Bevezets a mrstechnikba v 19febr8 Mrstechnikai alapfogalmak A

Bevezetés a méréstechnikába (v. 19_febr_8) Méréstechnikai alapfogalmak A mérési hiba Egyenáramú mérések (R, U, I) DMM-el Váltakozó áramú mérések analóg oszcilloszkóppal Villamos mennyiségek mérése: ellenállás, teljesítmény, impedancia Digitális oszcilloszkóp Mérőtranszformátorok, szenzorok http: //shrek. unideb. hu/~learner/ merestech/meromuszerek/

Szignifikáns (értékes jegyek) jegyek • • 9, 2 -> 9, 2+-0, 5 9, 20 ->9, 20+-0, 05 9, 234= 9, 2/1, 3=7, 076923076923 Ha az adatok két értékes jegyre vannak meg, akkor a belőlük számolt eredményt is két értékes jegyre kerekítve van értelme megadni. 9, 2/1, 3=7, 1 NEM MATEMATIKA!

A tizedesjegy az más! • A tizedes jegyek száma függ a mértékegységtől. • U=125 m. V=0, 125 V=0, 000125 k. V

A bizonytalanság halmozódása • U 1=3, 2 3, 15 és 3, 25 között • U 2=2, 5 2, 45 és 2, 55 között • Milyen tartományba eshet az összeg? 5, 6 és 5, 8 közé!! • Tehát: 3, 2+2, 5=5, 6 – 5, 8 a végeredmény egy tartomány! És nem egy szám. • A mérés eredménye mindig egy tartomány, úgy gondoljuk, hogy a helyesnek elfogadott érték egy bizonyos valószínűséggel ebbe a tartományba fog esni. Tehát valójában U SOHASEM EGYENLŐ 3, 2 V

Előszó helyett Leolvasott érték: 9, 3 V Mért érték: 9, 3+-0, 1 V Mi alapján képezzük a tartományt?

Mért értékek egyezősége • Két mért érték annál nagyobb valószínűséggel egyenlő, minél jobban átfedik egymást a mérési eredményként kapott tartományok. • Ha a tartományok között nagy távolság van, akkor szinte biztosan különböző a két mért érték!

Ellenállás mérés • Mikor egyenlő két leolvasott érték és mikor nem? • A névleges érték (ami rá van írva) az megint más.

Fizikai mennyiség • A tapasztalt világ fontos tulajdonságainak leírására fizikai mennyiségeket használunk. • A fizikai mennyiségnek van neve, jele, mértékegysége és pontos jelentése • A mértékegység a tekintett fizikai mennyiségből egy jól meghatározott adag. Egy adott mértékegységnek is van pontos jelentése. Például: A testek fontos tapasztalt tulajdonsága, hogy milyen melegek. A kapcsolódó fizikai mennyiség a hőmérséklet. Jele T. Egyik mértékegysége az 1 celziusz – fok. • Mi a celziusz-skála? Mit jelent pontosan az, ha T=50 celziusz fok? • Mi a hőmérséklet nevű fizikai mennyiség jelentése?

SI mértékegység - rendszer • Alapmennyiségek és egységek: tömeg (m) hossz (l) idő (s) áramerősség (I) hőmérséklet (T) fényerősség (φ) anyagmennyiség (N) 1 kg - kilogramm 1 m - méter 1 s - másodperc 1 A -amper 1 K - kelvin 1 cd - kandela 1 mol - mól • A többi mennyiség az alapmennyiségekből származtatható a megfelelő fizikai törvények alapján. A származtatott egységek ugyanúgy állnak elő az alapegységekből, mint a származtatott mennyiségek Például: A sebesség nagysága egy hosszúság (az út) és egy időszakasz (a megtételhez szükséges idő) hányadosa. (v=s/t) A sebesség egysége ezért m/s, aminek nem adtak külön nevet.

Származtatott mennyiségek • • • • Frekvencia (f) Erő (F) Energia – munka, hő (E, W, Q) Teljesítmény(P) Elektromos töltés (Q) Elektromos feszültség (U) Ellenállás (R) Vezetés Kapacitás Mágneses fluxus Mágneses indukció Induktivitás stb 1 Hz, hertz 1 N, newton 1 J, joule (munka, hő) 1 W (watt) 1 C (coulomb) 1 V (volt) 1Ω (ohm) 1 S (siemens) 1 F (farád) 1 Wb (wéber) 1 T (tesla) 1 H (henry)

Mit fogunk mérés alatt érteni? • A mérés során a mérendő fizikai mennyiséget a mértékegységgel hasonlítják össze. Hányszorosa a mérendő mennyiség a mértékegységnek? • A mérés új ismeret megszerzése céljából történik. • Meg kell becsülni, hogy mennyire pontos az eredmény. Közvetlen mérés: A mérendő mennyiséget közvetlenül hasonlítjuk össze a mértékegységgel: pl. távolságmérés vonalzóval, tömegmérés kétkarú mérleggel Közvetett mérés: A mérés eredményét megfelelő átalakítás után kapjuk meg, a mérendő mennyiség mértékegysége nincs jelen a mérésben. Mérési módszer: Az elv, amely szerint a mérést megtervezzük és elvégezzük. Mérési eljárás: A módszer, az eszköz és a mérést végző személy együttes tevékenysége.

A mérési hiba • • Csoportosítása Meghatározása Jelentése (limit, szórás, átlagos) Osztálypontosság Legrosszabb eset vizsgálata A méréshatár megválasztása Mérési sorozat

A mérési hiba • A mérendő mennyiség valódi értékét nem ismerjük. A cél a valódi érték legjobb becslésének a megtalálása. Ezt nevezzük helyes értéknek. Rendszeres hiba: az ismételt mérések (mérési sorozat) során nagysága és előjele nem változik. Pl: A vonalzó nem ott kezdődik, ahol a skála; A higanyos hőmérő magasabban van a szemünknél, a puska félre hord a rossz irányzék miatt. Véletlen hiba: nagysága és előjele az ismételt mérések során változik. Pl: A céllövő ugyanoda céloz, de a golyó nem ugyanoda megy. • A mérési hiba megadható abszolút vagy relatív módon. • A megadott mérési hiba jelentése többféle lehet, tisztázni kell!

A hiba abszolút és relatív megadási módja • Az éppen végzett (i-edik) mérés abszolút hibája (H_i) az éppen mért érték (x_i) és a helyesnek elfogadott érték (x_h) ilyen sorrendben vett különbsége: • A (helyesnek elfogadott értékre vonatkoztatott) relatív hiba az abszolút hiba és a helyes érték hányadosa: • Ha százalékos formában adják meg, akkor az arányt 100 -al szorozni kell. • A relatív hiba vonatkozhat a méréshatárra is. Ekkor a műszer végkitéréséhez tartozó helyes értékkel kell osztani.

Osztálypontosság • A műszerek, érzékelők jellemző adata a mérési tartományra vonatkozó osztálypontosság. (Op) • Szabványos osztálypontosságok: 0. 05, 0. 1, 0. 2, 0. 5, 1, 1. 5, 2. 5, 5 • A mérési tartományban a mérések abszolút hibája állandó, ami felülről becsülhető a végkitérés (méréshatár) és az osztálypontosság szorzatával. • A műszerről leolvasott értékre vonatkozó relatív hiba, ami viszont függ a leolvasott érték nagyságától! (xi a változó, Op és xv állandók)

A méréshatár megválasztása • A mérés pontosságának jellemzésére a relatív hiba használható. • Egy adott mérési tartomány felső harmadában csökken a leolvasott értékre vonatkozó relatív hiba az elfogadható szint alá!

Kérdések • Egy analóg voltmérő pontossági osztálya 1. 5. A végkitérése 150 V. Az elvégzett mérés során 45 V-ot mutat a műszer. Mekkora a mérés abszolút hibája? (2, 25 V) Mekkora a mérés maximális relatív hibája? (5, 26%) Mekkora a mérés maximális végkitérésre vonatkoztatott relatív hibája? (1, 5%) • Méréstechnika jegyzet, ellenállás-mérési példa • Egy 0, 1 osztálypontosságú digitális multiméterrel 2 V-os méréshatáraban mér 0, 15 V feszültséget. Milyen pontos ez a mérés? Hány digites a kijelző? Megismétli a mérést most 200 m. V-os méréshatár alkalmazásával és 142 m. V -ot mér. Mekkora a relatív hiba? Mi lesz a mérési eredmény?

Mérési sorozatok kiértékelése • Mérési sorozatról akkor beszélünk, ha amennyire lehet azonos körülmények között többször megismételjük a mérést. • Ha elegendően pontos műszerrel mérünk, a mért adatok a megfelelő gondosság ellenére is különbözni fognak egymástól. • A mért érték – azaz a mérési eredmény - becslésére az egyes adatok számtani közepét (átlag) használják. • A mért adatok - a véletlen hiba miatt - az átlag körül szóródnak. A szóródás nagyságára vonatkozó információ több módon is megadható. • A mérési sorozatban kapott adatokat jelölje x_1, x_2…x_i…. x_n, ahol n az adatok számát jelenti

Terjedelem (range) • A terjedelem a mérési sorozat legnagyobb és legkisebb értékének ebben a sorrendben vet t különbsége. • Gyakorlatban a maximum és minimum értékek átlagtól való eltérését szokták megadni. • A mérés eredménye a terjedelem megadásával:

Átlagos abszolút eltérés • Az átlagból ki kell vonni minden egyes mért adatot, minden különbségnek az abszolút értékét kell venni. Az így kapott n darab szám átlaga lesz az átlagos abszolút eltérés.

A mérési adatok szórása (Standard Deviation) A néhány mérésből meghatározott szórás maga is nagyon bizonytalan érték, a tényleges szórástól nagyon eltérhet. 50, 100 mérésből számolt szórás kezd pontosabb lenni, 5 adatból nincs sok értelme szórást számolni. N 95% CI of SD 2 0. 45*SD to 31. 9*SD 3 0. 52*SD to 6. 29*SD 5 0. 60*SD to 2. 87*SD 10 0. 69*SD to 1. 83*SD 25 0. 78*SD to 1. 39*SD 50 0. 84*SD to 1. 25*SD 100 0. 88*SD to 1. 16*SD 500 0. 94*SD to 1. 07*SD http: //www. graphpad. com/guides/prism /6/statistics/index. htm? stat_semandsdn otsame. htm

Az átlagok szórása • Ha az n mérésből álló mérési sorozatot megismétlik, az új n-db. adatból meghatározott átlag elegendően pontos műszer esetén várhatóan eltér majd a korábbi sorozat átlagától. A mérési eredményben az átlag mellett az átlagok szórását szokták feltüntetni. Ez az adatok szórása (SD) osztva n négyzetgyökével. • A mérési adatokból meghatározott átlag tehát annál pontosabb, minél több mérési adatból számolják ki. • Ha egy mérési jegyzőkönyvben U=14, 2 V+-0, 1 V áll, ez azt jelenti, hogy a mérési adatokból számolt átlag u=14, 2 V (megfelelően kerekítve), az átlag szórása pedig s=0, 1 V. • A szórás jelentése: Ha a mérést valaki megismétli, az általa meghatározott átlag kb. 68, 2%-os valószínűséggel esik az u-s, u+s sávba. 99, 7%-os valószínűséggel pedig a u 3 s , u+3 s sávba, ha az adatok az un. normális eloszlást követik.

Valószínű hiba (Probable error)

Kérdések • Néhány konkrét mérési sorozat kiértékelése. Pl: A következő feszültségeket méri: 1, 2 V; 1, 3 V; 1, 2 V; 1, 4 V, 1, 1 V. Adja meg az adatok kerekített átlagát és az átlagos abszolút és relatív hibát! • Egy 0, 5% SD pontosságú multiméterrel 123, 2 Ohm ellenállást mér 20 C fokon, majd 30 C –fokon megismételve a mérést 124, 6 -et olvas le. Következtethet-e a mérésből arra, hogy a hőmérséklet növelésével az ellenállás nőtt, vagy inkább a véletlen ingadozásnak tulajdonítja a változást? • Egy elágazásnál méri a két befolyó ág áramerősségét. i_1=122 m. A+-2 m. A, i_2=54 m. A+-1 m. A. Várhatóan milyen értéket mérhet az egyetlen, az elágazásból kifolyó ágban egy maximum 0. 5 m. A hibával mérő műszerrel? Alkalmazza a legrosszabb eset vizsgálatát (worst case analysis)!

Egyenáramú mérések DMM-el • • • Hogyan mér? Jellemző adatok a felhasználó kézikönyvből Belső ellenállása Műszer kalibrálása A DMM hibája (accuracy)

Elektronikus mérőműszerek általában (multiméter, oszcilloszkóp) • A modern méréstechnikában a mérendő mennyiségeket értékét digitális, elektromos jellé alakítják.

Mérőműszerek jellemző mennyiségei: pontosság (accuracy) • A pontosság lényegében az álatlunk mért és a helyesnek elfogadott érték várható különbségét adja meg. • Függ a leolvasott értéktől (reading) és a mérési tartománytól (range) és természetesen attól, hogy milyen mennyiséget mérünk. • 0, 5% of rdg +-1 dgt általában azt jelenti, hogy a mutatott érték 0, 5%-a a relatív hiba (szórás), másrészt a kijelzőn ábrázolt legkisebb helyiértékű számjegy +-1 el eltérhet a valódi értéktől. A kijelzés és a mutatott érték hibája közül általában az utóbbi szokott jóval nagyobb lenni.

Mérőműszerek jellemző mennyiségei: felbontás (resolution) • Melyik az a két egymáshoz legközelebbi érték, amit a műszer már bizonyosan meg tud különböztetni? • Ez az ADC bitmélységétől és a kijelzőtől is függ • Egy mikroszkóp felbontása 2 nm ez azt jelenti, hogy ha vizsgált tárgyon két pont közelebb van egymáshoz, akkor a képen biztosan egynek látszik, a 2 nm távolságra lévő pontok éppen megkülönböztethetőek a képen. • Adjon felső becslést egy három és fél digites kijelzővel szerelt multiméter felbontására 200 m. V, 2 V és 20 V méréshatárok alkalmazása esetén! • Mekkora a mm beosztású vonalzóval való távolságmérés felbontása?

Mérőműszerek jellemző mennyiségei: érzékenység (sensitivity) • Melyik az a legkisebb érték, amit a műszer el tud különíteni a zajtól?

Mérőműszerek jellemző mennyiségei: megbízhatóság (precision) • Ha többször mérem ugyanazt mennyire kapom ugyanazt?

Mérőműszerek jellemző mennyiségei • • • • Linearitás (linearity) Stabilitás (stability) Reagálási sebesség (speed of response) Túlterheltségi jellemzők Hiszterézis (hysteresis) Érzéketlenségi sáv (dead band) Holtidő (dead time) Műveleti idő (processing time) Szelektivitás Kimeneti jelforma Környezeti jellemzők Költség, méret, súly Egyéb

Karakterisztika • Egy mérőműszer karakterisztikája alatt általában azt értik, hogy a kijelzett, leolvasott érték milyen függvénykapcsolatban van a mért értékkel. • A lineáris karakterisztika azt jelenti, hogy a mért érték és a kijelzett érték egymással arányos. • Általában elvárható, hogy nulla mért érték mellett a műszer nullát mutasson. De legalábbis nulla legyen a mért értékek átlaga. • Általában elvárható, hogy a mérést megismételve mérési hibától eltekintve ugyanazokat az értékeket kapjuk. • A dolgok fizikai természete ritkán ad ilyen jó karakterisztikát.

Kalibrálás A mérômûszerek tulajdonságai és így pontosságuk a használat során változik. Idôszakos ellenôrzésük és minôsítésük szükséges, jó néhány esetben jogszabályok teszik ezt kötelezôvé. A kalibrálás olyan mûveletek összessége, amely egy mûszer által mutatott számértéknek (Xm) és a mért mennyiség ezekhez tartozó helyes értékének (Xp) meghatározására szolgál. A kalibrálás során a vizsgált mûszert egy jóval pontosabb mûszerrel, mérési módszerrel minôsítjük, lényegében összehasonlítást végzünk. A kalibrálás eredményét három különbözô formában közölhetjük : • kalibrálási görbe: a mért mennyiség (Xm) függvényében ábrázoljuk a helyes értéket (Xp) derékszögû koordinátarendszerben; • hibagörbe: a H=Xm-Xp abszolút hibát ábrázoljuk a mért érték (Xm) függvényében. A helyes érték az Xp=Xm-H összefüggéssel adódik, azaz az elôjeles H abszolút hibát kivonjuk a mért értékbôl. • helyesbítési (korrekciós) görbe: a K=Xp-Xm korrekció értékét ábrázoljuk az Xm függvényében (K=-H). A helyes értéket az Xp=Xm+K összefüggés szolgáltatja, az elôjeles korrekciót hozzáadjuk a mért értékhez.

Edison digitális kézi multiméter

Mérőműszerek csoportosítása • Mechanikus, elektronikus • Elektronikus: analóg, digitális • Értékmutató, jelalak vizsgálatára alkalmas

Digitális multiméter • Egyen és váltófeszültség, egyen és váltóáram, ellenállás mérésére Kézi és asztali multiméterek

Digitális multiméter felépítése A mérési tartomány kiválasztása a bemeneti osztó segítségével történik. Az ADC analóg-digitális konverter digitalizálja a DC jelet. Az AC/DC egyenirányító. A műszer bemeneti ellenállása árammérőként használva kicsi, feszültségmérőként használva kb. 10 Mohm, nagy! A kijelző hány digites? (Mit jelent a 31/2 digites kijező? )

A DMM használata

Ho gy an m űk ödi k? • Áram mérésekor a műszerben elhelyezett söntön eső feszültséget mérünk ADC-vel. • Kétvezetékes módszerrel a műszer egy referenciaáramot vezet át a mérendő ellenálláson és ismét a feszültséget méri. Beleméri a mérővezetékek ellenállását is! Váltóáramú mérésnél a mérővezetékek kapacitása is hibát okozhat. • Az egyenfeszültséget az analóg digitális konverter alakítja digitális jellé. • A digitális multiméterek általában változó feszültség és áram esetén szinuszosan változó mennyiségek mérésére alkalmasak, egy bizonyos frekvenciatartományban. (jellemzően 50 Hz) Általános tanács: A lehető legkisebb méréshatárt kell választani, amibe még belefér a mért érték. Abszolút mérési eredmény helyett pontosabban lehet a műszerrel arányokat mérni!

A digitális multiméter hibája • A mért értékre vonatkoztatott relatív, százalékos hiba (m- mért) mért érték) • A méréshatárra vonatkoztatott hiba (Pfs a méréshatár értéke) • Az impulzusszámlálásból adódó hiba(N a kijelzett szám tizedespont nélkül, D a bizonytalan digitek száma) • Az erdő hiba felülről becsülhető például a számlálásra vonatkozó és a mért értékre vonatkozó relatív hibák összegével.

Váltakozó áramok, analóg oszcilloszkóp • Váltakozó áram középértékei • Csúcstényező, formatényező, effektív érték

Változó áram és feszültség mérése • Mit mér a műszer időben változó feszültség vagy áramerősség esetén? • Az időben változó jellemzői: Az egyszerűbb műszerek a jel abszolút középértékét/vagy csúcsérétékét mérik, azonban az ebből a jelalak ismeretében meghatározott RMS-t mutatják.

Nem szinuszos jelek korrekciós tényezői Abszolút középérték – képző áramkör

Az átlagértékek szemléltetése A műszerek egy része bármilyen bejövő jelalak estén tényleg az RMS –t méri. (true RMS – meter) A váltakozó áramú jel RMS feszültsége vagy áramerőssége annak az egyenáramnak a feszültsége vagy áramerőssége, ami ugyanannyi idő alatt ugyanazon az ellenálláson ugyanannyi hőt fejleszt mint a váltakozó áramú jel.

Kérdések • Méréstechnika jegyzet 69. old alja

Az analóg oszcilloszkóp • Közvetlenül feszültséget mér az idő függvényében. • Ohmos ellenállás feszültségét mérve a rajta átfolyó áram könnyen adódik. • Nagy a bemeneti impedanciája, párhuzamosan kell kötni, a megfelelő kivezetést az egyszerűbb szkópoknál a földre. • Periódikusan változó feszültség mérésére való.

Az oszcilloszkóp működési elve • Az oszcilloszkópban a képernyő fluoreszkáló anyagába ütköző elektronsugár rajzolja ki a képet. • Az elektronsugár vízszintes és függőleges eltérítését kondenzátor lemezek végzik. • A vízszintes eltérítés nagyságát általában fűrészfog jel vezérli. (time base wavefrom) amelynek frekvenciáját és fázisát az un. trigger szabályozza. • A függőleges eltérítést a vizsgált feszültség hozza létre. • A trigger a fűrészfog jel megfelelő frekvenciájának beállításával állóképet hoz létre az ernyőn.

Az oszcilloszkóp kezelése • Méréstechnika jegyzet 2. 3. fejezet, 78. oldal (analóg oszcilloszkóp)

Coupling A coupling az oszcilloszkóp bemenetének 3 lehetséges beállítását jelöli. 1. Az AC beállítás esetén a bemenetről kondenzátorral leválasztják a kis frekvenciájú, illetve egyenáramú komponenst. 2. A DC esetén ezek is átjutnak a bemeneten. 3. A Ground – föld beállítás esetén a referencia 0 potenciállal kapcsolják össze a bemenetet. A jelalakot élethően a DC Coupling segítségével lehet vizsgálni!

Kérdések:

Mérőműszerek felépítése • • Analóg, lengőtekercses Elektronikus Digitális Méréshatár kiterjesztés

A mikroampermérő A hagyományos mechanikus mérőműszerek alapja a lengőtekercses mikroamper-mérő. Kis belső ellenállása (r) a tekercs vezetékének ellenállásából adódik. A mérendő áramnak át kell folynia a műszeren sorosan kell bekötni a hálózatnak abba az ágába, ahol tudni szeretném az áamerősséget!

Az egyszerű feszültség és árammérő A mikroampermérő a tekerccsel sorba kötött elegendően nagy ellenállással kiegészítve párhuzamosan kötve feszültségmérésre alkalmas. (R_d) Valójában ekkor is I-t mér, de r és R_d ismeretében U_x kiszámolható. A műszerrel párhuzamosan kötött elegendően kis R_b ellenállással árammérőként használható. Valójában ekkor is az eredeti mikroampermérőn átfolyó áram ismeretében lehet meghatározni az ismeretlen I_x áram erősségét.

Az árammérő méréshatárának kiterjesztése Árammérő R_i= 9 I_max=20 m. A Kívánatos méréshatár: 200 m. A Mi a teendő? Árammérő R_i=9 I_m=200 m. A I_max= 20 m. A R_s sönt

Feszültségmérő méréshatárának kiterjesztése Mikroampermérő R_i=1 M 10 k U_max=20 V=I_max/R_i A kívánatos méréhatár: 2 k. V Mi a teendő? R_i=1 M , Mikroampermérő R_előtét=(n-1)*R_i 10 k R_előtét

Multiméter ellenálláslánccal

Váltóáramú műszerek Váltóáramok mérésekor maga a mérendő áram hozza létre a mágneses mezőt elektromágnesek segítségével. Ilyenkor a mutató kitérése egyaránt arányos lesz a keretben folyó árammal és az elektromágnesek tekercsein eső feszültséggel, továbbá érzékenyen függ az áram és a feszültség közötti esetleges fáziskülönbségtől. Ezért alkalmas a teljesítménytényező mérésére is. Felépítése, működése a dc mikroampermérőhöz hasonló.

Elektromos mennyiségek mérése • Ellenállás • Teljesítmény: váltó, egyen • Impedancia

Ellenállás mérése

Ellenállás mérése 2 és négyvezetékes módszerrel, mérőáram segítségévrl 10 ohmtól 10 M ohm –ig, 1%-os pontossággal néhány ezer forinttért az alábbi – műveleti erősítőt használó - kapcsolás alapján: Kétvezetékes módszer, RX = (V/I) − RL 1 − RL 2.

Lényegében a P=U*I formát használjuk, de az eredményt korrigálni kell az árammérő és a voltmérő műszerek által felvett teljesítménnyel. (R_v a voltmérő, R_a az árammérő belső ellenállása.

A váltakozó áram teljesítménye Pillanatnyi teljesítmény Az integrál az átlagos teljesítmény Említést tesznek még látszólagos teljesítményről: És meddő teljesítményről: Az integrálás végeredménye a hatásos teljesítmény. Ez adja meg a tényleges energiafogyasztást.

A váltakozó áram teljesítménye (még egyszer) Az integrálás végeredménye a hatásos teljesítmény. Ez adja meg a tényleges energiafogyasztást, ami röviden a váltóáramú teljesítmény. Említést tesznek még látszólagos teljesítményről: És meddő teljesítményről:

Elektrodinamikus wattmérő

Három voltmérős módszer Megfelelően kapcsolt ismert ellenállás és három voltmérő segítségével kapjuk meg a teljesítményt.

Elektronikus teljesítménymérés Az ellenállásról az áramerősséggel arányos jelet vesznek le, ezt egy analóg áramkör szorozza össze a feszültség jellel, majd integráló áramkör segítségével állítják elő az átlagos teljesítményt.

Digitális teljesítménymérés A változó feszültség és áramerősség értékeit adott mintavételezési frekvenciával digitalizálják, az így kapott számpárok szorzásával pillanatnyi teljesítményt állítanak elő, a kapott számok átlagolásával adódik az átlagos teljesítmény.

Impedancia - mérés Az impedancia mérése az impedancia nagyságának (Z) mérését és a fáziseltolódás mérését jelenti. (Z=Umax/Imax, illetve dfi)

Helyettesítő képek – impedanciák: tekercs

Helyettesítő képek: kondenzátor Ellenállás helyettesítő képe

Három voltmérős módszer

Váltóáramú hidak

Maxwell-Wien híd

Rezonancia - módszer

Elektronikus impedancia-mérés műveleti erősítővel, invertáló alapkapcsolásban. Az erősítés értéke függ az impedanciától. El kell dönteni, hogy a mérendő impedanciát milyen helyettesítő képpel vesszük figyelembe.

Tápegységek, Generátorok

Generátorok generátorok függvény generátor jelgenerátor hangferkvenciás moduláció nagyfrekvenciás analóg digitális

Amplitúdók: pp, bp, avg, rms Frekvencia Offszet Jelalak Kimeneti ellenállás Frekvencia stabilitás Torzítás Max. áram

Impulzusjellemzők

Tápegységek

Hálózati stabilizált tápegység

Áramkorlát CC – üzemmód: A kimeneti áram állandó CV- üzemmód: A kimeneti feszültség állandó CC/CV: áramkorlát

http: //itl 7. elte. hu/hlabdb/kapcstap/ktap. html

Digitális oszcilloszkóp

Digitális eszközök: DSO Mint ahogy az elnevezése is mutatja, a jel digitális kód formájában kerül eltárolásra az oszcilloszkópban. A jel belépve a készülékbe, a szokásos jelkondicionáláson megy keresztül, majd egy ADC fokozatba jut. A digitális számok az oszcilloszkóp digitális memóriájában kerülnek. A mintavételezési ráta értéke általában 20 megaminta/másodperc és 200 megaminta/másodperc között mozog. A digitális memóriában eltárolt adatokat az eredeti jelalak képernyőn történő megjelenítéshez analóg jellé kell vissza alakítani egy DAC áramkörrel. Tehát az ernyőn látható kép, az eredeti jelről az eltárolt minták alapján készült rekonstrukció, nem pedig a bemeneti csatlakozókról érkező jel folytonos megjelenítése.

Analóg bemenet Az analóg bemeneten való áthaladás során a mérendő jel csillapodhat. A csillapodás mértéke függ a jel frekvenciájától. Az átviteli sáv határát az a frekvencia jelöliki, amelyiknél az analóg bemeneten áthaladó szinuszos jel amplitúdója az eredeti 70. 7%-ra, azaz -3 d. B-el csökken. A digitális oszcilloszkóp bemenetének két fontos része az analóg jelkondicionáló áramkör (analóg bemenet) és az analóg – digitális konverter. Az analóg jelkondicionáló áramkör szükség szerint erősíti, szűri a bemeneti jelet. Az analóg digitális konverter meghatározott időnként mintát vesz a folyamatosan változó jelből és a kapott számokat továbbítja az oszcilloszkóp felé.

Digitális analóg konverzió – mintavételezési sebesség 100 MS/s (100 Megasample /second) mintavételezési sebesség azt jelenti, hogy egy másodperc alatt 100 milliószor vesz mintát az ADC az analóg jelből. Két mintavételezés között tehát százmilliomod másodperc (10 nanosecundum) telik el. A mintavételezés frekvenciája 100 MHz.

DAC – bitmélyéség/felbontás A 3 bites ADC 23 különböző bináris számot tud ábrázolni. A digitalizálás során a mintavétel eredményét a hozzá legközelebb eső bináris számmal közelíti. Ha 8 V-os jelet digitalizálunk, ez azt jelenti, hogy a digitalizálás felbontása 1 V lesz. Ugyanez az adat 10 bites ADC esetén kb (8/1024) volt. Minél nagyob a bitmélység, annál jobb a felbontás és élethűbb a digitalizálás.

Digitális függvénygenerátor A memóriában tárolják a jel alakjának alapját képező adatsorokat és a megfelelő utasításokat is. Az adatsorokból a digitális analóg konverzió során előbb lépcsős jelet állítanak elő, amit a későbbiekben „simítanak”.

DAC

Oszcilloszkóp - videók shrek. unideb. hu/~learner/english/video/osc

Mérőtranszformátorok és szenzorok

- A jól tervezett teljesítmény transzformátor hatásfoka 98%, Veszteségek: a vasmag melegedése, a tekercsek vezetékeinek ellenállása, hűtéshez használt energia. - nincsenek mozgó alkatrészek

A zárt lemezes vasmag fontos eleme a transzformátornak.

A primer és a szekunder tekercs ugyanaz.

Mérőtranszformátorok Nagy feszültséget és nagy áramerősséget nem célszerű közvetlenül mérni. - szigetelési nehézségek - életbiztonsági követelmények - nagy áramerősség méréséhez nagy terjedelmű műszer szükséges - nagy keresztmetszetű vezetőből készült tekercs Mérőtranszformátorokkal lehet a váltakozó feszültséget és áramerősséget közvetlenül mérhető értékűre csökkenteni. A csökkentés mindig arányos, hogy a lecsökkentett feszültségből vagy áramból ki lehessen számítani a mért értéket. Mérőtranszformátorok alkalmazásával ugyanaz a műszer többféle méréshatáron is használható. A mérőtranszformátorok kis teljesítményűek, hiszen csak műszerek táplálására szolgálnak.

Áramerősség mérés elvi rajza. Az egyenes vezetőben folyó áramot mérik az általa keltett mágneses tér segítségével. Áramváltó: Árammérésre használt transzformátor.

Feszültségváltó: a feszültség csökkentésére használható mérőtranszformátor A nagyobb feszültségű primer tekercsét a mérendő feszültségre kapcsoljuk, a kisebb feszültségű szekunder tekercsére kötjük a voltmérőt. A primer és u szekunder oldalt olvadó biztosítóval kell védeni. A szekunder oldal egyik kivezetését le kell földelni. A feszültségváltó áttétele a tekercsek névleges feszültségeinek a hányadosa: a=U_1/U_2 A terhelés a be és kimeneti jel közötti fázisszög illetve az áttétel megváltozását okozza. pontossági osztályok

Termikus áramerősség mérő A mérendő áramot söntellenálláson vezetik át. Ez termikus kapcsolatban van egy termopárral. Az áram hatására melegszik a sönt, ami a termopár két vége között feszültséget hoz létre. A feszültség a fejlődő hővel arányos, a műszer bármilyen jelalak esetén valódi effektív érték (rms) mérését teszi lehetővé.

Áramerősség mérés Hall-szenzorral

Jellmező méréstechnikai hibák • • • • DMM soros, párhuzamos bekötése Helytelen méréshatár megválasztása Kontaktus hiba (ellenállás!!) DMM kezelőszervei (AC, DC, I, U, stb) DMM-el nem megfelelő frekvenciájú váltóáram!!! Kis Time/Div, nagy Volt/div érték a zaj mérése Helytelen Time/div érték rossz mintavételezés, a jel nincs a képernyőn A mérendő mennyiség ismeretlen volta (jelkésleltetési idő, rise time, V_pp, V_bp, V_rms, V_avg) Rossz csatorna a triggerelés forrássa futó kép Rossz Coupling: DC állás, az egyenáramú komponens kiviszi a jelet a képernyőről AC –állás: A jel eredeti alakja torzul Felesleges shiftelés függőlegesen Generátor gombok: output, TTL-kimenet, External trigger offset, attenuator! A mérés során mindig kíváncsiak vagyunk valamire, meg kell becsülni a hibát, értelmezni az eredményt.