Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

MÉRŐMŰSZEREK Elektromos és elektronikus eszközök Az analóg és a digitális műszerek általános alapjai © Farkas György : Méréstechnika.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "MÉRŐMŰSZEREK Elektromos és elektronikus eszközök Az analóg és a digitális műszerek általános alapjai © Farkas György : Méréstechnika."— Előadás másolata:

1

2 MÉRŐMŰSZEREK Elektromos és elektronikus eszközök Az analóg és a digitális műszerek általános alapjai © Farkas György : Méréstechnika

3 MÉRŐMŰSZER © Farkas György : Méréstechnika A mérendő mennyiséget adó egység Mérőműszer

4 MÉRŐMŰSZER © Farkas György : Méréstechnika DUT Mérő műszer

5 Mérőműszerek Feszültség Áram Frekvencia, idő Jelalak Teljesítmény A rendszerjellemzők passzív mérőeszközei © Farkas György : Méréstechnika

6 Elektromechanikus elektronikus műszerek összehasonlítása Az elektromechanikus Nem kell tápenergia A túlvezérlés károsítja Érzéketlen Jelentősen terhelhet Egyszerűbb felépítésű Csak DC és 50 Hz ÁR egykor és ma ??? Az elektronikus Kell táplálás A túlvezérlést tűri Az érzékenység növelhető Alig terheli a mérendőt Programozható Nagyobb értéktartomány ÁR egykor és ma ??? © Farkas György : Méréstechnika

7 Elektromechanikus elektronikus műszerek összehasonlítása Az elektromechanikus Nem kell tápenergia A túlvezérlés károsítja Érzéketlen Jelentősen terhelhet Egyszerűbb felépítésű Csak DC és 50 Hz ÁR egykor és ma ??? Az elektronikus Kell táplálás A túlvezérlést tűri Az érzékenység növelhető Alig terheli a mérendőt Programozható Nagyobb értéktartomány ÁR egykor és ma ??? © Farkas György : Méréstechnika

8 TARTOMÁNYOK MÉRÉSI MŰKÖDÉSI TÚLTERHELÉS © Farkas György : Méréstechnika

9 A mérési tartomány határainak túllépése és a visszatérés lehetősége MÉRÉSI MŰKÖDÉSI © Farkas György : Méréstechnika

10 Analóg műszernél a túlterhelt állapotokból nincs visszatérési lehetőség MÉRÉSI MŰKÖDÉSI TÚLTERHELÉS © Farkas György : Méréstechnika

11 ANALÓG KIJELZÉS Skála  FF FULL © Farkas György : Méréstechnika KITÉRÉS D =  /  F

12 Az analóg kijelzés tartományai Működési tartomány Mérési tartomány © Farkas György : Méréstechnika Túl- vezér- lés Túl- vezér- lés

13 DIGITÁLIS KIJELZÉS 0000 … Felbontás = 1 N F (full) © Farkas György : Méréstechnika

14 mutató & skála + ember folytonos értékkészlet M = D M F D = (0,1), D F = 1 érzékenység: É = D/  M lineáris:É = D/M = 1/M F számkijelzés diszkrét értékkészlet M = N N = 1, 2, 3,…N F felbontás pszeudó analóg kijelzés © Farkas György : Méréstechnika Analóg kijelzés Digitális kijelzés A mutatott mennyiséget: M kétféleképen lehet közölni:

15 PSEUDO ANALÓG © Farkas György : Méréstechnika Például kivezérlés jelző Előnyösebb egy analóg kijelzés a digitálisnál, ha maximumot - minimumot kell keresni..

16 Egyenfeszültség és egyenáram mérése villamos műszerrel ( Nem elektronikus készülékek ) Forgótekercses áram (feszültség) mérő („Deprez”, még gyakran használatos) Lágyvasas áram (feszültség) mérő igazi effektív értéket mér, de nemlineáris a skálája és csak 50 Hz. Elektrodinamikus műszerek © Farkas György : Méréstechnika MÚZEUM ???

17 FORGÓTEKERCSES („DEPREZ” RENDSZERŰ) MŰSZER © Farkas György : Méréstechnika mágnes tekercs mutató tengel y

18 FORGÓTEKERCSES („DEPREZ” RENDSZERŰ) © Farkas György : Méréstechnika tekercs mutató tengelyek csapágyak TEKERCS

19 FORGÓTEKERCSES („DEPREZ” RENDSZERŰ) © Farkas György : Méréstechnika A tekercs két oldalán egy-egy spirálrugó van. Ezek adják az eltérítéssel arányos visszatérítő nyomatékot. tekercs De egyben ezekkel oldják meg a hozzávezetők csatlakoztatást.

20 FORGÓTEKERCSES nyomatéki egyensúly m D mVmV - m R © Farkas György : Méréstechnika

21 FORGÓTEKERCSES nyomatéki egyensúlya Forgató nyomatékok Villamos: m v = k v I Rugó: m R = - k R D Egyensúly:  m = 0 m v = - m R Kitérés D = k I Surlódás, lengés, fékezés is van: m S © Farkas György : Méréstechnika

22 FORGÓTEKERCSES nyomatéki egyensúly m D mVmV - m R © Farkas György : Méréstechnika HIBA ! mSmS

23 A FORGÓTEKERCSES MŰSZER nyomatéki egyensúlya  m = 0: EGYENSÚLY m v  - m R : SÚRLÓDÁS NÉLKÜL ha m S = 0 : LENGÉSEK KELETKEZNEK ha m S nagy : MÉRÉSI HIBA KELETKEZIK m v = - (m R + m F ): m F FÉKEZÉS LEGYEN U ind  dD/dt: INDUKÁLT FESZÜLTSÉG I F  dD/dt / R  k F m F : FÉKEZÉSRE ALKALMAS Megoldás: rövidre zárt menet = a tekercs fém kerete! Szállításkor, mozgatáskor: a kapcsokat rövidre zárni ! © Farkas György : Méréstechnika

24 FORGÓTEKERCSES („DEPREZ” RENDSZERŰ) © Farkas György : Méréstechnika tekercs A tekercs fém kereten van. Ez a keret egy rövidrezárt menetet alkot. TEKERCS

25 Váltakozó feszültség esetén az effektív érték megadása „szokásos” © Farkas György : Méréstechnika U 2 eff = 1 T  0 T [u(t)] 2 dt Szinuszos feszültségnél: u(t) = U 0 sin  t U eff = U 0 / √ 2

26 Váltakozó feszültség esetén az effektív érték megadása „szokásos” © Farkas György : Méréstechnika de a műszerek közül a legtöbb vagy az átlagértéket, vagy a csúcsértéket méri és csak kevés különleges eszköz méri ténylegesen az effektív értéket. Viszont kívánatos lenne, hogy az effektív értéket mutassa az eszköz. Az átlag és az effektív értékek közötti kapcsolat jelalak-függő, ezért az „átszámítás” csak szinuszos esetre érvényes!

27 © Farkas György : Méréstechnika ÁTLAG EGYENIRÁNYÍTÁS 1 T 0 T U á =  | u(t) | dt Szinuszos feszültség esetén: u(t) = U 0 sin  t U á = U 0 2/   U 0 / 1,57 Átlagot mér, de a szinuszos jelalakra vonatkozó effektívet értéket mutat: U á = 1,41 (  /2) U M = 0,9 U M

28 © Farkas György : Méréstechnika CSÚCS EGYENIRÁNYÍTÁS Szinuszos feszültség esetén: Csúcsértéket mér, de a szinuszos jelalakra vonatkozó effektívet értéket mutat: U csúcs =  U Max  ? U csúcs =  U min  ? U csúcs = U 0 U M = U 0 / U csúcs = 1,41 U M

29 Váltakozó feszültség mérő egyenárammal működtetett analóg mutatós műszerrel (Deprez) ÁTLAG EGYENIRÁNYÍTÁS Főleg elektromechanikus műszerekben Abszolútérték képzés + integrálás Graetz eir. + átlagolás  Az átlagolást (integrálást) az elektromos műszer mechanikai tehetetlensége valósítja meg.  Ha mérendő frekvencia nem sokkal nagyobb a mechanikai lengőrendszer rezonancia frekvenciájánál: ingadozás CSÚCSEGYENIRÁNYÍTÁS Főleg elektronikus műszerekben Csúcsértékképzés A csúcs szint megtartása  Ha közben változik a mért feszültség, a csökkenést is érzékelni kellene (a növekedés persze látszik)  A pozitív és a negatív csúcsérték különböző is lehet, ekkor polaritás-függő az eredmény! © Farkas György : Méréstechnika

30 ELEKTRONIKUS MÜSZEREK © Farkas György : Méréstechnika

31 ELEKTRONIKUS MÜSZEREK Energia ellátást igénylő, „aktív” elemeket tartalmaznak: IC, tranzisztor, katódsugárcső, (régen elektroncső) A működést blokkrajzzal mutatjuk be A blokk: funkcionális egység a blokk tápellátását nem ábrázoljuk a be- és kimenetek „jelzések” (nem „vezetékek”) A blokk funkcióját a beleírt (rövidített) szöveg, vagy jelkép adja meg.

32 Néhány jelölés ©Farkas György : Méréstechnika  =   INPUT   OUTPUT   OSC MIX

33 Átlagérték mérése ©Farkas György : Méréstechnika Abszolút érték képző Átlagoló Kijelző

34 Valódi effektív érték mérésére szükség van rá például torzítás és zaj méréskor Négyzetre emelés: digitális műszerben: számítástechnikával analóg műszerben: törtvonalas karakterisztikával Integrálás: digitális műszerben: számítástechnikával analóg műszerben: átlagképzés az elektromechanikus műszer tehetetlen tömege révén Gyökvonás: digitális műszerben: számítástechnikával analóg műszerben: a mutatós műszer megfelelő skálázásával © Farkas György : Méréstechnika U eff =   T 0 U 2( t) dt 1 T

35 Valódi effektív érték mérés Hőhatáson alapuló módszerrel © Farkas György : Méréstechnika U ki U eff  U DC ’  U’ DC U eff  P’ P’  ’ U ki  P”  ” A R’= R” Elv:  P’ = f 1 (U eff )  ’ = f 2 (P)  U’ DC = f 3 ( ’)  R’= R”   U DC = f 4 (  )  U ki = A  U DC  ha A >>1 (A   )   U DC << U’ DC (  U DC  0)    0, P’  P”  U ki  U eff ”  U” DC  U DC = U’ DC - U” DC  0

36 A csúcsérték mérése ©Farkas György : Méréstechnika R töltő R kisütő C  töltő = R töltő C  kisütő = R kisütő C Ideális eset: R töltő = 0, R kisütő =  Mi lesz az eredmény, ha mérés közben nő a feszültség ? …de mi lesz, ha csökken a feszültség, vagy ha véletlenszerűen ingadozik? ?

37 Egyenfeszültségű analóg elektronikus voltmérő ©Farkas György : Méréstechnika INPUT Az INPUT egység fokozatkapcsolós feszültségosztó a bemeneti ellenállás állandó, és nagy értékű ( általában > 10 M  ) Az erősítő DC és egyben ellátja a kijelző védelmét (limitál).

38 Szélessávú analóg elektronikus voltmérő ©Farkas György : Méréstechnika INPUT Az INPUT egység: kompenzált feszültségosztó elválasztó erősítő kisellenállású többfokozatú feszültségosztó Az erősítő szélessávú AC (limitál is) az egyenirányítót kis impedanciával táplálja

39 Nagyfrekvenciás analóg elektronikus voltmérő ©Farkas György : Méréstechnika Az INPUT egység egyenirányító, ezt követi a feszültségosztó és a DC erősítő.

40 TELJESÍTMÉNYMÉRÉS Pillanatérték: p(t) = u(t) i(t) © Farkas György : Méréstechnika

41 TELJESÍTMÉNYMÉRÉS Pillanatérték: p(t) = u(t) i(t) Átlagérték: © Farkas György : Méréstechnika P = 1 T  0 p(t)dt T

42 TELJESÍTMÉNYMÉRÉS Pillanatérték: p(t) = u(t) i(t) Átlagérték: Szinuszos eset: P összes = U eff I eff [VA] P hasznos = U eff I eff cos  [W] P meddő = U eff I eff sin  [W] © Farkas György : Méréstechnika P = 1 T  0 p(t)dt T

43 TELJESÍTMÉNYMÉRÉS OHMOS TERHELÉSEN © Farkas György : Méréstechnika  = 0 P hasznos = U eff I eff cos  P hasznos = U eff I eff I = U / R P= U 2 /R

44 3 árammérős módszer ©Farkas György : Méréstechnika I0I0 I1I1 I2I2 ZtZt R U U = I 2 R

45 3 árammérős módszer ©Farkas György : Méréstechnika Î0Î0 Î1Î1 Î2Î2    I0I0 I1I1 I2I2 ZtZt R U I 2 = U/R I 0 = I 1 + I 2

46 3 árammérős módszer ©Farkas György : Méréstechnika Î0Î0 Î1Î1 Î2Î2    Î 0 = Î 1 + Î 2 I 0 2 = I I 2 2 – 2I 1 I 2 cos  cos  = - cos  P hasznos = I 1 U cos  P hasznos =I 1 I 2 R cos  P hasznos = (I I 2 2 –I 0 2 ) R / 2

47 3 fázisú rendszer 0 vezetővel ©Farkas György : Méréstechnika P 2 = I 2 U 2 P 1 = I 1 U 1 P 3 = I 3 U 3 P = P 1 + P 2 + P 3 0

48 3 fázisú rendszer ha nincs 0 vezető ©Farkas György : Méréstechnika P a = (U 1 - U 3 ) I 1 U1U1 U2U2 U3U3 P b = (U 2 - U 3 ) I 2 - I 3 = I 1 + I 2 P a + P b = U 1 I 1 + U 2 I 2 - U 3 ( I 1 + I 2 ) = P 1 + P 2 + P 3

49 Elektrodinamikus műszer ©Farkas György : Méréstechnika Kitérés: D = É  I’ eff  I eff  cos  I’ eff = U eff / R I R ZtZt I’ U Jelölés: D = É  U eff  I eff  cos 

50 TELJESÍTMÉNYMÉRÉS SZORZÓ ÁRAMKÖRREL © Farkas György : Méréstechnika SZORZÓ U1U1 U2U2 U3U3 u 3 (t) = k u 1 (t) u 2 (t)

51 TELJESÍTMÉNYMÉRÉS SZORZÓ ÁRAMKÖRREL © Farkas György : Méréstechnika SZORZÓ U1U1 U2U2 U3U3 u 3 (t) = k u 1 (t) u 2 (t) Szinuszos esetben: u(t) = u eff cos  t i(t) = i eff cos (  t+  )

52 TELJESÍTMÉNYMÉRÉS SZORZÓ ÁRAMKÖRREL © Farkas György : Méréstechnika u 3 (t) = k u 1 (t) u 2 (t) Szinuszos esetben: u 1 (t) = k 1 u(t) u 2 (t) = k 2 i(t) u 3 (t) = k u(t) i(t) nT P = (k / nT)  u 3 (t) dt = k U eff I eff cos  0

53 TELJESÍTMÉNYMÉRÉS SZORZÓ ÁRAMKÖRREL © Farkas György : Méréstechnika cos  t cos (  t+  ) = ½ [ cos (2  t+  ) + cos  ] A bizonyításhoz: nT P = (k/nT)  u 3 (t) dt = 0 = (k/nT) ( ) 2 (nT/2) U eff I eff cos 

54 FREKVENCIA MÉRÉS © Farkas György : Méréstechnika A digitális mérési módszerek általában sokkal nagyobb pontosságot adnak. Egyes esetekben azonban célszerűbb analóg mérőműszert alkalmazni. (Folytonos megfigyelés szükséges például beállítások, hangolások esetén. Ilyenkor egy analóg (mutatós) kijelzés előnyösebb, mint ha a számok ugrálnának.)

55 FREKVENCIAMÉRÉS REZONANCIA MÓDSZERREL © Farkas György : Méréstechnika Pontatlan (  ), csak pontosabb módszerek kiegészítéseként alkalmazzuk. Laza csatolás maximum

56 Közvetlenül mutató analóg frekvenciamérő ©Farkas György : Méréstechnika UNI Az UNI egység uniformizált, azaz állandó szélességű és állandó amplitúdójú impulzusokat ad a bemeneti jellel szinkronban. Ennek az átlaga a frekvenciával arányos. 1/T  U = U 0 T i / T P U  f U  1 / T P TiTi TPTP U0U0 u(t) U

57 Szelektív (fix frekvenciás) analóg elektronikus voltmérő ©Farkas György : Méréstechnika Az INPUT egység: fokozatkapcsolós (esetleg több fokozatú) feszültségosztót és esetleg sávszűrőt tartalmaz Az erősítő szelektív, egy adott szűk frekvencia tartományban nagy az erősítése, az alatt és afelett nulla. A keskenysávú szűrő a jelek, zavarok közül csak az adott frekvenciájú komponens engedi az egyenirányítóra, így csak annak a nagyságát mérjük a többitől elválasztva. INPUT  

58 FREKVENCIAMÉRÉS OSZCILLOSZKÓPPAL © Farkas György : Méréstechnika Nagyon pontatlan (  ), ha az időalap eltérítési kalibrációját használjuk. Igen pontos Lissa’jous módszerrel, ha a referencia generátor frekvenciája pontos, hiszen 1/10 Hz-esnél kisebb frekvencia eltérés is észlelhető, és ez az eltérés akár GHz-re vonatkozhat! (  )

59 A HETERODYN ELV © Farkas György : Méréstechnika

60 A HETERODYN ELV ©Farkas György : Méréstechnika A keverés a rádió, tv. stb. vételtechnika alapmódszere. Lényege az f be frekvenciájú jelnek egy saját, „helyi” oszcillátor f o frekvenciájú jelével való keverése. OSC INP MIX f be fofo A keverő kimenetén megjelenő jel frekvenciái: f ki = n f be + mf o > 0 ahol n, m = 0,  1,  2,  3… n=1 és m=-1 esetén: f ki =   f  =  f be - f o  Tehát f ki : f be, f o, 2f be, 2f o stb. és  f be -f o ,  2f be -f o ,  f be -2f o ,  2f be -2f o  stb., stb. f ki

61 A HETERODYN ELV ©Farkas György : Méréstechnika OSC INP MIX f be fofo f ki =   f  =  f be - f o  f ki   f  f be fofo SZŰRŐ

62 A HETERODYN ELV ©Farkas György : Méréstechnika OSC INP MIX f be fofo   f  =  f be - f o  f ki   f  f be fofo SZŰRŐ Ha a szűrő aluláteresztő f H határfrekvenciával   fHfH U ki

63 A HETERODYN ELV ©Farkas György : Méréstechnika OSC INP MIX f be fofo   f  =  f be - f o  f ki   f  f be fofo SZŰRŐ Ha a szűrő aluláteresztő f H határfrekvenciával   fHfH U ki vagy inkább

64 Szelektív hangolható analóg feszültségmérő („heterodyn” elv) ©Farkas György : Méréstechnika INPUT OSC MIX INPUT = osztót és szűrőt tartalmaz (szűrés: a tükörfrekvenciára, felharmonikusokra) OSC = oszcillátor (hangolható, hiteles frekvenciájú) MIX = keverő (nemcsak a frekvencia különbséget állítja elő!) A sávszűrő (keskenysávú aluláteresztő)  

65 Spektrum analizálás (az analóg kijelzéses alapelve) ©Farkas György : Méréstechnika INPUT OSC MIX FG Y X  INP = bemeneti egység: osztó, sávszűrő MIX = keverő OSC = FM oszcillátor FG = fűrészfog generátor („ramp”) A  szűrő aluláteresztő

66 A HETERODYN ELV ©Farkas György : Méréstechnika OSC INP MIX f be fofo   f  =  f be - f o  f ki   f  f be fofo SZŰRŐ Ha a szűrő sávszűrő f 1 f 2 határfrekvenciával U ki f1f1 f2f2   

67 A HETERODYN ELV ©Farkas György : Méréstechnika OSC INP MIX f be fofo f ki   f  f be SZŰRŐ Ha a szűrő sávszűrő f 1 f 2 határfrekvenciával U ki f1f1 f2f2    ha kisfrekvenciás fo fo

68 FREKVENCIAMÉRÉS ANALÓG HETERODYN ELVEN ©Farkas György : Méréstechnika A szűrő aluláteresztő  f < f szűrő INP OSC MIX SZŰRŐ Q A keverő létrehoz harmonikusokat is!

69 FREKVENCIAMÉRÉS ANALÓG HETERODYN ELVEN ©Farkas György : Méréstechnika A kvarcoszcillátorral hitelesíteni lehet a hangolható oszcillátort INP OSC MIX SZŰRŐ Q


Letölteni ppt "MÉRŐMŰSZEREK Elektromos és elektronikus eszközök Az analóg és a digitális műszerek általános alapjai © Farkas György : Méréstechnika."

Hasonló előadás


Google Hirdetések