A méréshatárok kiterjesztése Méréshatár váltás

Az előadások a következő témára: "A méréshatárok kiterjesztése Méréshatár váltás"— Előadás másolata:

1 A méréshatárok kiterjesztése Méréshatár váltás
Farkas György : Méréstechnika A méréshatárok kiterjesztése Méréshatár váltás Mérőműszerek bemenetén Generátorok kimenetén

2 Méréshatár szekvenciák, mérési tartományok („range”-ek)
 Farkas György : Méréstechnika Méréshatár szekvenciák, mérési tartományok („range”-ek) Egy skálával ( ) analóg műszernél nagy a hiba!!! 0,1 – 1 – 10 – 100 – 1000, Két skálával ( és ) ez a leggyakoribb 0,1 – 0,3 – 1 – 3 – 10 – 30 – 100 – 1000, -20 – -10 – 0 – +10 – +20 – + 30 – dB Három skálával ( , és ) felesleges 1 – 2 – 5 – 10 – 20 – 50 – 100 – 200 – 500 – 1000 Minden méréshatáron más-más skálával Ez a néper-skálájú műszerekben szükséges, mivel a NEPER nem konform a dekadikus méréshatárokkal. (A vezetékes távközlésben szokásos, de kimegy a divatból.)

3 A méréshatár kiterjesztése feszültség és árammérésnél
 Farkas György : Méréstechnika A méréshatár kiterjesztése feszültség és árammérésnél Elektro-mechanikus műszerek Elektronikus műszerek Feszültség osztó Áram mérés helyett inkább egy ellenálláson eső feszültségből határozzuk meg az áramot egy elektronikus áramkörben. Előtét ellenállás Sönt Feszültség váltó Áramváltó Áramlakat

4 Feszültség- és áramváltók
 Farkas György : Méréstechnika Feszültség- és áramváltók a = n2 / n1 Uout = a Uin a << 1 Iout = Iin /a a >> 1 Főleg 50 Hz-es energia rendszerekben

5 Feszültség- és áramváltók
 Farkas György : Méréstechnika Feszültség- és áramváltók Feszültségváltó Uout = a Uin a << 1 Rin = Rműszer /a2 Rin>> Rműszer a nagy bemeneti ellenállás előny Áramváltó Iout = Iin /a a >> 1 Rin = Rműszer /a2 Rin<< Rműszer a vezetékbontás életveszélyes!!!

6 Elektronikus műszerekben alkalmazott megoldások
 Farkas György : Méréstechnika Elektronikus műszerekben alkalmazott megoldások Integrált áramkörrel megvalósítva Ellenállásokkal megvalósítva DC feszültségosztó, ahol Rbe állandó Kis ellenállásokkal felépítve Szélesebb frekvencia tartományra jó, de Rbe kicsi Kompenzált feszültségosztó RC elemekkel, frekvencia független Kaszkád osztók

7 Elektronikus „feszültségosztó”
 Farkas György : Méréstechnika Elektronikus „feszültségosztó” Szorzó áramkör További egységek vagy output egység JEL DC Szint szabályozó

8  Farkas György : Méréstechnika
DC feszültségosztó Uin a1 Uout = a1 Uin

9  Farkas György : Méréstechnika
DC feszültségosztó Uin a2 Uout = a2 Uin

10  Farkas György : Méréstechnika
DC feszültségosztó Uin a3 Uout = a3 Uin

11  Farkas György : Méréstechnika
DC feszültségosztó Uin a4 Uout = a4 Uin

12  Farkas György : Méréstechnika
DC feszültségosztó R6 Rin =  Ri = állandó a5 R5 a4 R4 Rin a3 Rout = nem állandó R3 a2 R2 a1 R1 Rout

13  Farkas György : Méréstechnika
DC feszültségosztó a=1 Uin Uout = a Uin R6 U1 = a1 Uin R5 a1= R1 /  Ri U2 = a2 Uin R4 a3 a2= (R1 + R2) /  Ri R3 U3 = a3 Uin a2 R2 a3= (R1 + R2 + R3) /  Ri a1 R1 U1 ... U2 ... U3

14  Farkas György : Méréstechnika
DC feszültségosztó U1 = a1 Uin a1= R1 /  Ri R1 = a1  Ri U2 = a2 Uin a2= (R1 + R2) /  Ri = a1 + R2 /  Ri R2 = (a2 - a1)  Ri  Rn = (an - an-1)  Ri

15 Kompenzált feszültségosztó
 Farkas György : Méréstechnika Kompenzált feszültségosztó C2 trimmer A feszültségosztás a frekvencia függvénye: a() = Z1 / (Z1 +Z2) R2 C2 Uin a() = Y2 / (Y1 +Y2) R1 C1 Uout Z1 = R1 x 1/jC1 Z2 = R2 x 1/jC2 Y1 = 1/R1 + jC1 Y2 = 1/R2 + jC2

16 Kompenzált feszültségosztó
 Farkas György : Méréstechnika Kompenzált feszültségosztó C2 trimmer A feszültségosztás frekvencia független, ha R1C1= R2C2 ekkor a() = a0 = R1 / (R1 + R2) R2 C2 Uin R1 C1 Uout

17 Levezetés a0 = a(=0) = R1 / (R1 + R2)
a() = Z1 / (Z1+Z2) = Y2 / (Y1+Y2) Z1 = R1 x 1/jC1 Y1 = 1/R1 + jC1 Z2 = R2 x 1/jC2 Y2 = 1/R2 + jC2 Y3 = 1/R3 + jC R3 = R1 x R C3 = C1 + C2 a() = Y2 / Y3 = (1/R2 + jC2 ) / (1/R3 + jC3 ) mivel R3 = a0 R2 a() = a0 (1 + j2 ) / (1 + j3 ) a() = a0 = állandó, ha 2 = 3 , de ekkor 1 = 2

18 A kompenzált feszültségosztó kiegyenlítése
 Farkas György : Méréstechnika A kompenzált feszültségosztó kiegyenlítése Uin Uout jól kompenzálva C2 trimmerrel kell kiegyenlíteni Uout alulkompenzálva: R2 Uin R1 C1 Uout Uout túlkompenzálva:

19 Kompenzálatlan feszültségosztó
 Farkas György : Méréstechnika Kompenzálatlan feszültségosztó Ha R1 és R2 kicsi, akkor viszonylag széles sávban nélkülözhető a kompenzáló C2 . Probléma a kis bemeneti ellenállás. R2 C2 Uin R1 C1 Uout

20 Kettős feszültségosztó (6 fokozatú)
 Farkas György : Méréstechnika Kettős feszültségosztó (6 fokozatú) Elválasztó erősítő R3 R4 R2 R5 Uin R1 R6 Uout Itt R3, R4, R5, és R6 kicsi, ezért szélessávú ez az osztó. A kellően nagy bemeneti ellenállást az első kompenzált osztó biztosítja. Az első osztó ki- beiktatása révén 6 fokozatú az osztó.

21 A kimeneti jelszint változtatása generátorok outputjánál
 Farkas György : Méréstechnika A kimeneti jelszint változtatása generátorok outputjánál Kisfrekvenciás folytonos feszültségosztó Állandó kimeneti ellenállás biztosítása Folyamatos nagyfrekvenciás osztó Kaszkád osztó Fokozatkapcsolós nagyfrekvenciás osztó

22 Kisfrekvenciás folytonos feszültségosztó
 Farkas György : Méréstechnika Kisfrekvenciás folytonos feszültségosztó A kimeneti ellenállás erősen változó. Ha a terhelő ellenállás nagy, a bemeneti ellenállás közel állandó. Ha a terhelésnek van reaktív komponense is (kapacitás), a leosztás frekvencia függő. „POTENCIOMÉTER” Uin Uout = aUin

23 Állandó ki- és bemeneti ellenállás biztosítása
 Farkas György : Méréstechnika Állandó ki- és bemeneti ellenállás biztosítása R2 R1 RG RL a = R1 / ( R1+R2) Ha RG = 0 és RL= , akkor és Rin = R1 + R2 és Rout = R1 x R2

24 Állandó ki- és bemeneti ellenállás biztosítása
 Farkas György : Méréstechnika Állandó ki- és bemeneti ellenállás biztosítása RG=0 R2 R1 RL= és Rout = R1 x R2 Mivel Rin = R1 + R2 A leosztást akár R1 , akár R2 értékének megváltoztatásával kívánjuk elérni, Rin és Rout is megváltozik.

25 Azonos ki- és bemeneti ellenállás biztosítása
 Farkas György : Méréstechnika Azonos ki- és bemeneti ellenállás biztosítása

26 HITELES KIMENŐ FESZÜLTSÉG
 Farkas György : Méréstechnika HITELES KIMENŐ FESZÜLTSÉG Folyamatos osztó Fokozatkapcsolós hiteles osztó Kimenet pl. millivoltos nagyságrend Szintmérő Pl. mindig 1 V-ra kell beállítani az osztót

27  Farkas György : Méréstechnika
ILLESZTETT OSZTÓ Rin = Rout = Z0 Ez két ellenállásos megoldással nem teljesíthető, mivel R1 + R2  R1 x R2 tehát az osztót 3-5 ellenállásból kell felépíteni. Aszimmetrikus T osztó Szimmetrikus H osztó Aszimmetrikus  osztó Szimmetrikus O osztó A leosztás mértékének változtatásához nem elég egyetlen ellenállás értékének megváltoztatása, ha Rin = Rout követelmény

28 A ki-és a bemeneten illeszthető osztók
 Farkas György : Méréstechnika A ki-és a bemeneten illeszthető osztók  T H O

29 Folyamatosan változtatható leosztású T, , H és O osztó
 Farkas György : Méréstechnika Folyamatosan változtatható leosztású T, , H és O osztó Ezeknél Rin és R out nem állandó!

30  Farkas György : Méréstechnika
Kaszkád osztók

31 Kaszkád osztók frekvencia függés oka a szórt kapacitás
 Farkas György : Méréstechnika Kaszkád osztók frekvencia függés oka a szórt kapacitás

32 Nagyfrekvenciás árnyékolt kaszkád osztók
 Farkas György : Méréstechnika Nagyfrekvenciás árnyékolt kaszkád osztók Árnyékoló „edénybe” helyezett ellenállások

33  Farkas György : Méréstechnika kivezetések a kapcsolóhoz
Az árnyékoló „edény” kivezetések a kapcsolóhoz öntött fém ház fedél ellenállások az osztó bemenete

34 Folytonos leosztást adó nagyfrekvenciás „piszton” osztó
 Farkas György : Méréstechnika Folytonos leosztást adó nagyfrekvenciás „piszton” osztó Becsatolás Mozgatható dugattyú Csillapító cső x Itt a ~ e-x Koaxiális árnyékolt kábel