Mérés és adatgyűjtés levelező tagozat

Az előadások a következő témára: "Mérés és adatgyűjtés levelező tagozat"— Előadás másolata:

1 Mérés és adatgyűjtés levelező tagozat
Elektromos mennyiségek mérése Mingesz Róbert 2014. március 28.

2 Tartalom Elektromos mennyiségek mérése A/D konverterek alkalmazásai
Védelmi kategóriák Digitális multiméterek Tápegységek

3 Reklám

4 Honlap: http://www.noise.inf.u- szeged.hu/Research/cefaic/
Facebook oldal: Jövő héttől kvíz kérdések pluszpontokért

5 Kvíz kérdések – szabályok
Egy személy: csak egy válasz Több válasz esetén egyikért sem jár pont Azonos válaszok esetén Csak az első kap pontot Első x helyes válasz (csak ha így van kiírva a kérdés) Kapható pluszpont: 1-3 Feladat nehézségétől valamint választól függő

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 Műszerek védelmi kategóriái
on-notes/pdf/safety/abcs-of-multimeter- safety_an.PDF Műszerek védelmi kategóriái

65

66

67 Törvény Ki szerelhet villamos berendezéseket? Mérnökinformatikus NEM!
id=A NFG

68 Érintésvédelem 1. érintésvédelmi osztály – védőföldelés Mindig földelni kell 2. érintésvédelmi osztály – kettős szigetelés A megérinthető részek vagy műanyagból vannak, vagy a fémrészeken nem lehet veszélyes feszültség (meghibásodás esetén sem). 3. érintésvédelmi osztály – törpefeszültség 50 V alatti feszültség. Leválasztó transzformátor (⇒ földfüggetlen)

69 Műszerek biztonsága Védelem Túlfeszültség Rövidzár / túláram Ember
Berendezések által kelltet Villámok Rövidzár / túláram

70 Védelmi kategóriák

71 Védelmi kategóriák Kategória Alkalmazás CAT IV 3 fázisú áram
Kültéri vezetékek CAT III Nagyteljesítménű beltéri berendezések Világítás, konnektorok CAT II Hordozható berendezések Hosszabbítók CAT I Védett elektromos berendezések (transzformátor után) Alacsony energiájú nagyfeszültségű rendszerek

72 Kategóriák tesztelése
Kategória Üzemi feszültség Impulzus (20 mérés) Forrás ellenállása CAT I 600 V 2500 V 30 Ω 1000 V 4000 V CAT II 12 Ω 6000 V CAT III 2 Ω 8000 V CAT IV

73 Multiméter bemenetének védelme

74 Védelem?

75 ESD védelem ESD védelem (statikus feltöltődés ellen)

76 IP védelem Műszer védelme a külső behatásokkal szemben Példa: IP67

77 Első számjegy: Érintés és idegen test behatolása elleni védettség
0: nincs védettség 1: >50 mm (nagyobb testrészek) 2: >12,5 mm (újjak) 3: >2,5 mm (szerszámok) 4: >1 mm (csavarhúzók, vezetékek) 5: A bejutó por nem akadályozhatja az eszköz működését 6: Nem juthat por az eszközbe

78 Második számjegy: Víz behatolása elleni védettség 0: nincs védettség
1: Függőlegesen csöpögő víz elleni védettség ... 4: Védelem fröccsenő víz ellen 5: Védelem vízsugár ellen 6: Védelem erős vízsugár ellen 7: Vízállóság 1 m mélységig (30 percig) 8: Vízállóság 1 m mélységig, tetszőleges ideig A bejutó víz nem akadályozza az eszköz működését

79 Analóg multiméterek

80

81 Digitális multiméterek

82 Multiméterek blokkdiagramja

83 Multiméter kapcsolási rajza

84 Bemeneti feszültségosztó
A bemenő impedancia méréshatártól függetlenül állandó Értéke: 10 MΩ (olcsó multiméterek: 1 MΩ)

85 Áramerősség mérése A műszer belső ellenállása méréshatárfüggő

86 Gazdaságos multiméterek
Ár: 1000 Ft 3,5 digit NEM MEGBÍZHATÓ! Elem lemerülés jelzése? Kontaktusok minősége?

87 Multiméterek tulajdonságai
Minőség Aranyozott csatlakozók, kapcsolófelületek Elemlemerülés kijelzése Megbízhatóság, gyártó Digitek száma, felbontás Pl. 3,5; 4,5 Pontosság, reprodukálhatóság Függ a méréshatártól (pl. 0,5 % ± 2 dg)

88 A digit jelentése 3,5 digit: kijelzett érték: – (3,75 digit ⇒ kijelzett érték: -3999–+3999) Példa pontosság számolására Méréstartomány: 200 kΩ Felbontás: 0,1 kΩ Pontosság: ±(1,2%+3 d) Mért érték: 85,3 kΩ Maximális hiba: 85,3 kΩ∙0,012+0,1 kΩ∙3

89 Műszerek tulajdonságai
Belső ellenállás Feszültség mérése 𝑅 M =10 MΩ Áramerősség mérése 𝑈 M <0,3 V

90 További szolgáltatások
Automatikus kikapcsolás Szakadásvizsgáló (rövidzárlatok keresése) Reakcióidő? Automatikus méréshatárváltás Max / Min / Memória True RMS AC frekvenciatartomány

91 További szolgáltatások
Frekvencia mérése Kapacitás mérése Tranzisztor vizsgálata Hőmérséklet mérése 4-20 mA-es jeladók fogadása Logikai jelek vizsgálata Háttérvilágítás PC kapcsolat

92 Példák multiméterekre

93 METEX M3800 Ft 3,5 digit DC feszültség 200m/2/20/200V/ 1000V; ±(0.5%+1d) AC feszültség 200m/2/20/200V/ 750V; ±(0.5%+1d)

94 METEX M3800 DC áram 200µ/2m/20mA/200mA/20A; ±(1.2%+1d) 10 A-es méréshatár 15 s-ig használható AC áram 200µ/2m/20mA/200mA/20A; ±(1.8%+3d) Ellenállás 200/2k/20k/200k­/2M/20M­ ; ±( 1.0%+2d) Diódavizsgálat, tranzisztorvizsgálat, szakadásvizsgálat

95 UNI-T UT60H Ft 4,75 digit DC feszültség 4/40/400V/ 1000V; ±(0.1%+5d) AC feszültség 4/40/400V/ 750V; ±(1%+3d)

96 UNI-T UT60H DC / AC áram: 400µ/4m/40mA/400mA/10A; ±( 0.8%+10d) 10 A-es méréshatár 15 s-ig használható Ellenállás, kapacitás, frekvenciamérés Hőmérsékletmérés, 4-20 mA áramhurok Dióda-, tranzisztor- és folytonosságvizsgálat AC frekvenciatartomány: 45Hz–1kHz

97 Fluke 177 Ft 3,75 digit DC feszültség 0,6 V V; ±(0.1%+2d) AC feszültség 0,6 V V; ±(1%+3d)

98 Fluke 177 DC / AC áram: 60 mA A; ±( 1%+3d) 10 A-es méréshatár is védett! Ellenállás, kapacitás, frekvenciamérés Dióda-, és folytonosságvizsgálat True-RMS AC frekvenciatartomány: 45Hz–1kHz CAT III 1000 V, CAT IV 600 V

99 Lakatfogó multiméter Áramerősség mérése az áramkör megszakítása nélkül
AC/DC mágneses tér

100 Asztali multiméterek Ár: 100 000 Ft – 500 000 Ft
Nagy pontosság, felbontás, reprodukálhatóság Négypontos mérések

101 Agilent 34410A 6,5 digit felbontás (1 000 minta/s) 5,5 digit felbontás ( minta/s) LAN, USB, GPIP kapcsolat 50 kΩ adatlogger DC feszültségmérés: 0,003% pontosság 10 MΩ­ vagy 10 GΩ ­ bemenő impedancia AC feszültségmérés: 0,06% pontosság 300 kHz sávszélesség Ellenállás mérése: 2 pontos/4 pontos 100­... 1MΩ ­: 0,01% pontosság 1GΩ ­: 8% pontosság

102 Agilent 34461a

103 DC / AC feszültség mérése
Méréshatár: automatikus / manuális Apertura: mérési idő Input Z: 10 Mohm / > 10 Gohm AC feszültség szűrő: > 20 Hz; > 200 Hz

104 Áram mérése Külön csatlakozó a 10 A méréshatárhoz

105 Ellenállás mérése Alacsony értékű ellenállások mérése: 4 pontos ellenállásmérés

106 Funkciók Probe Hold: A multiméter megjegyzi a stabil értékeket
Math: null, dB, statistics

107 Funkciók Limits: Küszöbszintek figyelése
Histogram: Eloszlás vizsgálata

108 RLC-mérők Induktivitás/kapacitás mérése
Különböző paraméterek (veszteség...) mérése

109 Source Meter Ellenállás/vezetőképesség mérése
Pontosan szabályozható áram/feszültség

110 Tápegységek

111 Adapterek

112 Tápegységek

113 Laboratóriumi tápegységek
Tesztelés alatt álló áramkör tápfeszültségének biztosítása Védelem Túláram Túlfeszültség Rövidzár Mérés Áramfelvétel Fogyasztás

114 Tenma 2x 0-30V 3A áramgenerátor / feszültséggenerátor üzemmód áramerősség és feszültség mérése 5 V 3A ~ 100 eFt

115 Hameg HMP2030 3 x 0..32V/0..5A, max. 188W 1 mV-os, 0,1 mA-es felbontás
Túláram-védelem („FuseLink”) Programozható, PC kapcsolat Ft

116 Rigol DP832A 2 x 0..30V/0..3A; 0..5V/0..3A, max. 195W
1 mV / mA-es felbontás (mérés: 0,1 mV / mA) Túláram-védelem, Programozható, PC kapcsolat DP832: szoftveresen „butított” változat Ft

117 Kijelzés

118 Jelalakok vizsgálata

119 Programozás

120 Agilent N6705B DC Power Analyzer
4 modul, akár 100 V, 100 W Beépített oszcilloszkóp, jelgenerátor Programozható, PC kapcsolat ~ Ft

121 Tápegységek tulajdonságai
Megbízhatóság Védelem Maximális teljesítmény / áram Működés: Stabilitás Bekapcsolási tranziensek

122 Köszönöm a figyelmet ... vége ...