Cyfrowe systemy pomiarowe Cyfrowy system pomiarowy to urządzenie lub zestaw urządzeń służących do pomiaru lub rejestracji w postaci cyfrowej wartości wybranych wielkości mierzonych. System pomiarowy składa się z: czujników lub przetworników pomiarowych, układów kondycjonowania sygnałów (analogowych obwodów wejściowych), przetworników analogowo-cyfrowych oraz układu cyfrowego przetwarzania wyników. Zadaniami tego ostatniego jest sterowanie działaniem systemu, obliczanie wyniku pomiarów złożonych na podstawie zarejestrowanych danych (próbek sygnałów), zapisywanie wyników pomiarów i ich udostępnianie.

Cyfrowe systemy pomiarowe Cyfrowy system pomiarowy to urządzenie lub zestaw urządzeń służących do pomiaru lub rejestracji w postaci cyfrowej wartości wybranych wielkości mierzonych. System pomiarowy składa się z: czujników lub przetworników pomiarowych, układów kondycjonowania sygnałów (analogowych obwodów wejściowych), przetworników analogowo-cyfrowych oraz układu cyfrowego przetwarzania wyników. Zadaniami tego ostatniego jest sterowanie działaniem systemu, obliczanie wyniku pomiarów złożonych na podstawie zarejestrowanych danych (próbek sygnałów), zapisywanie wyników pomiarów i ich udostępnianie.

Pomiary w energoelektronice

Pomiary w energoelektronice - obwody wejściowe Zadaniami obwodów wejściowych jest dopasowanie pasma i wartości sygnału mierzonego do wartości dopuszczalnych dla zastosowanych przetworników analogowo-cyfrowych oraz separacja galwaniczna wejść systemu od jego dalszej części. Czasami obwody te dokonują też wstępnego przetwarzania danych, np. analogowej korekcji dynamicznej bądź kompensacji nieliniowości, jednak takie rozwiązanie jest bardzo rzadko spotykane w cyfrowych systemach pomiarowych, ze względu na możliwość łatwiejszej realizacji tego zadania w części cyfrowej systemu. Separacja galwaniczna, dopasowanie zakresu. Stosowane w energetyce systemy pomiarowe są najczęściej podłączane do stron wtórnych przekładników napięciowych. Pomimo tego, że przekładniki zapewniają separację galwaniczną od systemu elektroener-getycznego, poziomy napięć i moce ich stron wtórnych są daleko poza zakresem wartości dopuszczalnych dla przetworników analogowo-cyfrowych. Z tego powodu stosuje się różnego rodzaju układy mające za zadanie obniżenie napięcia i separację układu wejściowego. Poza separacją wejść przetworników od wejścia systemu, konieczne jest też odseparowanie wejść systemu od siebie nawzajem. Zabezpiecza to przed dokonaniem zwarcia strony wtórnej przekładnika po podłączeniu systemu, co mogłoby skutkować zadziałaniem aparatury zabezpieczającej.

Pomiary w energoelektronice - obwody wejściowe Pomiary prądu wymagają wstępnego przetworzenia mierzonego prądu na napięcie, gdyż przetworniki analogowo-cyfrowe mają wyłącznie wejścia napięciowe. Zwykle wejścia „prądowe” systemów pomiarowych są w rzeczywistości wejściami napięciowymi o małym zakresie (np. 200 mV lub 1 V). Przetworzenie prądu na napięcie dokonywane jest za pomocą przetworników jak np. bocznik, cewka Rogowskiego, cęgi Dietza lub przetwornik LEM. Przy dużych wartościach mierzonego prądu stosowany bywa układ dwustopniowy: pierwszy stopień to przekładnik prądowy, obniżający wartość prądu wtórnego, a stopień drugi to przetwornik prąd/napięcie. Zastosowanie przetwornika prąd/napięcie zwiększa uniwersalność systemu przez możliwość wyboru sposobu pomiaru prądu. Pozwala też na jego instalację bez rozłączania obwodu przekładnika prądowego (co wymagałoby montowania obejścia pod napięciem lub wyłączenia fragmentu rozdzielni). Poza wejściami analogowymi systemy akwizycji danych w energetyce są też wyposażone w wejścia i wyjścia dwustanowe. Wejścia dwustanowe służą do obserwacji napięć sygnałowych aparatury energetycznej; napięcia takie to standardowo 200 V DC. Oznacza to, że wejście dwustanowe powinno być podobnie jak napięciowe wyposażone w układ do obniżenia poziomu napięcia i separacji galwanicznej.

Pomiary w energoelektronice – dopasowanie pasma Układ taki musi przenosić napięcia stałe, ale nie musi być liniowy; popularnym rozwiązaniem jest separacja optyczna.Wyjścia dwustanowe systemu są wykorzystywane do załączania różnego rodzaju urządzeń (np. sygnalizacji alarmu). Zwykle są to wyjścia przekaźnikowe. Dopasowanie pasma Ze względu na własności operacji przetwarzania analogowo-cyfrowego (A/C), a dokładniej możliwość wystąpienia aliasingu należy ograniczyć pasmo częstotliwościowe sygnału przed dokonaniem próbkowania. Ograniczenie pasma realizowane jest przez analogowy filtr dolnoprzepustowy, tłumiący składowe sygnału o częstotliwościach wyższych od częstotliwości Nyquista (czyli połowy częstotliwości próbkowania) do poziomu gwarantującego jego poprawne przetworzenie oraz posiadający możliwie małe tłumienie dla częstotliwości niższych od częstotliwości Nyquista. Częstotliwość próbkowania jest dobierana przez projektanta systemu pomiarowego do: a) właściwości badanego sygnału, b) wymagań stawianych systemowi pomiarowemu. W przypadku systemów pomiarowych stosowanych w elektroenergetyce minimalna częstotliwość próbkowania wynika pośrednio z normy EN50160, zalecającej analizę składowych harmonicznych sygnału do czterdziestej włącznie.

Pomiary w energoelektronice - zakłócenia Oznacza to częstotliwość graniczną sygnału wynoszącą 2 kHz, czyli częstotliwość próbkowania co najmniej 4 kHz. W praktyce stosuje się częstotliwości próbkowania na poziomie 10-20 kHz; często są one dobierane w taki sposób, aby na pełny okres sygnału przypadało 2N próbek (N całkowite). Przykładowo, przy częstotliwości próbkowania 12800 Hz na okres przypada 256 próbek. Takie rozwiązanie upraszcza analizę widmową sygnału. Zakłócenia W przypadku dowolnego systemu pomiarowego (analogowego lub cyfrowego) wynik pomiaru wartości chwilowej może zostać zniekształcony poprzez zakłócenia pomiarowe, które przedostają się do toru pomiarowego pomiędzy obiektem i przetwornikiem A/C i dodają do sygnału. Zakłócenia pomiarowe są wszystkim tym czego nie było w mierzonym sygnale. Niestety nie znamy prawdziwych wartości sygnału, więc nie wiemy czy np. odchyłka wartości chwilowej (próbki) od kształtu sinusoidalnego jest skutkiem obecności w sygnale np. przepięcia czy pochodzących z poza obiektu pomiaru zakłóceń. Obwody pomiarowe powinny być więc budowane tak, aby dopuścić jak najmniej zakłóceń. Milcząco zakładamy, że zakłócić można tylko sygnały w części analogowej systemu pomiarowego, gdyż część cyfrowa jest bardzo odporna na zakłócenia.