Mätning av elektriska storheter Oscilloskopet Mål Indelning av

2015-09-15
Mätning av elektriska storheter
Oscilloskopet
Kap 6.1-6.2
Industrial Electrical Engineering and Automation
Mål
• Känna till egenskaperna hos grundtyperna av
instrument för mätning av elektrisk spänning,
ström, resistans och effekt
• Ha förståelse för onoggrannhet och
kalibreringsbehov hos instrument
• Förstå grundprincipen hos ett oscilloskop
Felvisning och kalibrering
• Analoga / digitala
– Avser oftast avläsning snarare än mätprincip
• Visarinstrument / sifferinstrument
• Elektromekaniska / elektroniska
– Funktionsprincip hos mätningen
Industrial Electrical Engineering and Automation
Industrial Electrical Engineering and Automation
Indelning av instrument
•
•
•
•
Alla instrument behöver kalibrering
Säljs kalibrerade
Begränsad tid för noggrannhet
Ackrediterad mätplats
– SWEDAC (myndighet)
• Spårbarhet
• ISO 9000
1
2015-09-15
Vridspoleinstrument
• Vridspole
• Vridjärn
• Elektrodynamiskt
Industrial Electrical Engineering and Automation
Industrial Electrical Engineering and Automation
Elektromekaniska instrument
Källa: www.ict.kth
Vridspole, vertikal montering,
onoggrannhet 2,5 % av full skala
Liggande:
• Visar ström
• Permanentmagnet, rörlig spole, torsionsfjäder
• Mekaniskt medelvärdesbildande
• Likriktare och vridspoleinstrument visar
växelspännings medelvärde
• Graderas ofta för effektivvärde hos sinus men
fungerar då bara för sinus
Lutande:
Vridjärnsinstrument
Industrial Electrical Engineering and Automation
Industrial Electrical Engineering and Automation
Vridspoleinstrument
2,5
• En fast och en rörlig mjukjärnsbit i samma
fält
• När fältet ökar repellerar järnbitarna och
vrider dig i förhållande till varandra
• Utslag proportionellt mot strömmen i
kvadrat
• Effektivvärdesvisande
2
2015-09-15
Att mäta ström med
elektromekaniska instrument
• En fast och en rörlig spole
• Utslaget proportionellt mot
spolströmmarnas produkt
• Om samma ström i båda spolarna visas
utslag proportionellt mot kvadraten.
Industrial Electrical Engineering and Automation
Industrial Electrical Engineering and Automation
Elektrodynamiskt
Seriemotstånd!
Multimeter (AVO-meter)
Industrial Electrical Engineering and Automation
Industrial Electrical Engineering and Automation
Att mäta spänning med
elektromekaniska instrument
Shuntmotstånd!
3
2015-09-15
R2 parallellkopplas med Ri!
Digitala mätinstrument
Industrial Electrical Engineering and Automation
Industrial Electrical Engineering and Automation
Instrument påverkar kretsen
Antalet pulser under tiden T räknas
– Noggrann frekvens
• Avläsning med siffror (entydigt)
• Diskretiserad analog skala kan finnas
• Spänningar och strömmar omvandlas
genom kombination av jämförelser och
tidmätningar
Enkelt att göra en frekvensräknare
Industrial Electrical Engineering and Automation
Industrial Electrical Engineering and Automation
Räknaren är grunden
• Digitalt är tid lätt att mäta
Antalet pulser under fast tid räknas!
4
2015-09-15
Digital spänningsmätning
Industrial Electrical Engineering and Automation
Industrial Electrical Engineering and Automation
Låt den okända signalen bestämma
tiden så blir det periodtid
ADC : Analog Digital Omvandlare
Förkortningar
Industrial Electrical Engineering and Automation
Industrial Electrical Engineering and Automation
”Dual slope” -omvandlare
• DMM – Digital MultiMeter
• DVM – Digital VoltMeter
5
2015-09-15
• Enkla digitala instrument likriktar och
kalibrerar medelvärdet så att det är
effektivvärdet för sinus
• Kretsar för att mäta ”TRUE RMS” finns
och används i bättre multimetrar (OPförstärkarkopplingar)
Påverkan på kretsen
Industrial Electrical Engineering and Automation
Industrial Electrical Engineering and Automation
Växelspänning
• Strömmätning sker genom
spänningsmätning över shuntresistans
• Högre strömmar
- Strömtransformatorer (AC)
- Strömprobar (Hall-effekt AC och DC)
4-tråds resistansmätning
Resistansmätning
(låga resistanser)
Industrial Electrical Engineering and Automation
Industrial Electrical Engineering and Automation
• Digitala voltmetrar kan göras med mycket
hög inre resistans
6
2015-09-15
Några kontrollpunkter
Industrial Electrical Engineering and Automation
Industrial Electrical Engineering and Automation
Wheatstonebrygga
• När kalibrerades instrumentet –
spårbarhet
• Hur anges onoggrannheten? Läs spec!
– % av avläst värde
– % av full skala
– Antal enheter i sista siffran
• Hur påverkar instrumentet kretsen?
Oscilloskopet
•
•
•
•
Stor mängd information i en mätning
Signalers tidsberoende framgår
Ömsesidig tidsrelation
Stabilitet brus störningar
Industrial Electrical Engineering and Automation
Industrial Electrical Engineering and Automation
Klassisk uppbyggnad
7
2015-09-15
Tidbasen - svepet
Industrial Electrical Engineering and Automation
Industrial Electrical Engineering and Automation
Blockschema
Flera kanaler
Industrial Electrical Engineering and Automation
När ska svepet starta? Trigger!
Industrial Electrical Engineering and Automation
• Spänningsramp till X-plattorna gör att
strålen rör sig i sidled - sveper
• Brantheten hos rampen avgör hur fort
Alternerat
(en kanal i taget)
Hoppa mellan kanalerna
under svep - chopper
8
Industrial Electrical Engineering and Automation
Industrial Electrical Engineering and Automation
Industrial Electrical Engineering and Automation
Industrial Electrical Engineering and Automation
2015-09-15
Använd prob
Digitalt oscilloskop
Sampling
Vikning – för hög frekvens
9
Industrial Electrical Engineering and Automation
2015-09-15
Triggningsmöjligheter
10