POLITECHNIKA RZESZOWSKA im. Ignacego Łukasiewicza WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I INFORMATYKI ZAKŁAD METROLOGII I SYSTEMÓW POMIAROWYCH METROLOGIA Andrzej Rylski Politechnika Rzeszowska Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych, ul. W. Pola 2 35-959 Rzeszów, rylski @prz.rzeszow.pl http://rylski.sd.prz.edu.pl/ PRZETWORNIKI POMIAROWE 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 0o C TA 70o C U=200mV V 15 U=0.2V 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=0V Parametry przetwornika Wewnętrzne napięcie odniesienia Jed nost ka V Min 2.4 Typ 2.8 Zmiany temperaturowe wewnętrznego nap. odniesienia 80 Niestabilność zasileniowa wewn. nap. odniesienia 0.001 Ma x 3.2 Uwagi R1=25k 0o C TA 70o C 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 n) t n ] n 1 2 1 m n U 0 cos[( 0 n) 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 A. 1 3 5 7 9 B. 0 C. 0 0- 0 0+ 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 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