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 Rzeszów, Przetworniki wielkości i wartości: natężenia pola magnetycznego średniej, skutecznej, szczytowej, synchroniczne składowej czynnej, synchroniczne składowej biernej.

METROLOGIA Zagadnienia: 1. Wprowadzenie 2. Zadanie 6: obliczenie niepewności z błędu multiplikatywnego 3. Podzespoły elektrycznych urządzeń pomiarowych 4. Przetwornik pierwotny 5. Układy normalizujące 6. Przetworniki AC/DC, całkujący, selektywny 7. Pole odczytowe - przetwornik sygnał elektryczny / informacja optyczna 8. Przetworniki U/U 9. Detektory synchroniczne 10. Model wektorowy 11. Zastosowanie detekcji synchronicznej 12. Woltomierz wektorowy do pomiaru składowej czynnej i biernej 13. Przesyłanie sygnału chrominancji. 14. Praktyczny układ detektora 15. Generatory funkcji 16. Generator funkcji x 2 oraz jej funkcji odwrotnej 17. Generator funkcji obliczającej wartość skuteczną 18. Podsumowanie 19. Pytania, literatura Literatura: [1]. Chwaleba A., Czajewski J., Przetworniki pomiarowe wielkości fizycznych, oficyna wydawnicza Politechniki Warszawskiej [2]. Chwaleba A., Poniński M., Siedlecki A., Metrologia elektryczna WNT Warszawa [3]. Czajewski J., Poński M., Zbiór zadań z metrologii elektrycznej WNT Warszawa [4]. Sydenham P.H., Podręcznik metrologii, WKŁ Warszawa [5]. Rylski A., Metrologia II prąd zmienny. OWPRz Rzeszów 2004 [6]. Gregg W. David; Podstawy telekomunikacji analogowej i cyfrowej, WNT Warszawa 1983r.

Wprowadzenie - podzespoły elektrycznych urządzeń pomiarowych 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

Przetwornik pierwotny – parametrów pola elektromagnetycznego Przetworniki pierwotne są to układy przetwarzające różne sygnały na elektryczne - tym zajmuje się technika sensorowa oraz sygnały nie elektryczne na sygnały napięciowe itp., które są przedmiotem zainteresowania w obszarze miernictwa wielkości nieelektrycznych [2]. Rys. Czujnik Halla Rys. Kształty rdzeni czujników tranduktorowych: a) dwuprętowy, b) pierścieniowy, c) ze wzdłużnym rdzeniem zamkniętym. Rys. Indukcyjny czujnik rotacji z magnesem stałym Rys Zestyki kontaktronowe: strefy przełączania dla magnesu równoległego do osi czujnika.

Układy normalizujące Dzielniki normalizujące sygnał Rys 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 Schemat wzmacniacza odwracającego (1.39) R we  R1 (1.38) Rys Schemat wzmacniacza nieodwracającego (1.40) (1.41)

Przetworniki AC/DC, całkujący, selektywny Rys Schemat dokładnego detektora jednopołówkowego Rys Przebiegi czasowe napięć w zaznaczonych punktach układu Rys Schemat wzmacniacza całkującego (1.44) Rys Schemat wzmacniacza selektywnego

Pole odczytowe - przetwornik sygnał elektryczny / informacja optyczna Rodzaje pól odczytowychBłąd addytywnyBłąd multiplikatywny napięcie – przesunięcieWzględna: bezwzględna - napięcie - wyświetlona wartość liczbowa, Względna: bezwzględna a b c a.b. c.

Przetworniki U/U 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 Zasada pracy detektora synchronicznego

Model wektorowy 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)

Zastosowanie detekcji synchronicznej Rys.2.5. Model pracy przetwornika tensometrycznego (2.11) Rys.2.6. Elementy pasożytnicze w modelu przetwornika tensometrycznego

Woltomierz wektorowy do pomiaru składowej czynnej i biernej 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

Przesyłanie sygnału chrominancji. Rys Wektorowy obraz sygnału po modulatorze koloru Rys 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.

Praktyczny układ detektora Rys Podstawowy układ pracy klucza w detektorze synchronicznym Rys Rysunki przebiegu sygnałów w detektorze synchronicznym Rys Błąd w detekcji synchronicznej spowodowany różnymi opóźnieniami toru sygnału mierzonego i odniesienia

Generatory funkcji, przetwornik wartości średniej (2.21) Rys.2.17.Schemat przetwornika wartości średniej modułu sygnału (2.22) (2.23)

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

Generator funkcji x 2 oraz jej funkcji odwrotnej 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 Schemat ideowy generatora funkcji x 2 zbudowanego z elementów z uziemioną diodą (dla jednego kierunku napięć wejściowych ) Rys Schemat ideowy generatora funkcji x 0,5 zbudowanego z elementów z uziemioną diodą (dla jednego kierunku napięć wejściowych )

Generator funkcji obliczającej wartość skuteczną Rys.2.34.Schemat blokowy układu scalonego przetwornika wartości skutecznej TRUE RMS

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 [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