Elektromos mennyiségek mérése Mérés és adatgyűjtés Elektromos mennyiségek mérése Mingesz Róbert 2014. március 13.

Tartalom Házi feladatok Elektromos mennyiségek mérése A/D konverterek alkalmazásai

Házi feladatok

Gyakorló feladatok Érdemes megoldani Megoldás elérhető a honlapon (csak megoldás után nézzétek meg) A megoldásokat ne küldjétek el!

Házi feladat A honlapról letölthető Beadási határidő: 2014.03.28. 23:00 utána félpontszám Beadás módja: papíron elektronikusan: mingesz@inf.u-szeged.hu

Feszültség mérése

Feszültségmérő bekötése Párhuzamosan kötjük az áramkörbe Az áramkört nem kell megszakítani

Reális feszültségmérő Ideális feszültségmérő nem vezet Reális feszültségmérő: véges belső ellenállás ( 𝑅 M ) Helyettesítő kép:

Műszer belső ellenállása 𝑅 b : a feszültségforrás belső ellenállása (impedanciája) 𝑅 M : a műszer belső/bemenő ellenállása

Példa belső ellenállásra 𝑅 b =100 kΩ, 𝑅 𝑀 =1 MΩ, 𝑈=10 V 𝑈 M =𝐼∙ 𝑅 M = 𝑈 𝑅 b + 𝑅 M 𝑅 M = 10 V 100 kΩ+1MΩ ∙1 MΩ 𝑈 M =9,09 V A feszültségmérés relatív hibája: ℎ=9,09 %

Példa belső kapcsolásra 𝑅 M = 𝑅 2 + 𝑅 1 ∙ 𝑅 3 𝑅 1 + 𝑅 3 𝑈 0 = 𝑉 cc ∙ 𝑅 1 𝑅 1 + 𝑅 3

Bemenő impedancia megadása Bemenő ellenállás Földre van kötve Nincs megadva nulla pont Szivárgó áram Szivárgó áram hatása: ∆𝑈= 𝑅 b ∙ 𝐼 be

A váltakozó jel paraméterei

Egyszerű közép 𝑈 k = 1 𝑇 0 𝑇 𝑈 𝑡 d𝑡 Tiszta szinuszos jel esetén nulla

Effektív középérték (RMS) 𝑈 eff = 1 𝑇 0 𝑇 𝑈 𝑡 2 d𝑡 Az effektív érték annak az egyenfeszültségnek vagy egyenáramnak az erősségének felel meg, melynek teljesítménye egy ohmikus ellenálláson megegyezik az egyen vagy váltóáram teljesítményével.

Abszolút középérték 𝑈 a = 1 𝑇 0 𝑇 𝑈 𝑡 d𝑡 Az egyenirányított jel középértéke

Csúcsérték Peak value Csúcstól-csúcsig amplitúdó (Peak to peak value) a 0/középérték és a maximális érték különbsége Szinuszos jel esetén: amplitúdó Zajok esetén: 3σ Csúcstól-csúcsig amplitúdó (Peak to peak value)

A váltakozó jel paraméterei

Korrekciós tényezők

Mérőkapcsolások

Passzív egyenirányítás Dióda nyitófeszültsége ~ 0,6 V

Aktív egyenirányítás

Kétutas aktív egyenirányítás

Csúcsérték detektor

RMS mérése Termikus konverterek Analóg szorzók Mért jelek digitális feldolgozása Integrált áramkörök

AD8361 - RMS mérő

Áramerősség mérése

Áramerősség mérése Sorosan kötjük az áramkörbe Az áramkört meg kell szakítani!

Áramerősség-mérő belső ellenállása Ideális áramerősség-mérő: jól vezet belső ellenállása 0, a rajta eső feszültség 0 V Reális áramerősség-mérő: véges belső ellenállás feszültség esik az áramerősség-mérőn

Áramerősség-feszültség konverzió Ohm törvény alapján: 𝐼=𝑈/𝑅

További paraméterek

A váltakozó áram teljesítménye Pillanatnyi teljesítmény: 𝑃 𝑡 =𝑈 𝑡 ∙𝐼(𝑡)

Hatásos teljesítmény A fogyasztó által felvett teljesítmény folyamatosan változik Hatásos teljesítmény (átlagos teljesítmény): 𝑃= 𝑈 eff 𝐼 eff cos 𝜑 cos 𝜑 : teljesítménytényező (ideális esetben = 1)

Meddő teljesítmény 𝑃= 𝑈 eff 𝐼 eff sin 𝜑 A fogyasztó és az erőmű között ingázik Szállítása veszteséget termel

3 fázisú feszültség/áram Nagyobb teljesítmények átvitele Kb. konstans teljesítmény

Fogyasztás mérése

Frekvencia mérése – analóg elv Feszültség – frekvencia konverzió Bemenet → jelkondicionálás → rögzített idejű impulzusok → átlagolás

Frekvencia mérése – számlálás Bemenet → jelkondicionálás → impulzusok → időegység alatt érkező impulzusok számlálása

Fáziskülönbség Időkülönbség mérése Fáziskülönbség → kitöltési tényező

Fáziskülönbség mérése

Ellenállás mérése

Ellenállás mérése Ohm törvény alapján 𝑅 x = 𝑈 𝐼 Megjegyzés: az ellenállást mindig ki kell szedni az áramkörből!

Feszültségosztó 𝑈 x =𝑈∙ 𝑅 x 𝑅 x + 𝑅 1 ⇒ 𝑅 x = 𝑅 1 𝑈 x 𝑈− 𝑈 x

Ellenállás mérése áramgenerátorral Előny: a mért feszültség arányos az ellenállással A vezetékek ellenállása hibát okoz 𝑅 x = 𝑅 ref 𝑈 ki 𝑈 ref

Négypontos ellenállásmérés Cél: vezeték ellenállásának kiküszöbölése További alkalmazás: fajlagos ellenállás mérése

Hatpontos ellenállásmérés Áramkörbe épített ellenállások mérése

A/D konverterek meghajtása

Szükséges jelkondicionálás Bemenet impedanciájának növelése Előerősítés Mintavételi szűrés Csatorna kiválasztása Feszültség átskálázása A/D bemenet meghajtása

Követő erősítő

Jel átskálázása Pl. bemenő jel ±1 V Kimenő jel: 0..2,5 V 𝑅 1 𝑅 2 = 1 1,25 , 𝑈 x =0,444 𝑉

Jel átskálázása

Műszererősítő

További kapcsolások

Bemenet túlfeszültségvédelme

D/A kimenet bufferelése

Analóg kapcsolók

Analóg multiplexer

Mintavételi szűrő

Elsőfokú aluláteresztő szűrő 𝑓 𝑐 = 1 2 𝜋 𝑅𝐶

Példák mintavételi szűrőkre

Zavarjelek beszűrődése Kapacitív Ohmikus Induktív

Vezetékek árnyékolása Mágneses árnyékolás Földelt árnyékolás Védő árnyékolás Sodrott érpár

Köszönöm a figyelmet ... vége ...