Projektowanie systemów pomiarowych

Transkrypt

1 Projektowanie systemów pomiarowych 03 Konstrukcja mierników analogowych Zasada działania mierników cyfrowych Przetworniki pomiarowe wielkości elektrycznych 1

2 Analogowe przyrządy pomiarowe Podział ze względu na zasadę działania: magnetoelektryczne elektromagnetyczne elektrodynamiczne ferrodynamiczne elektrostatyczne

3 Mierniki magnetoelektryczne liniowe odchylenie w zależności od prądu przepływającego przez ustrój pomiarowy, mierzy wartość średnią (do pomiaru napięć przemiennych niezbędne są dodatkowe przetworniki), 3 kierunek odchylenia wskazówki zależny jest od kierunku przepływającego prądu

4 Mierniki elektromagnetyczne mierzą wartość skuteczną, nieliniowa podziałka, stosunkowo duży pobór mocy 4

5 Znaki graficzne na mierniku analogowym

6 Konwersja sygnału tzw. kondycjonowanie sygnału pomiarowego Dzielnik napięcia 6

7 Przekładnik prądowy zasada działania 7

8 Przekładnik napięciowy (prąd przemienny) 8

9 Multimetry cyfrowe podstawowe funkcje - pomiar napięć stałych - pomiar napięć przemiennych, - pomiar prądów stałych i przemiennych, - pomiar rezystancji, - pomiar temperatury (z użyciem termopary), - pomiar częstotliwości i okresu sygnału, - badanie złącz półprzewodnikowych 9

10 Multimetry cyfrowe schemat blokowy

11 Multimetry cyfrowe wartość średnia czy skuteczna (RMS) Przybywa urządzeń pobierających prąd w krótkich impulsach, a nie jak kiedyś w sposób ciągły; można do nich zaliczyć choćby komputery PC i napędy o zmiennej prędkości obrotowej. Urządzenia tego typu powodują, że pomiar prądu z wykorzystaniem tradycyjnych mierników reagujących na wartość średnią staje się niedokładny. Ten sam problem dotyczy napięć zmiennych w czasie. Należy pamiętać, że typowy miernik rejestruje wartość średnią (rysunek - average value)

12 Mówiąc o natężeniu prądu przemiennego, zazwyczaj mamy na myśli jego wartość skuteczną RMS (Root Mean Square), czyli taką, która w ciągu pojedynczego okresu wywoła na obciążeniu ten sam efekt cieplny, co przepływ prądu stałego o tej samej wartości. Najpopularniejszą metodą pomiaru wartości skutecznej jest wyprostowanie prądu przemiennego, wyznaczenie wartości średniej przebiegu wyprostowanego i pomnożenie wyniku przez współczynnik 1,1 (crest factor). Współczynnik ten reprezentuje zależność pomiędzy wartością średnią i skuteczną idealnego przebiegu sinusoidalnego. Jednak w przypadku, gdy wejściowy przebieg nie jest idealną sinusoidą, powyższa zależność nie jest prawdziwa. To właśnie jest powodem błędnych wyników wskazań w przypadku mierników reagujących na wartość średnią prądu.

13 Rzeczywista wartość skuteczna (True RMS) W celu poprawnego pomiaru wartości skutecznej prądu należałoby wcześniej zarejestrować i obejrzeć jego kształt. Miernik reagujący na wartość średnią może być wykorzystany wyłącznie w przypadku idealnej fali sinusoidalnej. W innych przypadkach jedynym rozwiązaniem zapewniającym dokładny pomiar jest zastosowanie miernika rzeczywistej wartości skutecznej (True RMS). Nowoczesne mierniki True RMS korzystają ze specjalnych elektronicznych technik pomiaru pozwalających na precyzyjne wyznaczenie wartości skutecznej prądu zarówno w przypadku przebiegów sinusoidalnych, jak i odkształconych. Współczynnik szczytu Jednym z istotnych parametrów, które należy wziąć pod uwagę, wybierając miernik True RMS, jest współczynnik szczytu (crest factor). Mówi on o stopniu odkształcenia przebiegu i jest definiowany jako iloraz wartości szczytowej do wartości skutecznej (rys. 3). Dla idealnej sinusoidy współczynnik szczytu wynosi 1,414 i jest tym większy, im bardziej jest odkształcony sygnał (rys. 4). Oznacza to, że miernik True RMS o współczynniku szczytu równym 1,5 w dalszym ciągu nie będzie mierzył poprawnie wartości skutecznej przebiegów silnie odkształconych i może być wykorzystany tylko do pomiaru przebiegów niewiele odbiegających kształtem od idealnej sinusoidy. Do większości zastosowań związanych z pomiarem mocy wystarczające są mierniki o współczynniku szczytu rzędu