KOMPUTEROWE SYSTEMY POMIAROWE

Transkrypt

1 KOMPUTEROWE SYSTEMY POMIAROWE Dr inż. Eligiusz PAWŁOWSKI Politechnika Lubelska Wydział Elektrotechniki i Informatyki Prezentacja do wykładu dla EMST - ITwE Semestr zimowy Wykład nr 10

2 Prawo autorskie Niniejsze materiały podlegają ochronie zgodnie z Ustawą o prawie autorskim i prawach pokrewnych (Dz.U nr 24 poz. 83 z późniejszymi zmianami). Materiał te udostępniam do celów dydaktycznych jako materiały pomocnicze do wykładu z przedmiotu Komputerowe Systemy Pomiarowe prowadzonego dla studentów Wydziału Elektrotechniki i Informatyki Politechniki Lubelskiej. Mogą z nich również korzystać inne osoby zainteresowane tą tematyką. Do tego celu materiały te można bez ograniczeń przeglądać, drukować i kopiować wyłącznie w całości. Wykorzystywanie tych materiałów bez zgody autora w inny sposób i do innych celów niż te, do których zostały udostępnione, jest zabronione. W szczególności niedopuszczalne jest: usuwanie nazwiska autora, edytowanie treści, kopiowanie fragmentów i wykorzystywanie w całości lub w części do własnych publikacji. Eligiusz Pawłowski KSP, tydzień 10 dr inż. Eligiusz Pawłowski 2

3 Uwagi dydaktyczne Niniejsza prezentacja stanowi tylko i wyłącznie materiały pomocnicze do wykładu z przedmiotu Komputerowe Systemy Pomiarowe prowadzonego dla studentów Wydziału Elektrotechniki i Informatyki Politechniki Lubelskiej. Udostępnienie studentom tej prezentacji nie zwalnia ich z konieczności sporządzania własnych notatek z wykładów ani też nie zastępuje samodzielnego studiowania obowiązujących podręczników. Tym samym zawartość niniejszej prezentacji w szczególności nie może być traktowana jako zakres materiału obowiązujący na egzaminie. Na egzaminie obowiązujący jest zakres materiału faktycznie wyłożony podczas wykładu oraz zawarty w odpowiadających mu fragmentach podręczników podanych w wykazie literatury do wykładu. Eligiusz Pawłowski KSP, tydzień 10 dr inż. Eligiusz Pawłowski 3

4 Wzmacniacze stosowane w technice pomiarowej 1.Wzmacniacze niesymetryczne (single ended) 2.Wzmacniacze symetryczne (różnicowe, pomiarowe, instrumentalne, differential input, instrumentation amplifier) 3.Wzmacniacze izolacyjne (isolation amplifier) KSP, tydzień 10 dr inż. Eligiusz Pawłowski 4

5 NI USB-6008/6009 konfiguracja wejść analogowych KSP, tydzień 10 dr inż. Eligiusz Pawłowski 5 Źródło: National Instruments,

6 Wzmacniacz niesymetryczny Symbol wzmacniacza niesymetrycznego Uproszczony schemat blokowy wzmacniacza niesymetrycznego KSP, tydzień 10 dr inż. Eligiusz Pawłowski 6

7 Podstawowe parametry wzmacniacza niesymetrycznego 1.Wzmocnienie napięciowe k u k = u U U wy we 2.Rezystancja wejściowa R we 3.Rezystancja wejściowa R wy R R wy we = = U I U I we we wy wy 4.Pasmo przenoszenia B u (-3dB) KSP, tydzień 10 dr inż. Eligiusz Pawłowski 7

8 Realizacja wzmacniacza niesymetrycznego Wzmocnienie napięciowe k u : k u = U U wy we = R 1 + R 1 R 2 KSP, tydzień 10 dr inż. Eligiusz Pawłowski 8

9 Wpływ rezystancji wejściowej na błędy KSP, tydzień 10 dr inż. Eligiusz Pawłowski 9

10 Wpływ rezystancji wejściowej na błędy U E we G = R we R we + R G R we /R G U/E δu 1 1/2 50% 10 0,9 10% 100 0,99 1% ,999 0,1% Dla przypomnienia: n N N w przybliżeniu δ kw % x 10 3 ~ 0,1 KSP, tydzień 10 dr inż. Eligiusz Pawłowski 10

11 Przykład NI USB-6008/6009 wejście analogowe NI USB-6008/6009 analogowy tor wejściowy KSP, tydzień 10 dr inż. Eligiusz Pawłowski 11 Źródło: National Instruments,

12 Problemy różne potencjały punktów masy R we >> R G,R R L L + R we + R G >> R L I Z2 >> I Z1 0, I Z2 = E Z / (R L +Z UZ ) U we U G + U Z2 KSP, tydzień 10 dr inż. Eligiusz Pawłowski 12

13 Problemy sprzężenia pojemnościowe U we U G + U Z2 = U G + I Z1. R we KSP, tydzień 10 dr inż. Eligiusz Pawłowski 13

14 Problemy sprzężenia pojemnościowe - ekranowanie Uwaga! Ekran musi być uziemiony! KSP, tydzień 10 dr inż. Eligiusz Pawłowski 14

15 Problemy sprzężenia indukcyjne SEM ind = dφ dt = B ds dt + S db dt KSP, tydzień 10 dr inż. Eligiusz Pawłowski 15

16 Problemy sprzężenia indukcyjne - skrętka SEM indukowane w kolejnych oczkach skrętki odejmują się! KSP, tydzień 10 dr inż. Eligiusz Pawłowski 16

17 Problemy ekran + skrętka Zazwyczaj stosuje się oba środki jednocześnie ekranowana skrętka KSP, tydzień 10 dr inż. Eligiusz Pawłowski 17

18 Wzmacniacz symetryczny U DIF = U 1 U 2 U 1 + U U 2 CM = 2 Uproszczony schemat blokowy wzmacniacza symetrycznego KSP, tydzień 10 dr inż. Eligiusz Pawłowski 18

19 Wzmacniacz symetryczny - podstawowe parametry 1.Wzmocnienie napięciowe sygnału różnicowego k DIF (differential mode) 2.Wzmocnienie napięciowe sygnału sumacyjnego k CM (common mode) k k DIF CM U wy = CM U DIF U, U = 0 wy = DIF UCM, U = 0 3.Współczynnik tłumienia sygnału sumacyjnego CMMR (common mode rejection ratio) CMMR = 20log k k DIF CM KSP, tydzień 10 dr inż. Eligiusz Pawłowski 19

20 Wzmacniacz symetryczny - realizacja Typowy schemat wzmacniacza symetrycznego KSP, tydzień 10 dr inż. Eligiusz Pawłowski 20

21 Wzmacniacz różnicowy różne potencjały punktów masy R we >> R G,R L R L + R we + R G >> R L I Z3 >> I Z1 = I Z2 0, I Z3 = E Z / (R L +Z UZ ) U Z3 >> U Z1 = U Z2 0, U DIF = U G + U Z2 - U Z1 = U G KSP, tydzień 10 dr inż. Eligiusz Pawłowski 21

22 Problem bardzo duża składowa sumacyjna U CM Składowa sumacyjna wielokrotnie przekracza dopuszczalną wartość wzmacniacz ulega zniszczeniu KSP, tydzień 10 dr inż. Eligiusz Pawłowski 22

23 Wzmacniacz izolacyjny Uproszczony schemat blokowy wzmacniacza niesymetrycznego KSP, tydzień 10 dr inż. Eligiusz Pawłowski 23

24 Podstawowe parametry wzmacniacza izolacyjnego 1.Rezystancja izolacji R IZOL = Ω 2.Maksymalne napięcie sumacyjne U CM =250V.. 5kV 3.Prąd upływu I UP = A KSP, tydzień 10 dr inż. Eligiusz Pawłowski 24

25 Podsumowanie 1. W technice pomiarowej stosuje się różnego rodzaju wzmacniacze: niesymetryczne (single ended), symetryczne (różnicowe, pomiarowe, instrumentalne, differential input, instrumentation amplifier) oraz izolacyjne (isolation amplifier). 2. Do najważniejszych parametrów wzmacniaczy stosowanych w pomiarach należą: wzmocnienie napięciowe, rezystancje wejściowa i wyjściowa, pasmo przenoszenia. Dla wzmacniaczy różnicowych istotnym parametrem jest także współczynnik tłumienia sygnału współbieżnego (CMRR, Common-Mode Rejection Ratio). 3. Źródłem błędów w układzie pomiarowym ze wzmacniaczem może być: zbyt mała rezystancja wejściowa, zbyt duża rezystancja wyjściowa (rzadko), różne potencjały punktów masy w układzie, sprzężenia pojemnościowe i indukcyjne z siecią energetyczną 50Hz, duży poziom sygnału wspólnego. 4. Większość problemów można uniknąć stosując wzmacniacze różnicowe lub izolacyjne, ekranowanie układów i przewodów, skrętki przewodów oraz odpowiednio uziemiając układ. KSP, tydzień 10 dr inż. Eligiusz Pawłowski 25

26 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ KSP, tydzień 10 dr inż. Eligiusz Pawłowski 26