Masurarea marimilor electrice an III Facultatea de Energetica

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 Masurarea marimilor electrice 2 x 14 = 28 ore curs; 2 x 14 = 28 ore laborator; curs: luni 12 -14 EC 104 laborator: EB 109 joi 14 -18 & vineri 08 -12 consultatii: luni 14 -17, EB 129. Nota finala (Examinare scrisa probleme!): 0. 5 examen+0. 3 laborator + 0. 2 teme de casa (+ 0. 05 lucrari curs); Titular curs: Prof. dr. ing. Mihaela Albu Laborator: Conf. dr. ing. Viorel Petre; Prof. Mihaela Albu asist. ing. Radu Plamanescu; mihaela. albu@upb. ro

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 Bibliografie minimala • Note de curs; Platforme laborator • Fisiere (prezentare curs; teme; probleme) accesibile la: http: //www. vlab. pub. ro/courses/MME/microderlab. pub. ro • Golovanov, Carmen, Albu, Mihaela (coord): Probleme actuale de masurare in electroenergetica, Ed. Tehnica 2002 • Seritan, G, Cepisca, C, Masurari electrice si electronice, Ed. Politehnica Press, 2013 • Elmar Schrüfer, Elektrische Meßtechnik, Hanser Verlag, 1992. • Antoniu, M. : Măsurări electrice, vol. 1 -3, Satya, Iaşi, 1999 • International Vocabulary of Metrology – Basic and General Concepts and Associated Terms, JCGM 200: 2012, disponibil la http: //www. bipm. org/en/publications/guides/vim. html • Gabriele D’Antona, Alessandro Ferrero, Digital Signal Processing for Measurement Systems. Theory and Applications, Springer, 2006 Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro 2/35

Masurarea marimilor electrice, Programa cursului: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 Introducere: Repere temporale esenţiale în domeniul stiintei masurarii. Unitati de masura. SI. Elemente de metrologie. Incertitudinea de masurare. Breviar matematic. Semnale şi sisteme analogice si numerice. Semnale periodice si concentratori de informatie; Corelatii; Agregare temporala; Transformate Fourier. Caracterizarea mijloacelor de masurare in regim static si in regim dinamic. Aparate analogice de masurare. Principii. Exemple. Convertoare de intrare. Divizorul de tensiune. Suntul. Transformatoare de masurare. Senzori neconventionali in energetica. Circuite de amplificare. Masurarea puterilor si energiilor in sisteme trifazate. Definitii. Principii de masurare directa si indirecta. Metode de masurare de precizie si sisteme de masurare cu urmarire in timp. Punti de masurare. Osciloscopul, Analizoare de semnal. Analizoare de calitate a energiei electrice. Aparate numerice de masurare. Teorema esantionarii. Achizitia de date. Convertoare A/D si D/A. Bus-uri de comunicatie. Masurari sincronizate. Unitati de masurare fazoriala. Sisteme moderne de masurare si monitorizare in energetica. Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro 3/56

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 Circuite specifice de masurare pe cale electrica a marimilor neelectrice • Circuite divizoare • Circuite cu amplificatoare – Metoda cu 2 / 3/ 4 conductoare • Circuite in punte – de c. c. sau de c. a. a) Puntea in regim echilibrat b) Puntea in regim neechilibrat (metoda indicatiei). Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 Circuite de punte. Punti de masurare 1. PUNTI LA TENSIUNE CONTINUA (engl. : measuring bridge ; bridge) -> Wheatstone in 1843 pentru masurarea rezistentelor. a) Metoda puntii in regim echilibrat (engl. : balancing ; zero adjustment ) Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro

Masurarea marimilor electrice, Circuite de punte. Punti de masurare an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 b) Metoda puntii in regim neechilibrat voltmetru de impedanta infinita Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro

Masurarea marimilor electrice, Circuite de punte. Punti de masurare 2. PUNTI LA TENSIUNE ALTERNATIVA. Conditia de echilibru: Exemplu: Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 Circuite de punte. Punti de masurare la tensiune alternativa a) Puntea de masurare a capacitatilor (Wien) b) Puntea de masurare a inductivitatilor (Maxwell) Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 Circuite de punte. Punti de masurare la tensiune alternativa a) Puntea de masurare a inductivitatilor (Maxwell - Wien) Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 Osciloscopul analogic (catodic) vs. osciloscop numeric (digital) Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro /46

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 1. Osciloscopul analogic. (catodic) Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro • • Sistemul de vizualizare Sistemul vertical Sistemul orizontal Sistemul de sincronizare

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 1. Osciloscopul analogic (catodic) Catodul sursa de electroni [tunul electronic] energia termica se transforma in energie cinetica electronii vor fi accelerati in drumul spre anod. Intensitatea fasciculului de electroni este reglata prin tensiunea de pe electrodul de comanda (cilindru Wehnelt); un sistem de anozi suplimentari (electrozi cilindrici) determina obtinerea unui spot luminos de diametru de zecimi de mm (perpendicular pe ecranul osciloscopului, in centrul acestuia) Fascicolul traverseaza doua perechi de placi de deflexie (la care sunt conectate tensiunile de deflexie pe orizontala respectiv verticala) se poate directiona fasciculul de electroni spre puncte diferite ale ecranului. Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 Osciloscopul analogic. (catodic) Catodul sursa de electroni [tunul electronic] energia termica se transforma in energie cinetica electronii vor fi accelerati in drumul spre anod. Marimea tensiunilor de deflexie depinde de timpul necesar fasciculului pentru a parcurge distanta dintre placile de deflexie. De aceasta viteza a electronilor depinde insa si frecventa maxima a semnalelor ce pot fi reprezentate. O accelerare puternica (ca si intensitatea luminoasa a spotului) se obtine prin utilizarea unei infasurari suplimentare de post accelerare (axa Z). Ecranul foloseste o substanta luminiscenta care transforma energia cinetica a electronilor in energie in spectrul vizibil Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro

Masurarea marimilor electrice, Osciloscopul analogic. an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 X - si Y – Amplificatoarele de deflexie se genereaza tensiunile de deflexie (de ordinul zecilor de V) • Pe axa X se aplica o tensiune liniar variabila in timp (dinti de fierastrau // rampa). • revenirea la tensiunea minima (si pozitionarea in capatul ecranului) se face cu ajutorul unui circuit de declansare /trigger/: acesta este activat la depasirea in sens negativ sau pozitiv al unei valori predefinite dar reglabile - nivelul de trigger ; acest nivel este raportat fie la tensiunea de reprezentat, fie la o tensiune externa (trigger extern); esential este ca acest nivel de triggerare sa fie atins doar o data in decursul intervalului de timp asociat reprezentarii semnalului (de exemplu, o singura data intr-o perioada) Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro

Masurarea marimilor electrice, Osciloscopul analogic. an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 X - si Y – Amplificatoarele de deflexie se genereaza tensiunile de deflexie (de ordinul zecilor de V) • daca nu este aplicat nici un semnal pe placile de deflexie (Y) nivelul de declansare nu este atins niciodata nu se vede nimic pe ecran. Pentru ca, totusi, sa se vada o dreapta corespunzatoare nivelului de nul de exemplu, se folosesc semnale suplimentare care fac parte din asa-numitul circuit de “declansare automata”. In acest mod de lucru se seteaza nivelul de declansare pe cel mai mic nivel posibil, a. i. chiar si in lipsa tensiunii sa apara descrisa o linie orizonatala care de altfel poate fi pozitionata pe ecran cu ajutorul unei tensiuni de “offset”. Pentru a relua functionalitatea declansarii trebuie comutat din modul “automat”. Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 Osciloscopul analogic. Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro

Osciloscopul analogic Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 • In circuitul de deflexie pe verticala se regaseste, in cazul osciloscoapelor cu doua canale, inaintea amplificatorului pe axa Y, un comutator electronic rapid care permite reprezentarea simultana pe ecran a doua semnale folosind un acelasi fascicul de electroni. este importanta deosebirea intre osciloscoapele cu mai multe canale independente si cele clasice, cu un sistem de deflexie unic si circuit de comutare (acestea au masa comuna tuturor intrarilor!) doua moduri de lucru: – se reprezinta alternativ cate un semnal pe intregul ecran (modul "alternate") alternarea se face cu frecventa utilizata in circuitul de deflexie pe orizontala pentru semnale cu variatie lenta comutarea este vizibila si deranjanta – se reprezinta alternativ sectiuni din fiecare semnal, comutarea intre semnale este foarte rapida (de ex. 100 k. Hz) modul chopped. pentru semnale cu variatie rapida comutarea este vizibila si deranjanta. Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 1. Osciloscopul analogic • Pe axa Y – Preamplificatorul adapteaza tensiunile de vizualizat la comutatorul descris anterior si la amplificatorul de deflexie pe verticala. In plus, are functia de aplicare a unei tensiuni continue variabile cu ajutorul careia se poate pozitiona imaginea pe verticala. Un condensator in circuitul de intrare face posibila separarea – in cazul in care este selectata aceasta functie – valorii medii (componenta de tensiune continua) din semnal (modul AC versus modul DC) • Amplificatoarele pe axa X NU trebuie sa modifice forma semnalului de vizualizat (circuite de banda larga de ordinul GHz) • Impedanta de intrare: circuit RC (1 M , 10. . . 30 p. F. ) • Exista sonde divizoare (10: 1; 100: 1) Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 1. Osciloscopul analogic. Moduri de functionare • Modul Y – fara baza de timp – o linie verticala, util pt. masurarea amplitudinii tensiunii. • Modul y-t se vizualizeaza variatia in timp a tensiunii aplicate • Modul x-y -> vizualizarea dependentei y(x); util pentru determinarea defazajului sau determinarea egalitatii celor doua frecvente a semnalelor x(t) si y(t) Caracteristici: - Constanta de deflexie pe verticala (V/div); - Factorul de baleiaj al bazei de timp (ms/div); - Banda de frecventa Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 Osciloscopul analogic. Exercitii 1. Fie un cuadripol pasiv si se doreste determinarea atenuarii si a defazajului intrare-iesire cu ajutorul unui osciloscop cu doua canale. Uintrare este vizualizat in sistemul vertical 1 cu setarile (2 V/Div. ; sonda 1: 1). Uiesire este vizualizat in sistemul vertical 2 cu setarile (20 m. V/Div; sonda 1: 10). Se utilizeaza modul alternate iar factorul de baleiaj al bazei de timp este 0. 1 ms/Div. a) Care este frecventa tensiunilor? . b) Calculati atenuarea (d. B) c) Care este defazajul introdus de cuadripol (in grade)? Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 Osciloscopul analogic. Exercitii 2. Se doreste reprezentarea urmatorului semnal: u(t) = 2. 5 V + 0. 5 Vsin t Se doreste alegerea constantei de deflexie pe verticala astfel incat ecranul osciloscopului sa fie utilizat in cel mai eficient mod (8 cm inaltime). Posibilitatile selectorului sunt: 10 V/cm; 5 V/cm; 2 V/cm; 1 V/cm; 500 m. V/cm; 200 m. V/cm; 100 m. V/cm; 50 m. V/cm; 20 m. V/cm; 10 m. V/cm. Ce setare alegeti in cazul in care: a) Se doreste reprezentarea semnalului ca atare (cu componenta continua) iar spotul este pozitionat la mijlocul ecranului cand nu este aplicat semnal la intrarea osciloscopului. b) Pozitia spotului poate fi oriunde pe ecran (poate fi deplasata pe verticala cu ± 10 cm ) c) Se doreste vizualizarea doar a componentei alternative semnalului Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 Osciloscopul analogic. Exercitii 3. Un semnal periodic s 1(t) este reprezentat in figura de mai jos. Semnalul de declansare (trigger) este s 2(t) si tensiunea rampa de deflexie pe orizontala este s 3(t). Desenati ce se va vedea pe ecranul osciloscopului daca este selectat modul ("AC"). Care sunt setarile necesare pentru nivelul de declansare? Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 Osciloscopul analogic. Exercitii 7. In figura este reprezentat semnalul de trigger utilizat pentru un osciloscop analogic. a) Generatorul de semnal din baza de timp va fi triggerat o data la fiecare… . . . s. b) La ce momente va fi pozitionat fascicolul de electroni in stanga ecranului? c) Pe ce valoare este setat comutatorul bazei de timp (“coeficientul de deflexie pe orizontala”) daca tensiunea varf-la-varf upp permite deflexia fascicolului de electroni pe intreaga latime a ecranului? Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 Osciloscopul analogic. (catodic) Link-uri recomandate: http: //wireless. agilent. com/flash/infiniivision/npl/index 1. html? cmpid=p 4 pintrous&s_kwcid=TC|6885|oscilloscope||S|p|10629 711256 http: //www. youtube. com/watch? v=zsy-pxpf. B 4 o Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 Semnale analogice vs. numerice În cazul în care loc o cuantizare a amplitudinii semnalului (în urma unui proces de aproximare, de tipul trunchierii sau al rotunjirii), astfel că mulţimea valorilor acestuia este finită, deşi semnalul este definit la toate momentele de timp, rezultatul va fi un semnal discret în amplitudine Exemplu de semnal continuu în timp şi amplitudine cu variaţie continuă Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro 25

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 Semnale analogice vs. numerice Semnale în timp discret sunt definite numai pentru momentele unde A este o mulţime discretă. De obicei, intervalul dintre două momente de timp este constant. Notaţie: Exemplu de semnal discretizat prin eşantionare uniformă Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro

Masurarea marimilor electrice, Semnale analogice & numerice an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 Analog Numeric [digital] Functie continua x de variabila continua t (timp, spatiu etc) : x(t). Functie discreta xk de variabila esantionata discret tk, cu k = intreg: xk = x(tk); tk=k. Ts Esantionare uniforma (periodica). Frecventa de esantionare f. S = 1/ TS Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro Maria Elena Angoletta, AB/BDI, DISP 2003, 20 February 2003

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 Teorema esantionarii (discretizare in timp) Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 Teorema esantionarii Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 Esantionarea si spectrele periodice Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 Reconstructia semnalului cu filtrul ideal Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 Reconstructia analitica a semnalului cu ws=2 B Obs: Filtrul de reconstructie interpoleaza intre esantioane cu functia sinc. Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 Semnale numerice [digitale] Pentru diferentierea starilor logice se pot utiliza simbolurile LOW si HIGH. In Tabele si fise tehnice se regasesc abrevierile "H" si "L" : HIGH -> potential pozitiv LOW potential negativ Operarea si reprezentarea starilor logice cifrele in sistem binar 1 si 0. Atentie carui tip de logica apartine circuitul. Exista circuite in logica pozitiva si circuite in logica negativa: Logica pozitiva: HIGH stare logica 1 LOW stare logica 0 Logica negativa: HIGH stare logica 0 LOW stare logica 1 Tensiunea (potentialul) careia ii corespunde starea H respectiv L depinde de fiecare gama de circuite integrate (de exemplu TTL / CMOS) Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 Semnale numerice. Circuite logice de baza Circuite (porti logice) de baza: AND, OR si circuitul inversor. Toate celelalte circuite logice pot fi realizate ca o combinatie a acestora! Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 Semnale numerice. Circuite logice de baza (porti logice) Simboluri: Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 Semnale numerice. Circuite logice de baza Exemplu: decodificator din cod BCD in afisaj cu 7 -Segmente Decodificatorul BCD-7 -Segmente este un circuit integrat care decodifica un cuvint pe 4 biti astfel incat sa poata fi comandata afisarea fiecareia dintre literele a, b, c, d, e, f si g pe un afisaj cu 7 Segmente. In tabel: comportarea / programarea logicii functionale in acest circuit (atentie realizat in logica negativa!) Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro

Masurarea marimilor electrice, an III - Facultatea de Energetica U. P. B. 2019 -2020 Intrebari / semnalare erori (!). Prof. Mihaela Albu mihaela. albu@upb. ro albu@ieee. org