Miernictwo I INF Wykład 12 dr Adam Polak

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Miernictwo I INF Wykład 12 dr Adam Polak"

Mikołaj Dąbrowski
6 lat temu
Przeglądów:

1 Miernictwo I INF Wykład 12 dr Adam Polak ~ 1 ~

2 I. Przyrządy do rejestracji i obserwacji sygnałów zmiennych A. Rejestratory 1. Rejestratory elektromechaniczne X-t a) Podstawowe właściwości (1) Służą do przetworzenia mierzonej wielkości w przemieszceznie liniowe lub kątowe i zapisu tego przemieszczenia w funkcji czasu (2) Częstotliwość graniczna nie przekracza 100Hz (to jest wada!) (3) Nośnikiem zapisu jest taśma, krążek lub arkusz papieru b) Podział rejestratorów elektromechanicznych (1) Przetwarzanie bezpośrednie (a) Pobierana energia zaburza stan badanego obiektu (wada) (b) Prosta konstrukcja (zaleta) (c) Pobierają stosunkową dużą moc z obiektu (d) Stosowane do rejestracji sygnałów: i > 0.5A oraz u > 0.5V (2) Przetwarzanie pośrednie (a) Pobierają energię z pomocniczego źródła i nie obciążają obiektu badanego (b) Najczęściej budowane są na bazie przetworników kompensacyjnych napięcia (jeśli xk podąża za x, to różnica jest bliska zeru, więc trzeba za nią podążać, by ją wzmocnić) i) Wzmacniacz dodaje mocy do układu ii) Urządzenie wykonawcze steruje sygnałem kompensacyjnym, wie także, jaką wartość ma sygnał xk (oraz x), więc steruje urządzeniem zapisującym 2. Rejestratory elektromechaniczne X-Y a) Przykładowe podłączenie dwóch sygnałów sinusoidalnych da nam okrąg, owal, odcinek bądź ósemkę - zależnie od różnicy między sygnałami 3. Rejestratory z taśmą magnetyczną (fgr < 10MHz) ~ 2 ~

3 a) Sygnału w ogóle nie widać (jest zapisywany, ale nie wyświetlany), nie można obserwować go w czasie rzeczywistym (wada) b) Obowiązek podłączenia do rejestratora z pisakiem elektromechanicznym, żeby móc przyjrzeć się sygnałowi szybkozmiennemu (+ zwolnienie wypisu) lub wolnozmiennemu (przyspieszenie wypisu) 4. Rejestratory cyfrowe a) Ma dużą pamięć, mały wyświetlać (tryby pracy) b) Duże zastosowanie (np. kamery, reflektory podczerwieni, alarmy) B. Oscyloskopy 1. Podstawowe właściwości a) Duża impedancja wejściowa (Rwe ~ 10MΩ, Cwe 10 50pF) b) Duża czułość napięciowa ( mv/dz) c) Duży zakres częstotliwościowy 2. Zastosowanie a) Obserwacja przebiegu b) Pomiar: amplitudy, okresu (częstotliwości), kąta fazowego, parametrów czasowych impulsów, charakterystyk elementów nieliniowych 3. Oscyloskop analogowy a) Zakres częstotliwościowy: MHz (oscyloskopy o przetwarzaniu bezpośrednim do 3 GHz) b) Podstawowe bloki (1) Lampa oscyloskopowa z układami zasilania (2) Blok odchylania poziomego (3) Blok odchylania pionowego (4) Blok wyzwalania i synchronizacji Gdyby nie było synchronizacji, to sinusoida by się nakładała na siebie. Kolejny okres musi być rysowany w tym samym miejscu, co okres poprzedni. Na oscyloskopie, kolejny okres zaczyna być wyświetlany od momentu, gdy zaczął się poprzedni, czyli mam lekką przerwę potrzebną na synchronizację, po której następuja wyzwolenie sygnału. c) Powstawanie obrazu ~ 3 ~

4 d) Podstawowe tryby pracy (1) AC (składowa zmienna), DC (składowa stała), GND (potencjał zerowy) Jak ustawimy DC to nie zobaczymy tylko składowej stałej. Jest to pełny sygnał. GND powoduje, że nierysowany jest sygnał wejściowy, tylko pokazywany jest poziom 0V. (2) Jednokanałowy (3) Dwukanałowy: suma, przemienny, kluczowany (siekany), X-Y W jaki sposób za pomocą jednego strumienia narysować dwa wykresy? Na poziomie wielu kiloherców można przemiennie rysować (w jednym przebiegu sinusoida, w drugim sygnał prostokątny). Można także pracą siekaną, czyli rysowanie kawałkami w każdym przebiegu. e) Uproszczony schemat blokowy oscyloskopu 4. Oscyloskop próbkujący (fgr < 20 Ghz) a) Próbkujemy sygnał co sto, tysiąc okresów (wyświetlamy plamkę w co raz to innym miejscu), dzięki temu możemy zaobserwować szybki sygnał. Ale działa to tylko dla sygnałów okresowych. 5. Oscyloskop cyfrowy a) Podstawowe właściwości (1) Rozdzielczość na poziomie 8 bitów (rzadziej 10 lub 12 bitów) - im mniejsza rozdzielczość tym szybszy przetwornik (im więcej bitów wejściowym tym mniejsza szybkość przetwarzania) (2) Zakres częstotliwości do 100 GHz b) Budowa i działanie (1) Układ wyświetlania: graficzny wyświetlacz LCD (lub taki sam jak w oscyloskopach analogowych) (2) Inne bloki: przetwornik A/C, pamięć, układ sterowania (przetwornik C/A, inne) ~ 4 ~

5 II. c) Podstawowe tryby pracy (1) Praca z odświeżaniem przebiegu z pamięci: (a) z obrazem przesuwanym (np. sygnał EKG) (b) z odwiednią (np. sygnały zmodulowane, amplitudowe) (c) różnicowa (np. sygnały bardzo szybko zmienny) (2) Praca z uśrednianiem (3) Praca z różnymi sposobami próbkowania: (a) próbkowanie równomierne (b) próbkowanie sekwencyjne (c) próbkowanie pseudoprzypadkowe (d) próbkowanie ze zmienną częstotliwością Pomiary napięć i prądów zmiennych A. Impedancja elektryczna 1. Impedancja jako liczba zespolona Re - reaktancja 2. Impedancja opisuje związek pomiędzy zmiennym prądem i zmiennym napięciem na elemencie a) stosunek wartości skutecznych (amplitud harmonicznych) b) przesunięcie w fazie pomiędzy napięciem i prądem 3. Impedancja elementów biernych a) jeśli ω rośnie, to impedancja maleje b) cewka dławi prąd ~ 5 ~

6 B. Pomiary napięć przemiennych 1. Impedancja połączeń (LDH, LDL, Cʼwe) i pojemność wejściowa woltomierza Cwe a) częstotliwość rośnie, impedancja cewki jest coraz mniejsza, impedancje LDH i LDL rośnie b) impedancja wejściowa woltomierza c) im większa mierzalna częstotliwość, tym mniejsza impedancja wejściowa woltomierza i większy błąd systematyczny pomiaru 2. Woltomierze wartości skutecznej napięcia przemiennego a) Analogowe woltomierze elektrostatyczne: pomiar wartości skutecznej dużych napięć (do MV) dużej częstotliwości (do 300MHz) b) Woltomierze elektroniczne ze wskaźnikami magnetoelektrycznymi i przetwornikami AC/DC: (1) wartości średniej wyprostowanej (2) wartości szczytowej (3) wartości skutecznej (zawierające kwadratory) c) Struktury woltomierzy elektronicznych (1) a. struktura podstawowa z przetwornikiem wartości średniej wyprostowanej lub skutecznej (2) b. struktura z wejściowym przetwornikiem wartości szczytowej (najczęściej w sondzie) do pomiaru wielkich częstotliwości (do 1GHz) (3) c. struktura do pomiaru małych napięć (mv, μv, nv; do 30MHz) ~ 6 ~

7 d) Woltomierze cyfrowe (struktura identyczna z woltomierzami DC) C. Amperomierze wartości skutecznej 1. Analogowe amperomierze wielkiej częstotliwości 2. Amperomierze elektroniczne (struktura woltomierza z przetwornikiem i/u) 3. Amperomierze cyfrowe (j.w.) D. Multimetry 1. W praktyce stosuje się mierniki, które mogą mierzyć kilka wielkości w jednej konstrukcji 2. Pierwsze multimetry były nieprogramowalne. Zostały wyparte przez multimetry programowalne (mikroprocesorowe), bardzo popularne, ale mało dokładne. Istnieją jednak multimetry o dużych dokładnościach Zagadnienia kontrolne Zasada działania rejestratorów o przetwarzaniu bezpośrednim i pośrednim Powstawanie obrazu w oscyloskopie Podstawowe bloki i zasada działania oscyloskopu analogowego i cyfrowego Fizyczna interpretacja impedancji elektrycznej Związek częstotliwościowych właściwości pomiarów napięć przemiennych z ich dokładnością Budowa i działanie woltomierzy i amperomierzy napięć przemiennych Budowa i działanie multimetrów cyfrowych Kolokwium: czwartek, 29 stycznia (test wyboru) Wpis / termin poprawkowy: czwartek, 5 lutego ~ 7 ~

Podobne dokumenty

Zakres wymaganych wiadomości do testów z przedmiotu Metrologia. Wprowadzenie do obsługi multimetrów analogowych i cyfrowych

Zakres wymaganych wiadomości do testów z przedmiotu Metrologia Ćwiczenie 1 Wprowadzenie do obsługi multimetrów analogowych i cyfrowych budowa i zasada działania przyrządów analogowych magnetoelektrycznych