1 POLITECHNIKA RZESZOWSKA im. Ignacego Łukasiewicza WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I INFORMATYKI KATEDRA METROLOGII I SYSTEMÓW DIAGNOSTYCZNYCH METROLOGIA Andrzej Rylski Politechnika Rzeszowska Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych, ul. W. Pola 2 35-959 Rzeszów, rylski @prz.edu.pl http://rylski.sd.prz.edu.pl/ Andrzej Rylski Politechnika Rzeszowska Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych, ul. W. Pola 2 35-959 Rzeszów, rylski @prz.edu.pl http://rylski.sd.prz.edu.pl/ Przetworniki pomiarowe 1.Karta przedmiotu 2.Ogólny schemat blokowy przyrządu pomiarowego 3.Obliczanie błędu w pomiarach pośrednich 4.Obliczanie błędu w pomiarach pośrednich 5.Zakłócenia 6.Konstrukcja strony pierwotnej zasilacza 7.Przetwornik pierwotny 8.Przetwornik pierwotny modele 9.Przetwornik pierwotny transduktor, kontaktron 10.Układy normalizujące 11.Przetworniki AC/DC, całkujący, selektywny 12.Pole odczytowe - przetwornik sygnał elektryczny / informacja optyczna 13.Woltomierz magneto-elektryczny 14.Przetworniki U/U – detektor synchroniczny 13.Model wektorowy Model wektorowy 14.Zastosowanie detekcji synchronicznej 15.Woltomierz wektorowy do pomiaru składowej czynnej i biernej 16.Przesyłanie sygnału chrominancji. 17.Praktyczny układ detektora 18.Generatory funkcji- przetwornik wartości średniej 19.Generator funkcji – selektor sygnałów 20.Generator funkcji x 2 oraz jej funkcji odwrotnej 21.Generator funkcji obliczającej wartość skuteczną 22.Pytania, literatura

2

3 Ogólny schemat blokowy przyrządu pomiarowego. Rys. Schemat blokowy przyrządu pomiarowego. Właściwości statyczne: S – czułość przyrządu C=1/S – stała przyrządu  x – dokładność przyrządu  n x - błąd nieczułości Przetwornik pomiarowy (funkcyjny) dzielnik k1  k1M,  k1A, Przetwornik normalizacyjny wzmacniacz k2  k2M,  k2A, we Przyrząd wskazujący, miernik k3  k3M,  k3A,

4 Obliczanie błędu w pomiarach pośrednich Zadanie 1 Oblicz wartość błędu pomiaru pośredniego rezystancji, który wykonano metoda techniczna przez pomiar prądu płynącego przez rezystor i spadku napięcia na nim.

5 Schemat blokowy przyrządu pomiarowego [5], str. 31 układ pomiarowy dzielniki wzmacniacz AC/DC wzmacniacz całkujący A/C transkoder pole odczytow e zasilacz układ sterowania separator przetworni k pierwotny źródło sygnału odniesienia Schemat blokowy przyrządu pomiarowego Schemat zasilacza napięcia stałego

6 Zakłócenia

7 Konstrukcja strony pierwotnej zasilacza

8 Przetwornik pierwotny, [5], str. 162 Przetworniki pierwotne są to układy przetwarzające różne sygnały na elektryczne - tym zajmuje się technika sensorowa oraz sygnały nieelektryczne na sygnały napięciowe itp., które są przedmiotem zainteresowania w obszarze miernictwa wielkości nieelektrycznych [2]. Rys. Czujnik Halla Rys. Indukcyjny czujnik rotacji z magnesem stałym Gdzie: q- ładunek elektryczny przewodnika v- szybkość przemieszczania się ładunku E- natężenie pola elektrycznego B- gęstość strumienia magnetycznego (prostopadłego do kierunku ruchu ładunku elektrycznego)

9 Przetwornik pierwotny modele Czujniki magnetyczne położenia wału korbowego Cinquecento 900

10 Przetwornik pierwotny transduktor, kontaktron Rys. Kształty rdzeni czujników transduktorowych: a) dwuprętowy, b) pierścieniowy, c) ze wzdłużnym rdzeniem zamkniętym. Rys Zestyki kontaktronowe: strefy przełączania dla magnesu równoległego do osi czujnika.

11 Układy normalizujące [5] str. 34 Dzielniki normalizujące sygnał Rys.1.14. Schemat dzielnika napięcia skompensowanego częstotliwościowo rezystancja wejściowa (R o - rezystancja obciążenia): R we = R 1 + R 2  Ro (1.36) podział napięcia: (1.37) Wzmacniacze normalizujące sygnał Rys.1.15. Schemat wzmacniacza odwracającego (1.39) R we  R1 (1.38) Rys.1.16. Schemat wzmacniacza nieodwracającego (1.40) (1.41)

12 Przetworniki AC/DC, całkujący, selektywny [5] str. 37 Rys.1.17. Schemat dokładnego detektora jednopołówkowego Rys.1.18. Przebiegi czasowe napięć w zaznaczonych punktach układu Rys.1.19. Schemat wzmacniacza całkującego (1.44) Rys.1.21. Schemat wzmacniacza selektywnego

13 Pole odczytowe - przetwornik sygnał elektryczny / informacja optyczna [5] str. 41 Rodzaje pól odczytowychBłąd addytywnyBłąd multiplikatywny napięcie – przesunięcieWzględna: bezwzględna - napięcie - wyświetlona wartość liczbowa, Względna: bezwzględna - 1 0 2 34567891010 a b c a.b. c.

14 Woltomierz magneto-elektryczny

15 Przetworniki U/U [5] str. 44 Analogowe układy elektroniczne realizujące funkcje matematyczne na przykład takie jak: wyznaczenie z sygnału mierzonego wartości rzeczywistej lub urojonej - detektory synchroniczne, uzależnienie sygnału wyjściowego od wartości średniej - przetwornik wartości średniej, uzależnienie sygnału wyjściowego od wartości skutecznej - przetwornik wartości skutecznej, i inne jak generatory funkcji nieliniowych: logarytmiczne, kwadratowe, pierwiastkowe. Detektory synchroniczne U 1 - napięcie odniesienia; U 2 - napięcie mierzone; U 3 ­- napięcie po detektorze synchronicznym; U DS ­ napięcie sterujące uformowane z sygnału odniesienia (2.1) Rys. 2.1. Zasada pracy detektora synchronicznego

16 Model wektorowy [5] str. 45 Rys.2.3. Model wektorowy mierzonego sygnału U2 Rys.2.4. Model wektorowy sygnału odniesienia U 3 =U 2 *U DS (2.2) (2.3) (2.4) (2.5) (2.6) (2.7) U 3 - ma tylko składową rzeczywistą sygnału po scałkowaniu dla  =0 U 3 -jest proporcjonalny tylko do składowej biernej sygnału dla  =  /2 (2.8) (2.10)

17 Zastosowanie detekcji synchronicznej [5] str. 47 Rys.2.5. Model pracy przetwornika tensometrycznego (2.11) Rys.2.6. Elementy pasożytnicze w modelu przetwornika tensometrycznego

18 Woltomierz wektorowy do pomiaru składowej czynnej i biernej [5], str. 49 Rys.2.9. Schemat układu woltomierza wektorowego do pomiaru składowej czynnej i biernej Rys2.10. Przebiegi czasowe w bloku przesuwnika fazy  / 2 U 1  sin(  t) U 1  sin(2  t) U a U b t  /2 U c U d

19 Przesyłanie sygnału chrominancji, [5], str. 51 Rys.2.11. Wektorowy obraz sygnału po modulatorze koloru Rys.2.13. Obraz z oscyloskopu („ a” ) sygnału jednej linii dla obrazu z trzema pasmami kolorowymi („b”) f  4,43 MHz. f  8,86 MHz. f  4,43 MHz.

20 Praktyczny układ detektora [5], str. 52 Rys.2.14. Podstawowy układ pracy klucza w detektorze synchronicznym Rys.2.15. Rysunki przebiegu sygnałów w detektorze synchronicznym Rys.2.16. Błąd w detekcji synchronicznej spowodowany różnymi opóźnieniami toru sygnału mierzonego i odniesienia

21 Generatory funkcji, przetwornik wartości średniej, [5] str.56 (2.21) Rys.2.17.Schemat przetwornika wartości średniej modułu sygnału (2.22) (2.23)

22 Generatory funkcji – selektor sygnałów [5] str.63 -+-+ R2R2 R1R1 U1U1 R3R3 D1D1 D2D2 U 01 U 02 U 01 U1U1 U 02 U1U1 Rys. 2.26. Selektor sygnałów różnych polaryzacji -+-+ -U z U1U2 U3U1U2 U3 R U A. Rys. 2.27.Układ wybierania wartości maksymalnej z kilku sygnałów : A. schemat układu, B. przykładowe przebiegi napięć wejściowych i wyjściowego

23 Generator funkcji x 2 oraz jej funkcji odwrotnej [5], str. 66 D2D2 D3D3 R -+-+ R1R1 U R2R2 R3R3 R4R4 R5R5 R4R4 R5R5 R n+1 U2U2 RnRn D1D1 DiDi UzUz U2U2 U R2R2 D2D2 D1D1 U2U2 U R UzUz RnRn R5R5 R4R4 R5R5 R4R4 R3R3 D3D3 DiDi -+-+ RiRi U2U2 U Rys.2.29. Schemat ideowy generatora funkcji x 2 zbudowanego z elementów z uziemioną diodą (dla jednego kierunku napięć wejściowych ) Rys.2.30. Schemat ideowy generatora funkcji x 0,5 zbudowanego z elementów z uziemioną diodą (dla jednego kierunku napięć wejściowych )

24 Generator funkcji obliczającej wartość skuteczną [5], str. 70 Rys.2.34.Schemat blokowy układu scalonego przetwornika wartości skutecznej TRUE RMS

25 Pytania, literatura Pytania: Omów budowę toru pomiarowego. Jakie wymogi normy bezpieczeństwa ma spełniać strona pierwotna zasilaczy. Wymień podzespoły elektrycznych urządzeń pomiarowych. Omów układy i właściwości wzmacniaczy normalizujących sygnał. Omów układ dokładnego przetwornika AC/DC. Wymień pola odczytowe i podaj ich niepewność odczytu. Zasada pracy i właściwości detektora synchronicznego. Omów detektor synchroniczny składowej czynnej. Omów detektor synchroniczny składowej biernej. Przedstaw zastosowanie detekcji synchronicznej w układach niezrównoważonych mostków tensometrycznych. Przedstaw zastosowanie detekcji synchronicznej w układach niezrównoważonych mostków indukcyjnościowych. Budowa i właściwości woltomierza wektorowego. Wykorzystanie klucza tranzystorowego w detektorze synchronicznym. Błędy w detektorze synchronicznym. Budowa i właściwości przetwornika wartości średniej. Przetwornik logarytmujący. Przetwornik funkcji kwadratowej. Przetwornik pierwiastkujący. Precyzyjny przetwornik modułu sygnału. Selektor sygnałów różnych polaryzacji. Układ detektora wartości maksymalnej. Właściwości metrologiczne przetwornika TRUE RMS AD 536J. Zasada pracy układu mnożącego z modulacją impulsową. Literatura: [1].Kulka Z., Nadachowski M.;Liniowe układy scalone i ich zastosowanie. WKŁ, Warszawa 1985r. [2]. Katalog Analog Devices 1995 [3]. Mędrzycki J.;Technika analogowa i hybrydowa. WNT Warszawa 1974. [4]. Maasapura Mika, JFET improves peak detector’s accuracy, EDN, str 195 April 15, 1993r. [5].Rylski A., Metrologia II prąd zmienny. OWPRz Rzeszów 2004 [6]. Chwaleba A., Czajewski J., Przetworniki pomiarowe wielkości fizycznych, oficyna wydawnicza Politechniki Warszawskiej 1993. [7]. Chwaleba A., Poniński M., Siedlecki A., Metrologia elektryczna WNT Warszawa 1994. [8]. Czajewski J., Poński M., Zbiór zadań z metrologii elektrycznej WNT Warszawa 1995. [9]. Sydenham P.H., Podręcznik metrologii, WKŁ Warszawa 1990. [10]. Gregg W. David; Podstawy telekomunikacji analogowej i cyfrowej, WNT Warszawa 1983r.