Wydział Elektryczny, Katedra Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Laboratorium Przetwarzania i Analizy Sygnałów Elektrycznych (bud A5, sala 310) Instrukcja dla studentów kierunku Automatyka i Robotyka do zajęć laboratoryjnych Czujniki i Przetworniki Ćwiczenie 4 Badanie przetwornika wartości skutecznej 1
Przetwornik wartości skutecznej na standardowy sygnał prądowy 4-0mA 1. Wstęp 1.1. Przetwornik wartości skutecznej Wartość skuteczna jest podstawowym parametrem sygnału. Zdefiniowana jest następująco: 1 T T 0 u ( t) dt Popularne mierniki analogowe (magnetoelektryczne) i cyfrowe (z podwójnym całkowaniem) prawidłowo wskazują wartość skuteczną dla przebiegu sinusoidalnego lub innego przebiegu o stosunku RMS/MAD=1,11. Przykładowy precyzyjny prostownik w który są wyposażone powyższe mierniki przedstawia rysunek 1. Przetworniki wartości skutecznej przedstawiono na rysunkach -5. Tabela 1. Porównanie wartości skutecznej (RMS-root mean square), średniej wartości bezwzględnej (MADmean absolute deviation) i współczynnika szczytu (CF crest factor) przebiegów o amplitudzie 1V. Przebieg o amplitudzie p=1v Sinusoida Symetryczny prostokąt trójkąt RMS MAD (przebieg wyprostowany poł). p 0, 707V p 0, 636V RMS/MAD 0,707V 0,636V 1,11 p 1, 00V 1 p 1, 00 1 V 1,00V 1, 00 1,00V p 0, 580V 3 p 0, 500V 0,580V 1, 155 0,500V współczynnik szczytu CF p p p 1,414 1,00 1,73 +Vcc +Vcc we wy -Vcc -Vcc Rys. 1. Symetryczny prostownik dwupołówkowy
x Obwody wejściowe Mnożnik Filtr dolnoprzepustowy (uśrednianie) C x Rys.. Przetwornik wartości skutecznej z mnożnikiem struktura otwarta Rys. 3 Termiczny przetwornik wartości skutecznej [1] Rys. 4 Struktura zamknięta z układem mnożąco-dzielącym [1] Obwody wejściowe A/C mikroprocesor Rys. 5 Struktura otwarta przetwornika z próbkowaniem sygnału metoda cyfrowa 1.. Przetwornik napięcia stałego na standardowy sygnał prądowy 4-0mA Zaletą przekazywania informacji sygnałem prądowym jest: - możliwość przesyłania na duże odległości; - odporność na zakłócenia; - możliwość modulacji prądu w celu przekazywania dodatkowych informacji; 3
- łatwość stwierdzenia awarii; - sygnały alarmowe. Zastosowany w makiecie przetwornik liniowo przetwarza napięcie wejściowe na prąd.. kład pomiarowy Przetwornik wartości skutecznej na standardowy sygnał prądowy 4-0mA znajdujący się na stanowisku pomiarowym składa się z dwóch przetworników: 1. wartości skutecznej napięcia na napięcie stałe wykonanego w technice analogowej.. napięcia stałego na prąd z zakresu od 4 do 0mA wykonanego w technice cyfrowej. Przetwornik wartości skutecznej napięcia Na standardowy sygnał prądowy 4-0mA Przetwornik 1: ac dc Przetwornik : dc 4-0mA Wzmacniacz pomiarowy G=10V/V Przetwornik RMS / dc K= 1 V/V A/C Mikro - procesor C/A ma V ac V dc Rys. 6. Schemat blokowy przetwornika RMS/I kład pomiarowy przedstawiono na rysunku 6. Na wejście podłączyć sygnał z generatora oraz miernik wartości skutecznej. WAGA: Zakres wejściowy napięcia przetwornika A/C (przetwornik ) wynosi od 0 do 5V. Nie podawać na wejście przetwornika 1 napięcia o wartości skutecznej większej niż 500mV. 3. Zadanie przed przystąpieniem do pomiarów Napisz funkcję przetwarzania oraz funkcję odwrotną dla a) przetwornika 1 - wartości skutecznej napięcia na napięcie stałe (ac dc) dc=f(ac)=... dc=f(ac)=... b) przetwornika wartości napięcia stałego na prąd 4-0mA (dc 4-0mA) I=f(dc)=... dc=f(i)=... c) całego przetwornika połączenie kaskadowe I=f(ac)=... ac=f(i)=... Pomiary wykonaj dla różnych kształtów przebiegów. 4
Lp ac [mv] 1 0,000 dc [V] dcpopr [V] Tabela. Przykładowa tabela pomiarowa 1 1 I Ipopr [mv] [%] [ma] [ma] [ma] [%] Ipopr [ma] [ma] [%] 11 499,9 Oznaczenia w tabeli: ac- napięcie podawane na wejście przetwornika 1 dc napięcie na wyjściu przetwornika 1 dc popr napięcie obliczone z funkcji przetwarzania dc=f(ac) 1 dc dcpopr dc 1 dc max zakres napięcia wyjściowego przetwornika 1 I prąd na wyjściu przetwornika dcmax dcpopr Ipopr prąd obliczony z funkcji przetwarzania przetwornika I I popr I I I I max zakres prądu wyjściowego przetwornika popr max I=f(dc) Ipopr prąd obliczony z funkcji przetwarzania I=f(ac) (połączenie kaskadowe) I I popr I max zakres prądu wyjściowego przetwornika I I I max popr W sprawozdaniu przedstaw na wykresach: - idealną charakterystykę przetwarzania oraz rzeczywistą przetwornika 1, przetwornika oraz połączenia kaskadowego; - błędy względne i bezwzględne: przetwornika 1, przetwornika oraz połączenia kaskadowego. 4. Literatura [1] Charles Kitchin, Lew Counts RMS to DC Conversion Application Guide ; Analog Devices 1986, G803a-30-5/86. [] Jerzy Bolikowski, Leszek Czarnecki, Marian Miłek Pomiary wartości skutecznej I mocy w obwodach o przebiegach niesinusoidalnych ; PWN, Warszawa 1990r. 5
5. Schemat ideowy przetwornika RMS/I 6