancję przewodów pomiarowych stosując do tego tryb offsetu. Aby skompensować rezystancję przewodów pomiarowych, należy zewrzeć ze sobą ich zakończenia i nacisnąć przycisk off-set. W ten sposób wyeliminuje się błędy powodowane przez rezystancję przewodów pomiarowych i rezystancje styków. Jeśli korekcji tego typu nie zastosuje się, to otrzymywane wyniki pomiaru rezystancji będą zawsze zawyżone, gdyż będą zawierały rezystancję pasożytniczą układu pomiarowego. Zasada dwuprzewodowego pomiaru rezystancji Czteroprzewodowy pomiar rezystancji Klasyczna metoda prawidłowego pomiaru małych rezystancji jest nazywana pomiarem czteroprzewodowym lub metodą Kelvina. Także i w tym przypadku przyrząd wymusza przepływ prądu pomiarowego o precyzyjnie ustawionej wartości. Dwa dodatkowe przewody dołączone bezpośrednio do nieznanego rezystora RX są wykorzystywane do pomiaru spadku napięcia powstałego na tym rezystorze niezależnie od jakichkolwiek spadków występujących na głównych przewodach Zasada czteroprzewodowego pomiaru rezystancji przewodzących prąd pomiarowy. Gniazda przyrządu, przez które płynie ten prąd o stałej wartości nazywa się często wyprowadzeniami źródła (source). Gniazda pomiarowe przyrządu, które wykorzystuje się natomiast do pomiaru spadku napięcia bezpośrednio na nieznanej rezystancji oznaczane są często terminem wejście sense (wejście czujnika). Rezystancja wejściowa tego wejścia pomiarowego jest bardzo duża, stąd też prąd powodowany przez tę rezystancję wejściową jest pomijalnie mały. Uniwersalne częstościomierze Uniwersalny częstościomierz HM ma dwa wejścia pomiarowe o wysokiej czułości i umożliwia pomiar sygnałów o częstotliwościach od d.c. do 1,6 GHz. Podstawa czasu wytwarzana przez oscylator kwarcowy [TXCO] z kompensacją temperaturową zapewnia wyjątkowo wysoką stabilność równą 0,5 ppm w zakresie temperatur pracy tego przyrządu. HM jako częstościomierz uniwersalny umożliwia pomiar: częstotliwości, okresu, szerokości impulsu i odstępu czasowego, a ponadto zliczanie zdarzeń. Ma też funkcje zamrażania wskazania (hold), offsetu i automatycznego wyzwalania. Pomiar sygnałów złożonych jest ułatwiony dzięki funkcji automatycznego wyzwalania, ręcznej regulacji poziomu wyzwalania i wyboru sprzężenia wejścia pomiarowego (typu mierzonego sygnału). Podstawowe wykonania tego przyrządu wyposażone w opcję HO801 mają gniazda BNC na płycie tylnej, dzięki czemu można za ich pośrednictwem doprowadzać do częstościomierza zewnętrzny sygnał bramkujący w celu sterowania czasem bramkowania. Sygnał zewnętrznego bramkowania Wejście sygnału bramkowania jednostki bazowej wyposażonej w opcję HO801 umożliwia sterowanie momentem startu i stopu częstościomierza. Jeśli wybierze się tę funkcję i do wejścia zewnętrznego bramkowania częstościomierza doprowadzi się niski poziom sygnału TTL, to przyrząd ten jest w tym momencie przygotowany do pomiaru. Pomiar rozpocznie się po doprowadzeniu do wejścia bramkowania wysokiego poziomu i wyzwoleniu przez sygnał wejściowy, po upłynięciu czasu synchronizacji. Sygnał zewnętrznego bramkowania 5

6 System modułowy serii 8000 Stratność kondensatora tan δ tangens kąta stratności G p kondunktancja B C kondunktancja kondensatora X C impedancja kondensatora R P rezystancja równoległa (reprezentująca straty) Q dobroć δ kąt stratności ϕ kąt fazowy między V i I Stratność elementu indukcyjnego Pomiar zostanie zakończony, gdy zmieni się poziom sygnału na wejściu zewnętrznego bramkowania z wysokiego na niski. Generatory sygnałowe Generator funkcyjny HM jest bardzo tanią alternatywą, jeśli chodzi o przyrządy stacjonarne. Generator funkcyjny HM spełnia cztery podstawowe funkcje tj. wytwarza sygnał: sinusoidalny, prostokątny, trójkątny i impulsowy. Generowany sygnał ma wysoką jakość i dobrą stabilnością amplitudy. Także czas narastania jest krótki (poniżej 15 ns), a funkcja wewnętrznego lub zewnętrznego przemiatania częstotliwości czyni z tego generatora przyrząd stacjonarny idealny dla każdego laboratorium. Stopnie wyjściowe generatora są zabezpieczone przed zwarciem gniazd wyjściowych i przyłożeniem do nich napięcia z zewnątrz do 45 V. Te własności są szczególnie przydatne przy pracy generatora w trudnych warunkach obsługowych, jakimi cechują się szkoły i centra szkoleniowe. Zasilacz HM Ten kompaktowy i trwały moduł zasilacza pracuje w systemach modułowych serii Zaprojektowano go specjalnie do zasilania układów pomiarowych stosowanych w: szkołach, zakładach szkoleniowych, placówkach serwisowych i laboratoriach. HM wykorzystuje liniowe przetwornice i wytwarza trzy niezależne napięcia przy całkowitej mocy wyjściowej równej ok. 25 W. HM charakteryzuje się małymi tętnieniami, dobrą stabilizacją, dużą niezawodnością i optymalnym stosunkiem możliwości do ceny. tan δ tangens kąta stratności X L R Q δ ϕ impedancja elementu indukcyjnego rezystancja reprezentująca straty dobroć kąt stratności kąt fazowy między V a I Potrójny zasilacz HM