Elektromos mennyiségek mérése

Az előadások a következő témára: "Elektromos mennyiségek mérése"— Előadás másolata:

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

2 Tartalom Házi feladatok Elektromos mennyiségek mérése
A/D konverterek alkalmazásai

3 Házi feladatok

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

5 Házi feladat A honlapról letölthető
Beadási határidő: :00 utána félpontszám Beadás módja: papíron elektronikusan:

6 Feszültség mérése

7 Feszültségmérő bekötése
Párhuzamosan kötjük az áramkörbe Az áramkört nem kell megszakítani

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

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

10 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 %

11 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

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

13 A váltakozó jel paraméterei

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

15 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.

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

17 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)

18 A váltakozó jel paraméterei

19 Korrekciós tényezők

20 Mérőkapcsolások

21 Passzív egyenirányítás
Dióda nyitófeszültsége ~ 0,6 V

22 Aktív egyenirányítás

23 Kétutas aktív egyenirányítás

24 Csúcsérték detektor

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

26 AD RMS mérő

27 Áramerősség mérése

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

29 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

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

31 További paraméterek

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

33 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)

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

35 3 fázisú feszültség/áram
Nagyobb teljesítmények átvitele Kb. konstans teljesítmény

36 Fogyasztás mérése

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

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

39 Fáziskülönbség Időkülönbség mérése Fáziskülönbség → kitöltési tényező

40 Fáziskülönbség mérése

41 Ellenállás mérése

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

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

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

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

46 Hatpontos ellenállásmérés
Áramkörbe épített ellenállások mérése

47 A/D konverterek meghajtása

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

49 Követő erősítő

50 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

51 Jel átskálázása

52 Műszererősítő

53 További kapcsolások

54 Bemenet túlfeszültségvédelme

55 D/A kimenet bufferelése

56 Analóg kapcsolók

57 Analóg multiplexer

58 Mintavételi szűrő

59 Elsőfokú aluláteresztő szűrő
𝑓 𝑐 = 1 2 𝜋 𝑅𝐶

60

61 Példák mintavételi szűrőkre

62 Zavarjelek beszűrődése
Kapacitív Ohmikus Induktív

63 Vezetékek árnyékolása
Mágneses árnyékolás Földelt árnyékolás Védő árnyékolás Sodrott érpár

64 Köszönöm a figyelmet ... vége ...