40enenergii-thd-szum

POLITECHNIKA RZESZOWSKA
im. Ignacego Łukasiewicza
WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I INFORMATYKI
KATEDRA METROLOGII I SYSTEMÓW
DIAGNOSTYCZNYCH
METROLOGIA ELEKTRYCZNA
Andrzej Rylski Politechnika Rzeszowska Katedra Metrologii i
Systemów Diagnostycznych, ul. W. Pola 2 35-959 Rzeszów,
rylski @prz.rzeszow.pl
http://rylski.sd.prz.edu.pl/
POMIARY SYGNAŁÓW ELEKTRYCZNYCH W OBWODACH
JEDNOFAZOWYCH I WIELOFAZOWYCH – ENERGII,
ZNIEKSZTAŁCEŃ NIELINIOWYCH, ZAKŁÓCEŃ, POMIARY
OSCYLOSKOPEM CYFROWYM
Przetworniki pomiarowe
Przetwornik SIGMA - DELTA
Przetwornik U/f
Aplikacja układu C520D
Układ scalony C520D
Układ C520 – parametry
Układ scalony,przetwornika ICL7106, 7
Metoda podwójnego całkowania
Struktura wewnętrzna układu ICL 7107
Parametry przetwornika
Schemat prostego woltomierza cyfrowego
Pomiary sygnałów niesinusoidalnych
Współczynnik kształtu i szczytu
Automatyczny miernik zniekształceń nieliniowych
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Literatura:
1.
Rylski A., Metrologia – wybrane zagadnienia. Zadania, str.47- 85, 218- 239,
skrypt Wydanie III, Wydawnictwa Politechniki Rzeszowskiej 2004,
2.
Winiecki Wiesław: Organizacja komputerowych systemów pomiarowych.
Warszawa, OWPW 1997.
3.
Gregg W. David; Podstawy telekomunikacji analogowej i cyfrowej, WNT
Warszawa 1983r.
4.
Sydenham P.H; Podręcznik metrologii, WKŁ Warszawa 1990.
Przetwornik SIGMA - DELTA
wejście
analogowe
wzmacniacz
wejściowy o
programowo
ustawianym
wzmocnieniu
1 - 128
2,5V & 200 A
PRZETWORNIK
sigma-delta
modulator
a/c
programowany
filtr cyfrowy FDP
sterowanie pracą układu
transmisją danych
Rys. 3.18. Struktura układu AD7711
interfejs szeregowy
Przetwornik U/f
Schemat blokowy przetwornika C520D
Aplikacja układu C520D
Układ scalony C520D
Tablica 3.1. Wartości dopuszczalne parametrów układu C520D
Oznaczenie
Min
Max
Parametr
Napięcie zasilania
Us
Napięcie wejściowe:
-między HI a masą
-między Lo a masą
UiH
UiL
Napięcie na wejściu HOLD
Napięcie na wyjściach cyfrowych
[V]
[V]
UH
[V]
UOH
0
7
-15
-15
15
15
0
7
[V]
7
Temperatura otoczenia
to
0
70
4.5
5.5
0
70
-99
-200
999
200
0
3.2
0.8
0.4
5.5
1.6
Warunki pracy układu C520D
Napięcie zasilania
Us
Temperatura otoczenia
to
Napięcie wejściowe:
-różnicowe
-sumacyjne
Ui
[V]
UCM
Napięcie na wejściu HOLD:
-pomiar normalny
-pomiar szybki
-pamiętanie
UH
[V]
[V]
Układ C520 - parametry
Tablica 3.2. Parametry charakterystyczne układu C520D (warunki pracy zgodne z tabl.3.1)
Parametr
Dokładność
Współczynnik
temperaturowy:
-zera
-współczynnika
konwersji
Współczynnik tłumienia
-sygnału sumacyjnego
-napięcia zasilającego
Oznac
zenie
-
Min
-
Typow
y
0.05
-
Max
Uwagi
0.1
w % wart.
odczytanej 1
cyfra
-
=900mV
-
=5V
25V/K
60ppm/
K
TK NP
TK END
CMRR
PSRR
48dB
65dB
Prąd wejściowy (wejścia
HI, LO)
Ii
-
110A
-
P1=50k
Prąd zasilania
Is
-
9mA
20mA
=5V
Wyjścia cyfrowe:
-napięcie
w
stanie
niskim
-prąd w stanie niskim
-prąd w stanie wysokim
UOL
IOL
IOH
150mV
3.2mA
400m
V
IOL=1,6mA
UOL=400m
V
Pomiar:
-normalny
-szybki
-
1.6m
A
200A
2
48
4
96
7
168
przetworzeń
na sekundę
Przetwornik ICL7106, 7
Struktura wewnętrzna układu ICL 7107 (część analogowa)
Metoda podwójnego całkowania
Rys.3.20. Metoda podwójnego całkowania - przebiegi czasowe
Struktura wewnętrzna układu ICL 7107
Rys.3.22. Struktura wewnętrzna układu ICL 7107 (część cyfrowa)
Jed
nost
ka
Min
Zakres przetwarzania
mV
199.9
Czas przetwarzania
ms
80
Błąd liniowości
LSB
-1
Wsółczynnik tłumienia
sygnałów
wspólnych
CMRR
dB/
V/V
86/50
V
15
pA
1
10
Współczynnik
cieplny
zmian
napięcia
przesunięcia zera
0.2
1
Współczynnik
nachylenia
charakterystyki
przetwarzania
1
5
Parametry
przetwornika
Szumy
szczytowa)
(wartość
Prąd wejściowy
cieplny
Typ
±0.2
Ma
x
Uwagi
199
9
maks. wskazanie:
1999 jednostek
+1
T=20ms
0o C  TA  70o C
U=0,2V oraz =2V
U=200mV
0o C  TA  70o C
U=0.2V
U=0V
Parametry
przetwornika
Wewnętrzne napięcie
odniesienia
Jed
nost
ka
V
Min
2.4
Typ
2.8
Ma
x
3.2
Uwagi
R1=25k
0o C  TA  70o C
Zmiany temperaturowe
wewnętrznego
nap.
odniesienia
80
Niestabilność
zasileniowa wewn. nap.
odniesienia
0.001
R1=25k
0o C  TA  70o C
Prąd sterujący segmenty
wyświetlacza LED
mA
5
8
U=5V
nap.segmentu
U=3V
Prąd sterujący segment
"jedynki"
mA
10
16
U=5V
nap.segmentu
U=3V
Prąd zasilania
mA
0.8
1.8
Schemat prostego woltomierza cyfrowego
.3.23. Schemat prostego woltomierza cyfrowego o zakresie: -200...200mV
Oscyloskop
Pasmo analogowe: 100, 300 lub 500 MHz
Maksymalna częstość próbkowania:do 5 GS/s
Ilość kanałó: 2 lub 4 rejestrujące oraz kanał wyzwalania zewnętrznego
WaveAlert™ - automatyczne wykrywanie i reakcja przyrządu na anomalie sygnału
Wbudowana stacja dysków (1,44MB/3.5’’) z zapisem rejestrowanych sygnałów, nastaw i zrzutów ekranu
Standardowo montowane złącze CENTRONIX umożliwiające bezpośredni wydruk zobrazowania
Rozdzielczość w amplitudzie: 9 bitów
QuickMenu- wywoływany przez użytkownika uproszczony tryb obsługi oscyloskopu
Rozbudowany system wyzwalania oraz transformata FFT standardowo we wszystkich modelach
Wyzwalanie sygnałem wizyjnym TV, HDTV, SDI (opcja )
Maski telekomunikacyjne (opcja)
Zaawansowana analiza matematyczna (opcja)
Test parametrów granicznych sygnału (opcja)
Możliwość pełnej współpracy z sondami aktywnymi, różnicowymi i prądowymi
e*Scope – standardowo montowany interfejs LAN umożliwiający pracę z oscyloskopem przez przeglądarkę internetową
Interfejsy komunikacyjne RS-232 i GPIB oraz złącze VGA (opcja)
Oscyloskop przystosowany do sterowania głosowego oprogramowaniem VocalLink™ (opcja)
Zasilanie bateryjne (opcja)
Oscyloskopy cyfrowe TDS1000 / TDS2000
 Pasma: 60MHz, 100MHz i
200MHz
 Próbkowanie: do 2GS/s
Ilość kanałów: 2 lub 4
Wyświetlacz: LCD monochromatyczny lub
kolorowy
AUTOSET MENU
PROBE CHECK WIZARD
Pomoc kontekstowa
Podwójna podstawa czasu
Zaawansowane wyzwalanie
11 automatycznych
pomiarów
FFT standardowo we
wszystkich modelach
Pamięć przebiegów i nastaw
Oscyloskop - pomiar



















Dane techniczne
Oscyloskop
Pionowo:
Częstotliwość/odpowiedź
AC sprzęgnięty
Czas podnoszenia
Czułość
Tryby
Wejściowa impedancja
Rozkład
Dokładność
Poziomo :
Tryby
-3dB
DC do > 50MHz
< 10Hz bezpośrednio
< 1Hz z sondą 10:1
< 7ns
1 mV do 100 V/ dz.
kanał A, B, A odwrócony, B odwrócony
A+B, A-B lub A=y & B=x
1MW, 25pF bezpośrednio
10 MW z sondą 10:1
8 Bit/D przetwornica
± (2% + 1 pixel)
Powrotny
Pojedynczy strzał
Zwojowy



















Ustawienia:
Powrotny
10ns do 5s/dz.
Kanał podwójny zmienny
10ns do 20ms/dz.
Kanał podwójny odcinający
50ms do 5s/dz.
Pojedynczy strzał
100ns do 5s/dz.
Kanał podwójny zmienny
100ns do 20ms/dz.
Kanał podwójny odcinający
50ms do 5s/dz.
Kanał zwojowy podwójny odcinający 10s do 60s/dz.
Dokładność
±(0.1%+1pixel)
Długość zapisu 256 lub 512 próbki (pixele) na 10 lub 20 działek
Spust:
Źródła kanał A, B lub zewnętrzne
Czułość
Kanał A lub B<0.5 działki dla 10MHz
<1.5 działki dla 60MHz
<4 działki dla 100MHz
Zewnętrzne +0.2 V lub +2 V poziomy (TTL zgodny)
Wejściowa impedancja
1MOhm, 25pF bezpośrednio
10MOhm z sondą 10:1
3.21
Pomiary sygnałów niesinusoidalnych
Sygnał zmodulowany amplitudowo sygnałem wielotonowym

1
u AM ( t )  U 0 cos( 0 t  )   m n U 0 cos[( 0  nW) t     n ] 
n 1 2

1
  m n U 0 cos[( 0  nW) t     n ]
n 1 2
a0, an , bn, Fn - współczynniki Fouriera 0 i n-tej harmonicznej
w0 - częstotliwość podstawowa (sygnał modulowany)
W - częstotliwość sygnału modulującego
(t)- przesunięcie fazy sygnału modulującego do sygnału modulowanego dla czasu t
W
A.
1W 3W 5W 7W 9 W

B.
0
C.
0
0-W 0 0+ W
0

2
3
0
0
Rys. 3.24. Widmo sygnału zakłóconego: A. sygnał podstawowy zakłócony, B. sygnał podstawowy i sygnał modulujący są zakłócone
Współczynnik kształtu i szczytu
Współczynnik kształtu
U
kk 
U sr
(3.37)

VTRUrm
Vśr
s
Rys.3.25. Układ do pomiaru współczynnika kształtu
Współczynnik szczytu
ks 

Um
U
(3.39)
VTRUrm
Vm
s
Rys.3.26. Układ do pomiaru współczynnika szczytu
Współczynnik zniekształceń nieliniowych
k
U 22  U32  U 42  ...  U n2 
U
(3.41)
filtr środkowo
zaporowy składowej
podstawowej

2
1
woltomierz
wartości
skutecznej
Rys.3.27. Metoda pomiaru współczynnika zniekształceń nieliniowych
Automatyczny miernik zniekształceń nieliniowych
WOLT.
TRUE
RMS
dzielni
k
+
DS
DS

2
ukł ad
przeł ą czan
ia
zakresów
Miernik
czę stotliwo
ś ci
f
Rys.3.28. Schemat blokowy automatycznego miernika zniekształceń nieliniowych
Półautomatyczny miernik zniekształceń nieliniowych PMZ-11
Półautomatyczny miernik zniekształceń nieliniowych
PMZ-11 Zadanie 1
Pytania:
Pytania:
Przetwornik C520D
Przetwornik ICL 7107
Sposoby opisu właściwości sygnału.
Metoda opisu sygnału szeregiem Fouriera.
Definicja współczynnika kształtu.
Definicja współczynnika szczytu.
Definicja współczynnika zniekształceń nieliniowych.
Sposób pomiaru współczynnika kształtu.
Sposób pomiaru współczynnika szczytu.
Sposób pomiaru współczynnika zniekształceń nieliniowych.
Literatura:
[1]. P.D. Sydenham, Podręcznik metrologii, WKŁ Warszawa 1990r.
[2]. A. Rylski, Sensory i przetworniki wielkości nieelektrycznych, zadania, skrypt Politechniki Rzeszowskiej 1994r.
[3]. A. Rylski, Ocena przetworników pomiarowych w procesie ich uwierzytelniania, materiały IV Międzynarodowego Seminarium Metrologów Rzeszów
1997r.
[4] S. Michalak, Współpraca specjalizowanych przetworników a/c z mikroprocesorowym
systemem pomiarowym. ZN WSI nr 203, Opole 1994, s. 67-70.
[5]. W.David Gregg, Podstawy telekomunikacji analogowej i cyfrowej WNT Warszawa str 88
[6]. Instrukcja obsługi miernika PMZ11,
[7]. S.I.Baskakow, Sygnały i układy radiotechniczne, PWN Warszawa 1991r