sveu ili te j j strossmayera osijek elektrotehni ki fakultet n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
SVEUČILIŠTE J. J. STROSSMAYERA OSIJEK Elektrotehnički fakultet PowerPoint Presentation
Download Presentation
SVEUČILIŠTE J. J. STROSSMAYERA OSIJEK Elektrotehnički fakultet

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 69

SVEUČILIŠTE J. J. STROSSMAYERA OSIJEK Elektrotehnički fakultet - PowerPoint PPT Presentation


  • 350 Views
  • Uploaded on

SVEUČILIŠTE J. J. STROSSMAYERA OSIJEK Elektrotehnički fakultet . MJERENJA U ELEKTROTEHNICI Predavač: Damir Karavidović, dipl.ing . Predavanje 11 Elektronički mjerni instrumenti. MJERENJA U ELEKTROTEHNICI Elektronički mjerni instrumenti. Sadržaj: 1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'SVEUČILIŠTE J. J. STROSSMAYERA OSIJEK Elektrotehnički fakultet' - dolan


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
sveu ili te j j strossmayera osijek elektrotehni ki fakultet
SVEUČILIŠTE J. J. STROSSMAYERA OSIJEKElektrotehnički fakultet

MJERENJA U ELEKTROTEHNICI

Predavač: Damir Karavidović, dipl.ing.

Predavanje 11

Elektronički mjerni instrumenti

mjerenja u elektrotehnici elektroni ki mjerni instrumenti
MJERENJA U ELEKTROTEHNICIElektronički mjerni instrumenti

Sadržaj:

1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.1. Zajednička obilježja

1.2. Mjerna pojačala

1.3. Elektronički voltmetar

1.4. Elektronički vatmetar

1.5. Osciloskopi

1.6. Značajke elektroničke mjerne instrumentacije

2. Digitalni elektronički mjerni instrumenti

2.1. Zajednička obilježja

2.2. Digitalna obrada analogne mjerene veličine

2.3. Digitalni voltmetar

2.4. Pogreške mjerenja digitalnim voltmetrom

2.5. Temeljne osobine digitalnih voltmetara

mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.1. Općenito

  • Razvoj elektronike, na svom početku i danas, imao je utjecaj i na razvoj mjernih uređaja.
  • Elektroničke komponente i sklopovi počinju se upotrebljavati u rješavanju različitih zadaća mjerenja, a poseban zaamah se dobiva razvojem visoko integriranih sklopova.
  • Pomoću elektroničkih mjernih instrumenata mjere se električne, ali i neelektrične mjerene veličine.
  • Ako je pokazivanje vrijednosti mjerene veličine analogno (instrument s kazaljkom), govorimo o analognim elektroničkim mjernim instrumentima.
  • Postoje nadasve raznovrsni analogni elektronički mjerni instrumenti, no ipak s nekim zajedničkim obilježjima.
mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti1
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.1. Zajednička obilježja

  • U pogledu procesiranja mjernog signala, od ulaznih stezaljki do analognog indikatora, govori se o otvorenom i zatvorenom mjernom sistemu.
  • U općem slučaju otvoreni mjerni sistem (slika) tvori: mjerni pretvornik (ako se mjeri električna veličina on izostaje), pojačalo s regulacijom, član za linearizaciju i analogni indikator.
  • Predstavnici otvorenih mjernih sustava su analogni elektroničkih mjernih instrumenata su različiti elektronički voltmetri.
mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti2
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.1. Zajednička obilježja

  • Zatvoreni mjerni sistem temelji svoje načelo rada na uspoređivanju poznate s nepoznatom mjerenom veličinom. To načelo se može pokazati na primjeru samouravnotežujućeg mosta za mjerenje induktiviteta
  • U tom se primjeru priključenjem mjerenog induktiviteta Lx na dijagonali mosta pojavi napon ΔU. Pojačan, on potiče motor kojim se mijenja poznati induktivitet LN dok se most ne uravnoteži. U stanju ravnoteže na indikatoru se dobije vrijednost nepoznatog induktiviteta Lx.
mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti3
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.1. Zajednička obilježja

  • Elektronički mjerni instrumenti i uređaji su uobičajeno mjerila napona, no posrednim postupkom mjeri se i struja pomoću pada napona na poznatom otporu. Kada su to mjerila napona, govorimo o analognim elektroničkim voltmetrima.
  • Mjerni sistem analognih elektroničkih instrumentata ima svoje osobitosti u pogledu statičko-dinamičkih osobina. Tako se za mjerne sisteme definiraju prijenosne funkcije: amplitudno-frekvencijska, fazno-frekvencijska, i amplitudno-amplitudna karakteristika.
  • Kao indikatorski sistem, odnosno onaj dio koji električnu veličinu pretvara u analognu, vizuelnu informaciju, najčešće se koristi mjerni organ s pomičnim svitkom u polju trajnog magneta. Samo ponekad koristi se mjerni organ s pomičnim željezom.
  • Kada se želi mjeriti veličine koje imaju omjer od više dekada (105 do 107), između maksimalne i minimalne vrijednosti, u obradi ulaznog napona koristi se logaritamska amplitudno-amplitudna karakteristika. Skala se baždari u jedinicama apsolutne razine, decibelima i linearna je.
mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti4
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.1. Zajednička obilježja

  • Opća blok shema (otvorenog i zatvorenog mjernog sustava) ne mijenjaju se bitno ni kod elektroničkog instrumenta za mjerenje vrijednosti osnovnih parametara elektroničkih krugova.
  • Načelnom primjenom U-I metode ili mosnih metoda ostvariti ćemo elektroničke instrumente za mjerenje R,L,C parametara. Veće odstupanje od općih blok shema nastupa kod mjerila frekvencije, faznog pomaka i snage.
mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti5
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.2. Mjerna pojačala

  • Mjerna pojačala imaju dvije osnovne zadaće:
  • podizanje razine naponskog ili strujnog signala na vrijednost pogodnu za mjerenje,
  • povećanje vrijednosti ulaznog otpora mjernog uređaja kod mjerenja napona ili smanjenja ulaznog otpora kod mjerenja struje.
  • U ostvarenju postavljenih zadaća mjerna pojačala moraju zadovoljiti slijedeće zahtjeve:
  • povratno djelovanje na mjerenu veličinu mora biti zanemarivo,
  • mogućnosti razlučivanja (rezolucije) moraju biti velike,
  • izlazni signal mora biti jednoznačno ovisan od ulaznog signala u okviru definiranog pojačanja.
  • dobre dinamičke osobine: izlazni signal mora što brže slijediti mjernu vrijednost,
  • postojan izlazni signal: izlazni signal pojačala na smije se mijenjati priključkom mjernog uređaja..
mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti6
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.2. Mjerna pojačala

  • Mjerno pojačalo možemo promatrati kao generator upravljan mjernom veličinom komu je za obavljanje funkcije uvijek potrebna pomoćna energija.
  • Naponski ili strujni ulaz, odnosno izlaz, definira nadomjesnu shemu s pojačanjem A . Dajemo dva primjera:

a) u/u pojačalo – naponski G

  • u/i pojačalo - strujni G
mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti7
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.2. Mjerna pojačala

  • Kod pojačala s naponskim generatorom postoje određeni odnosi između izlaznog napona neopterećenog pojačala, izlaznog napona opterećenog pojačala, unutarnjeg otpora (Ri) i otpora opterećenja (Rt).
  • Takva pojačala trebaju imati čim manji unutarnji otporRi kako bi se postigla što manja ovisnost od otpora opterećenja.
  • Kod pojačala sa strujnim generatorom osobiti su odnosi između izlazne struje kratkog spoja, izlazne struje opterećenog pojačala (i2), unutarnjeg otpora (Ri), i otpora opterećenja (Rt).
  • Kod takvog pojačala važan je velik unutrašnji otpor Ri u odnosu na otpor opterećenja Rt jer tada krugom teče praktično struja i2k.
  • Mjerna pojačala imaju nekolicinu osobina koja su posebno važna za ostvarenje njegovih mjerno-tehničkih zadaća:
  • pojačanje ili osjetljivost (A),
  • širina frekvencijskog pojasa (F),
  • ulazni otpor (Rul ),
  • izlazni otpor (Ri).
mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti8
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.2. Mjerna pojačala

  • Već dugo se u mjernoj tehnici koriste operacijaska pojačala koja, izvedena u tehnici integriranih krugova, donose prednosti pred pojačalima u izvedbi s diskretnim elektroničkim elementima.

OPERACIJSKA MJERNA POJAČALA (OMP)

  • Operacijska mjerna pojačala su istosmjerna pojačala velikog pojačanja, širine pojasa i ulaznog otpora, a malog izlaznog otpora.
  • Mjerno – tehničke osobine se mogu dodatno definirati prispajanjem otpora, kondenzatora i dioda. Načelnu shemu jednog operacijskog pojačala bez povratne veze prikazuje slijedeća slika.
mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti9
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.2. Mjerna pojačala – primjena Operacijskih mjernih pojačala

  • OMP rabi mjerna tehnika za gradnju analognih i digitalnih mjernih uređaja te instrumenata, ali i izdvojeno kada se mjerena veličina mora prilagoditi za provedbu nekog mjernog postupka.
  • Naponska mjerna pojačala

Vrlo veliki ulazni otpor naponskog pojačala daje mu prednost za korišćenje kod mjerenja napona. U mjernim instrumentima rabi se često kao precizni ispravljač tjemene vrijednosti s naponskim ili strujnim izlazom.

  • Strujna mjerna pojačala

Strujna mjerna pojačala pripadaju pojačalima s invertiranim ulazom, a zbog male vrijednosti unutarnjeg otpora redovito se koristi pri mjerenju struje. Nadalje, široka im je uporaba u mjernim uređajima regulacije i simulacije kada realiziraju različite računarske funkcije (zbrajanje, oduzimanje, množenje, deriviranje, integriranje...).

mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti10
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.2. Mjerna pojačala – primjena Operacijskih mjernih pojačala

  • Zbrajanje
  • Množenje
mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti11
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.2. Mjerna pojačala – primjena Operacijskih mjernih pojačala

  • Deriviranje
  • Integriranje
mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti12
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.2. Mjerna pojačala – kriteriji izbora OMP

  • Mjerna pojačala ne smijemo promatrati kao pojedinačne uređaje već kao članove nekog kruga mjerenja ili važne dijelove mjernog instrumenta.
  • Temeljni kriteriji za izbor mjernog pojačala su: mjerno područje, pojačanje, ulazni otpor, izlazni otpor, širina pojasa. Pored tih važni su i posebni kriteriji:
  • odnosi uzemljenja u krugu mjerenja,
  • potiskivanje istofaznih signala,
  • pogreška neutralne točke.
  • Uzemljenje u krugu mjerenja ima zadaću da pojedinim elementima osigura točno definirani referentni potencijal. Osmišljenim mjerama uzemljivanja moguće je negativne uplive postojanja razlike potencijala umanjiti (vođenje mjernih vodiča, oklapanje mjernih vodiča...).
  • Kod realnih operacijskih pojačala javlja se pojava postojanja napona na izlazu i kada su naponi na oba ulaza jednaki (up = un = ug1). Odnos između pojačanja A0 i pojačanja u takvom primjeru Ag1 naziva se potiskivanje istofaznih signala.
  • Integriranje
mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti13
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.2. Mjerna pojačala – kriteriji izbora OMP

  • Točnost operacijskog mjernog pojačala s povratnom vezom je ograničena nemogućnošću potpunog isključenja pojačanja signala smetnje. Tako se na izlazu pojavljuje neki napon iako je ulazni napon pojačala nula. Govorimo o pogreški neutralne točke ili naponu (struji) pomaka.
mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti14
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.3. Analogni elektronički voltmetri

  • Kada idealiziramo osobine elektroničkog voltmetra, kažemo da je to uređaj koga priključujemo paralelno mjernom objektu i da on ne unosi promjene u mjerni krug (ne opterećuje ga).
  • Mjerno područje osobito karakterizira mogućnost mjerenja vrlo malih vrijednosti napona. Donja granica je određena odnosom signal-smetnja (šum) za definiranu razinu točnosti.
  • Frekvencijsko područje poželjno je da bude što šire, no ipak se instrumenti grade za određena frekvencijska područja.
  • Ulazna impedancija je kod elektroničkih voltmetara kapacitivnog karaktera te se izražava: nadomjesnom shemom djelatnog otpora i kapaciteta u paralelnoj kombinaciji (npr.10 megaoma || 10 pF).
  • Točnost mjerenja se može definirati jednako kao analognim mjernim instrumentima. Osim posebnih izvedbi, uobičajeno su elektronički voltmetri instrumenti niže razine točnosti (±2%).
mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti15
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.3. Analogni elektronički voltmetri

  • Skala elektroničkog voltroetra uobičajeno je linearna. Koji puta se pored mjerne jedinice napona i struje vrijednost potonjih iskazuje pomoću apsolutne razine u decibelima (dB).
  • Nerijetko se pak sreću skale umjerene samo u decibelima koji zbog logaritamskog odnosa daju linearnu skalu jedino uz logaritamsku karakteristiku pojačala. Ukazuje se na činjenicu iskazivanja fizikalne veličine pomoću jedinice logaritamske mjere, kao bezdimenzionalne veličine.
mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti16
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.3. Analogni izmjenični elektronički voltmetri

  • Kako analogni indikator (mjerni organ s pomičnim svitkom) može mjeriti samo istosmjernu veličinu, nužno je za mjerenje izmjeničnog napona obaviti ispravljanje izmjeničnog u istosmjerni napon. Općenito, voltmetar što mjeri izmjenične veličine, uvijek se sastoji od: pojačala, oslabljivača i pretvarača izmjeničnog u istosmjerni napon povezano u dvije strukture.
  • Ako struktura elektroničkog voltmetra počinje ispravljačem često se on naziva diodni voltmetar, a uobičajen je odziv na tjemenu vrijednost pozitivne poluperiode. Spoj za mjerenje tjemene vrijednosti ima nedostatak što je napon na kondenzatoru (uc) manji od tjemene vrijednosti (Um) za pad napona na diodi (ud). Potonja se pogreška može izbjeći spojem diode na izlaz operacijskog pojačala, a potom pad napona povratnom vezom vratiti na ulaz
mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti17
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.3. Analogni izmjenični elektronički voltmetri

  • Ako struktura elektroničkog voltmetra počinje ispravljačem često se on naziva diodni voltmetar, a uobičajen je odziv na tjemenu vrijednost pozitivne poluperiode.
  • Napon kondenzatora je prispojen mjernom organu, a zbog velikog otpora Ri kondenzator se vrlo sporo prazni između dva pozitivna tjemena. Nakon više perioda na kondenzatoru će praktično biti napon Um, a kroz pomični svitak će teći približno nepromjenljiva struja (ii). Otklon kazaljke će biti jednak pozitivnoj tjemenoj vrijednosti (+Um).
  • Kako mjeriti –Um, a kako Upp?
mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti18
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.3. Analogni izmjenični elektronički voltmetri

  • Spoj za mjerenje tjemene vrijednosti ima nedostatak što je napon na kondenzatoru (Uc) manji od tjemene vrijednosti (Um) za pad napona na diodi (ud).
  • Prethodno istaknuta pogreška načina mjerenja tjemene vrijednosti može se izbjeći primjenom operacijskih pojačala spojem diode na izlaz operacijskog pojačala, a potom se pad napona s diode povratnom vezom vraća na njegov ulaz. Time je napon na kondenzatoru neovisan od pada napona na diodi i jednak tjemenoj vrijednosti napona.
mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti19
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.3. Analogni izmjenični elektronički voltmetri

  • Pretvori li se mjereni napon u struju, i ona ispravi, nelinearna karakteristika diode neće imati utjecaja. Ispravljena vrijednost je proporcionalna tjemenoj vrijednosti (ako se radi o sinusnom naponu):
  • Takav spoj omogućuje elektroničkom voltmetru odziv mjernog organa na srednju vrijednost izmjenične mjerene veličine.
mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti20
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.3. Analogni izmjenični elektronički voltmetri

  • Odziv mjernog organa i pokazivanja mjerne vrijednosti
  • U praktičnim mjerenjima napona i struje, zanima nas njihova efektivna vrijednost.
  • Izmjenični elektronički voltmetar s odzivom na srednju ili tjemenu vrijednost umjerava se za pokazivanje efektivnih vrijednosti. No, tada je mjerenje izmjeničnih veličina valnog oblika različitog od čisto sinusnog opterećeno pogreškom valnog oblika.
  • Samo elektronički voltmetar s odzivom na efektivnu vrijednost neće imati pokazivanje ovisno od valnog oblika signala.
  • Kod elektroničkih voltmetara primjenjuje se nekoliko postupaka: sintezom kvadratične karakteristike, mjerenjem pomoću termopretvornika iprimjenom operacijskih mjernih pojačala s matematičkim prijenosnim karakteristikama (sklop za množenje, sklop za integriranje i korjenovanje).
mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti21
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.3. Analogni izmjenični elektronički voltmetri

  • Spoj za mjerenje efektivne vrijednosti - sinteza kvadratične karakteristike
  • Prikazan sklop oblikuje kvadratičnu ovisnost struje kroz mjerni organ u odnosu na ulazni napon. Greatzov spoj daje prvo koljeno, a diode D5 i D6 drugo odnosno treće koljeno. Sustavom dioda dobili bismo više točaka za sintezu. Pokazivanje će biti ovisno o kvadratu trenutnih vrijednosti, dakle od efektivnih vrijednosti, pa je i skala s kvadratičnim slijedom podjeljaka.
mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti22
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.3. Analogni izmjenični elektronički voltmetri

  • Mjerenje efektivne vrijednosti – mjerenje s termopretvornikom

Poznato je kako se pomoću termopretvornika može mjeriti efektivna vrijednost izmjenične veličine bilo kojeg valnog oblika. U prikazanom sklopu je vrijednost istosmjernog napona (U2) u funkciji efektivne vrijednosti mjerenog napona (U1). Odnosi su linearni pa tako i tijek podjeljaka skale.

mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti23
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.3. Analogni izmjenični elektronički voltmetri

  • Mjerenje efektivne vrijednosti – sklop za množenje s operacijskim mjernim pojačalima

Tehnologija integriranih sklopova omogućuju analognom mjernom sustavu (organu) odziv na efektivnu vrijednost. Potonje se ostvaruje sklopom za množenje (multiplikator) koji rabi različite postupke. Jedan od njih, logaritamski postupak.

mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti24
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.3. Analogni izmjenični elektronički voltmetri

  • Ulazni sklopovi s eksponencijalnom karakteristikom napon-struja poluvodičke diode, ostvaruju dobro približenje napona U3 i U4 (manji od nule) logaritmu ulaznog napona uz odnos:
  • U slijedećem stupnju se logaritamski signali zbrajaju, (Us=f(lnU1∙U2)) a karakteristika diode D3 pomaže funkcijskoj ovisnosti izlaznog napona:
  • Dovedu li se na oba ulaza množitelja isti napon, izlazni će napon U6 biti proporcionalan kvadratu ulaznog napona, a time i odziv te pokazivanje jednako efektivnoj vrijednosti.
mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti25
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.3. Analogni izmjenični elektronički voltmetri

  • Mjerenje efektivne vrijednosti – sklop za integriranje s operacijskim mjernim pojačalima

Postupkom integracije dobivamo srednju vrijednost mjerene veličine, a korjenovanjem efektivnu vrijednost kao vrijednost na koju imamo odziv mjernog organa, a time i pokazivanje analognog pokaznika.

mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti26
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.3. Analogni izmjenični elektronički voltmetri

  • Elektronički voltmetri s odzivom na efektivnu vrijednost u okviru elektroničke instrumentacije se rabe: pri mjerenju napona različitih valnih oblika, kod analizatora spektra, pri mjerenju šuma...
  • Elektronički voltmetri koji su namjenjeni mjerenju efektivne vrijednosti no samo određenog valnog oblika nazivaju se i mjerila kvaziefektivne vrijednosti.
  • Osobina elektroničkih voltmetara tipa ispravljač-pojačalo su: široko frekvencijsko područje, do 500 MHz, relativno mala osjetljivost, mjerno područje široko i do nekoliko tisuća volta, ulazni otpor obično između 10 i 30 megaoma, a ulazni kapacitet ispod 1pF.
  • Elektronički voltmetri tipa pojačalo-ispravljač obično su izvedeni za mjerenje srednjih vrijednosti, a osobine su: velika osjetljivost, frekvencijsko područje ograničeno željenom osjetljivošću (do 10 MHz), ulazni otpor ispod 10 megaoma, a ulazni kapacitet 10-30pF.
mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti27
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.3. Analogni izmjenični elektronički voltmetri

  • Primjer 13.1.

Pretpostavimo kako imamo izmjenični elektronički voltmetar sa strukturom pojačalo-ispravljač. Na ulaz u pojačalo naponskog pojačanja A = 100 dovodi se napon:

Što bi pokazao elektronički voltmetar ako bi ispravljač imao odziv na:

a) srednju vrijednost ? b) efektivnu vrijednost c) tjemenu vrijednost?

a pokazivanje umjereno u efektivnoj vrijednosti.

mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti28
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.3. Analogni izmjenični elektronički voltmetri

  • Primjer 13.1. - Rješenje:

Zadani mjereni napon sadrži osnovni sinusni član, ali i drugi harmonijski član.

  • Linearna srednja vrijednost punovalno ispravljenog napona:

Uvažavajući pojačanje pojačala, elektronički će voltmetar s odzivom na srednju vrijednost izmjeriti

a pokazati;

U voltmetra= Usr * f0 = 12,8 V * 1,11 = 14, 21 V

  • Efektivna vrijednost mjerenog napona iznosi:

a obzirom da kod sinusnog napona vrijedi

mjerenja u elektrotehnici 1 analogni elektroni ki mjerni instrumenti29
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI1. Analogni elektronički mjerni instrumenti

1.3. Analogni izmjenični elektronički voltmetri

  • Primjer 13.1. - Rješenje:

Uvažavajući pojačanje pojačala, elektronički će voltmetar s odzivom na efektivnu vrijednost izmjeriti i pokazati:

  • Tjemena ili maksimalna vrijednost mjerene veličine

Poznavajući efektivnu vrijednost (U) i vrijednost tjemenog faktora (t) ove mjerene veličine, možemo odrediti tjemenu vrijednost koju će izmjeriti elektronički voltmetar s odzivom na tjemenu vrijednost:

Elektronički voltmetar će pokazati:

U voltmetra= Um / t0 = 25,7 V / 1,41 = 18,23 V

mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti

2.1. Zajednička obilježja

  • Pojedine osobine digitalnih mjernih instrumenata ističu ih ispred analognih mjernih instrumenata. Potonje su:
    • lakoća očitavanja vrijednosti mjerene veličine, isključujući pogrešku paralakse,
    • veća točnost, pouzdanost i brzina mjerenja,
    • uže granice pogrešaka (vrhunski DVM za DC 10-6, a za AC 10-4)
    • veća osjetljivost,
    • velika brzina odziva (do 100 000 očitanja u sekundi s razlučivanjem od 41/2 digita
    • velika ulazna impedancija (> 10 MΩ),
    • širok kut gledanja (DVM i do 50°, a analogni 0°)
    • mogućnost automatskog određivanja područja i polariteta mjerene veličine,
    • moguća daljnja obrada mjernih podataka, korištenje mjernih vrijednosti u automatizaciji procesa...
mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti1
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti

2.1. Zajednička obilježja

  • Druge osobine su izvjesni nedostatak, ponovno u odnosu na analogne mjerne instrumente:
    • manja preglednost prikaza trenutne vrijednosti mjerene veličine,
    • osjetljivost na smetnje, posebno mrežne frekvencije,
    • potrebno je, najčešće mrežno napajanje,
    • moguća subjektivna pogreška kod očitavanja zbog sličnih znamenki

(3 i 5, 6 i 8),

    • nudeći dodatne mjerne opcije, apsolutna cijena je nešto viša,
    • tijekom mjerenja je teško pratiti više instrumenata (više od tri),
    • složenija uporaba (bez uputa se teško mogu koristiti).
mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti2
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti

2.1. Zajednička obilježja- Temeljne sastavnice DMI

  • ulazno djelilo ili predpojačalo,
  • A/D pretvornik,
  • Logički sklopovi i komparatori,
  • Oscilator,
  • pokaznik
mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti3
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti

2.2. Digitalna obrada analogne mjerene veličine

  • Digitalni sustav, od same pretvorbe analognog signala do prikazivanja ili predaje kodiranih vrijednosti, ima osobitu tehniku obrade mjerene veličine.
  • Mjerena veličina u analognom obliku je mjerena veličina s kontinuiranom promjenom, a nosi naziv analogna zato što se lako prikazuju nekim drugim promjenjivim veličinama sa sličnim analognim zakonitostima promjene. Kao takva, analogna mjerena veličina ima neograničen broj vrijednosti.
  • Umjesto neograničenog broja vrijednosti, mjerena veličina u digitalnom obliku ili iz nje stvoreni mjereni signal, može imati samo određene vrijednosti u jednom odsječku promatranog signala. Promjene takve mjerene veličine, određuje skup diskretnih vrijednosti u promatranom odsječku promjenljive veličine.
  • Ključni trenutak u postupku digitalizacije mjerenog signala je njegova pretvorba iz analognog u digitalni. Pretvorba se odvija mjernim pretvornicima, A/D pretvornicima, koji pretvaraju vremenski kontinuiranu funkcija x(t) u vremenski diskretnu s kvantiziranim vrijednostima.
mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti4
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2.Digitalni mjerni instrumenti

2.2. Digitalna obrada analogne mjerene veličine

Tok mjerene veličine u digitalnom mjernom sustavu

mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti5
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti

2.2. Digitalna obrada analogne mjerene veličine

  • U određenim vremenskim intervalima ( t ) vrši se uzorkovanje diskretnih vrijednosti,
  • Skup različitih vrijednosti mjerene veličine u promatranom odsječku njegove promjene zavisit će od usvojene vrijednosti kvanta (Q).
  • Kvantizacija predstavlja način prikazivanja diskretnih vrijednosti pomoću sume nekolicine, uobičajeno jednakih djelića zvanih: kvanti,
  • Dovoljno malene vrijednosti vremenskog intervala uzorkovanja ( t ), i kvanta signala (Q), čini odstupanje diskretnog signala od analognog zanemarivim,
  • Nedvojbeno će analogni signal biti vjernije predstavljen s većim brojem kvanta,
mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti6
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti

2.2. Digitalna obrada analogne mjerene veličine

  • Diskretne vrijednosti predstavljene u numeričkom obliku pomoću znamenki, najčešće binarnog brojevnog sustava s brojevnom osnovicom 2., predstavljaju digitalni oblik mjerenog signala,
  • Rezultat pretvorbe je digitalni signal određen binarnim brojem.
mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti7
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti

2.2. Digitalna obrada analogne mjerene veličine

  • Binarni broj je određen zahtijevanom rezolucijom pretvornika (izražena u broju bita). Najveći broj pretvorbi analognog signala u jedinici vremena (sekunda) naziva se: brzina pretvorbe ili frekvencija uzorkovanja (jednostavno izražena u hercima).
  • Dakle, u najjednostavnijem primjeru se kvantizirana vrijednost mjerenog signala izražava binarnim brojem. Svaki se stupanj kvantizacije tada može predstaviti jednim binarnim brojem u npr. binarno kodiranom decimalnom sustavu (BCD). Uobičajeno se koristi upravo ovaj kod s osnovicom 2.
  • Činjenica da kvant ipak nema dovoljno malu vrijednost, stvara mogućnost pogreške u odmjeravanju iznosa signala: pogrešku kvantizacije.
mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti8
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti

2.2. Digitalna obrada analogne mjerene veličine – značajke kvantizacije

  • Na slici vidimo kako je uz kvantizaciju, moguće ustanoviti samo određene vrijednosti analognog signala (0,5; 1,5; 2,5;...6,5).
  • Međuvrijednosti se ne mogu iskazati, odnosno svakoj analognoj vrijednosti koja npr. leži između ±0,5 pridijeljena je ista digitalna vrijednost: 001.
  • Pogreška kvantizacije se izražava pomoću širine koraka kvantizacije (Q).
mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti9
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2.Digitalni mjerni instrumenti

Primjer 1.

Četveroznamenkasti indikator digitalnog voltmetra ima najmanje mjerno

područje 2 V.Kod određene vrijednosti mjerene veličine, indikacija posljednje

brojke koleba oko - 1. Kolika je vrijednost jednog kvanta ?

Rješenje:

Pretpostavimo kako pri nekom mjerenju dobijemo slijedeće pokazivanje na

pokazniku:

Posljednja brojka ima vrijednost promjene 1 mV. Vrijednost mjerene veličine

leži na granici između 1998 i 1999 V. Broj proizvedenih kvanta za ovu

vrijednost mjerene veličine koleba oko jednog kvanta čija je vrijednost 1 mV.

mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti10
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti

2.2. Digitalna obrada analogne mjerene veličine-binarni brojevni sustav

  • Danas se digitalni sustavi uglavnom temelje na binarnom brojevnom sustavu s osnovicom: 2 (razlika prema decimalnom). Takav sustav je jednostavan za tehničku realizaciju, i znatno ekonomičniji od drugih,
  • Diskretni mjereni signal: binarni signal
  • On može poprimiti tek dvije vrijednosti, dvije su znamenke dovoljne za njegovo potpuno određenje. Osnova današnje digitalne tehnike je dualni (binarni) sustav koji koristi samo dva znaka: jedinicu (1) i nulu (0) (po Leibnizu, prije gotovo 300 godina ),
  • Primjena tog sustava izvire iz činjenice da većina fizikalnih pojava razlikuje samo dva stanja: binarno 0 i 1,

Decimalno 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Binarno 0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001 1010

  • Najveća brojevna vrijednost koja se može predstaviti zadanim brojem “n” :

Nmax = 2n – 1

mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti11
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti
  • Mjesto u binarnom broju koje zauzima jedna binarna znamenka, naziva se jedan bit (binary digit). Decimalni broj 7, binarno prikazan kao 1110, smatramo 4-bitnim brojem. Za razmjenu podataka koristi se skup od 8 bita a naziva se bajt (Byte).
  • Na slici je prikazan binarni broj sastavljen od 16 bitova, ili dva bajta, a predstavlja jednu riječ.
  • Pojedine znamenke jedne riječi mogu se istovremeno (paralelno) ili jedan za drugim (serijski), prenijeti i pokazati. Kod paralelnog reda, potrebna je komunikacija s brojem linija jednakom broju bitova. Jedna linija vodi signal 1 ili 0. Za serijsku komunikaciju podataka dovoljna je jedna linija. Pojedine se znamenke binarnog broja pojavljuju u vremenskom rasporedu kao slijed impulsa, pri čemu informaciju predstavlja amplituda impulsa ili trajanje stanja "0" odnosno "1".
mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti12
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti

2.2. Digitalna obrada analogne mjerene veličine - binarnokodirani decimalnisustav

  • Za naše poimanje vrijednosti neke mjerene veličine, svakako nam je najpogodniji decimalni (dekadski) sustav. Zbog toga kod digitalnih mjernih uređaja ulazno-izlazni sklopovi obrađuju binarne signale, dok s okolinom, čovjekom, komuniciraju u decimalnom sustavu,
  • Način prikazivanja mjerene veličine naziva se kodiranje, a binarno kodiranje decimalnih vrijednosti obavlja binarno kodirani decimalni kod. Skraćeno: BCD kod,
  • Primjer : binarna vrijednost mjerenog signala 101 101 iskazane pomoću:

a) razina napona b) impulsa jednog polariteta c) impulsa oba polariteta

mjerenja u elektrotehnici 2 2 digitalni mjerni instrumenti
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2.2. Digitalni mjerni instrumenti

Obrada mjerene veličine u digitalnim mjernim instrumentima

  • Rad digitalnih mjernih instrumenata je utemeljen na pretvorbi mjerene analogne veličine u digitalni signal koji se potom pomoću raznih logičkih sklopova pretvara u brojčani podatak s iskazom na digitalnom indikatoru.
  • Analogna mjerna veličina u(t) pretvara se pomoću A/D pretvornika u određeni broj impulsa, dakle u binarni signal. Potonji prolazi brojaču preko elektroničke logike kojom u ritmu start-stop upravlja generator vremenske baze (oscilator). Brojač broji impulse koji su prošli elektroničku logiku. Brza promjena binarnih signala što prihode iz brojača zahtjeva uporabu kratkotrajne memorije. Nakon nje se, binarnim brojem izražena vrijednost mjerenog signala, pomoću dekodera pretvara u dekadski broj i prikazuje na digitalnom indikatoru.
mjerenja u elektrotehnici digitalni mjerni instrumenti
MJERENJA U ELEKTROTEHNICIDigitalni mjerni instrumenti

2.2. Digitalna obrada analogne mjerene veličine – procesuiranje signala

mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti13
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti
  • Osobine A/D pretvornika imaju upečatljiv odraz na osobine samog digitalnog mjernog uređaja. Među inima, od najvažnijih je rezolucija A/D pretvornika.
  • Rezolucija govori o maksimalno potrebnoj promjeni vrijednosti ulazne veličine (Xu) da bi se izlazna veličina (Xi) promijenila za točno jednu diskretnu vrijednost. Slika prikazuje prijenosnu karakteristiku jednog A/D pretvornika. Ta diskretna vrijednost je jednaka jednom kvantu koga određuje binarna znamenka (bit) najniže pozicijske vrijednosti (LSB).
  • Dijeli li prijenosna karakteristika pretvornika područje ulaznog napona između najveće (Uu max) i najmanje (Uu min) vrijednosti na “m” dijelova definira se apsolutna rezolucija(A):

A= (Uu max – Uu min) / m (V)

ar = 1/m (%)

mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti14
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti
  • U prenesenom smislu rezolucija A/D pretvornika govori o finoći njegove prijenosne karakteristike. Za kvantitativni iskaz, bez nesporazuma, povoljnije je rabiti izraz: pogreška kvantizacije (Pq).
  • Digitalne vrijednosti se prikazuju s "n" binarnih znamenki (2n). Broj stupnjeva je za jedan manje nego li broj vrijednosti (2n-1). Time je relativna rezolucija A/D pretvornika s n bita :

ar = 1 / (2n –1)

  • Često se rezolucija jednostavno iskazuje s n bita što ne predstavlja egzaktni način izražavanja jer svi bitovi ne moraju učestvovati u prijenosnoj karakteristici. Bolje je rabiti kvant, koga kako rekosmo određuje binarna znamenka (bit) najniže pozicijske vrijednosti (LSB). Zato katkad susrećemo za rezoluciju izraz:

1 LSB (Least Significant Bit).

  • Kvantiziranjem ulaznog signala nastaje pogreška kvantizacije. Točna vrijednost jednog kvanta A/D pretvornika s naponskim područjem Uv i s nbita iznosi:

Qu = Uv / (2n – 1) = (Uu max – Uu min) / (2n – 1) ;

Pq = 0,5 / 2n - 1

mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti15
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2.Digitalni mjerni instrumenti

Primjer 2.

  • Digitalni mjerni instrument rabi A/D pretvornik s naponskim mjernim područje Uv i n = 10 bita. Odredite vrijednost jednog kvanta, rezoluciju i maksimalnu pogrešku kvantizacije pretvornika.

Rješenje:

  • Najmanja promjena napona koju A/D pretvornik prenosi (rezolucija) i vrijednost kvanta jest:

ΔU = Qu = Uv / (210-1) = Uv / 1023

  • Najveća relativna pogreška kvantizacije:

Pq≤ Qu * 100% / Uv = 0,1%

  • Pored pogreške kvantizacije, pogrešku A/D pretvorbe uzrokuju i sami sklopovi u pretvorniku i one se posebno navode za svaki A/D pretvornik.
mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti16
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti

2.2. Digitalna obrada analogne mjerene veličine

Osobine A/D pretvornika s odrazom na mjerni uređaj

  • Rezolucija – pogreška kvantizacije,
  • Brzina rada ili vrijeme pretvorbe,
  • Točnost pretvorbe,
  • Mjerno naponsko područje,
  • Ulazni – izlazni otpor,
  • Napon smetnje,

Podjela prema načinu izvođenja postupka pretvorbe

Direktna usporedba (podatak po podatak) – pretvornik s komparatorima

  • Postupak brojanja (kvant po kvant) – pretvorba napona u vrijeme/frekvenciju
  • Postupak postupnog približavanja (bit po bit)
mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti17
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti

2.2. Digitalna obrada analogne mjerene veličine - Pokaznik

  • Uvažavajući u digitalnoj tehnici postojanje kodiranja brojeva, znakova i slova, razumljivo je postojanje istovjetnih indikatorskih sistema ,
  • Podjela prema obliku znamenki što se prikazuju:

a) znamenke integralnog oblika,

b) znamenke sintetiziranog oblika.

mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti18
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti

Pokaznik

Danas je uobičajeno da digitalni multimetri pored digitalnog imaju također i analogno

pokazivanje.

  • Broj znamenki digitalnog pokaznika u nekom mjernom instrumentu je osobina koja omogućava bolju rezoluciju i veću točnost.
  • Uobičajeni su s četiri, ali u upotrebi su i oni s više znamenki. Pri tomu, ako nije neophodno koristiti sve znamenke potpuno koriste se indikatori s naznakom ove nepotpunosti.
  • Primjerice indikator s znamenke 4 1/2 ima pet decimalnih mjesta, ali je prvo nepotpuno i na njemu se ne može pokazati sve brojeve. Obično se "ogoli" znamenka s najvišim pozicijskim mjestom u korist npr. znakova polariteta (+ ; -). Tada se nepotpuni segmentni indikator vrednuje s pola znamenke (u ovom primjeru na prvom mjestu mogu biti 0 i 1).
mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti19
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti

Postupak uzorkovanja analognog signala - Postupak Sample and hold

  • Prvi korak u pretvorbi analogne mjerene veličine u digitalnu je uzorkovanje mjerene veličine i pohranjivanje uzoraka vrijednosti. Postupak se prema izvornom terminu naziva “Sample-and-Hold” ili “uzmi i pridrži”.
  • Postupkom uzorkovanja se vremenski i vrijednosno kontinuirana mjerena veliči (u1) pretvara u vrijednosno kontinuirani, a vremenski diskretan izlazni signal (u2). Uporaba ovih sklopova mora uvažavati brzinu promjene mjerene veličine u odnosu na frekvenciju uzorkovanja i vrijeme trajanja uzimanja jednog uzorka.
mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti20
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti

Postupak uzorkovanja analognog signala - Postupak Sample and hold

  • Postupkom se provodi vremenska kvantizacija,
  • Uzorkuje se “frekvencijom uzorkovanja” - fu
  • Najniža frekvencija uzorkovanja koja omogućuje rekonstrukciju signala prema teoremu Nyquista, mora ispuniti slijedeći zahtjev :

fu > 2  fm

fm = frekvencija najvišeg člana frekvencijskog spektra mjerene veličine

mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti21
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti

2.3. Digitalni voltmetar - općenito

  • Analogno digitalni pretvornik s digitalnim indikatorom
  • A/D pretvorba uglavnom na načelu postupka brojanja ili postupnog približavanja,
  • Podaci koji govore o osobinama – brzina mjerenja (broj mjerenja/sek), rezolucija (broj digita ovisan o broju mjesta indikatora), pogreška (%),
  • Točnost -0,1%; brzina – 3 105
mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti22
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti

Digitalni voltmetar za mjerenje izmjeničnih napona

  • Kod klasičnog digitalnog voltmetra na ulazu je AC/DC pretvornik,
  • Glede odziva koriste se,
    • Ispravljači s odzivom na srednju vrijednost ulaznog napona (AR),
    • Ispravljači s odzivom na efektivnu vrijednost (RMS i TRMS),
    • Ispravljači s odzivom na tjemenu vrijednost
  • Mjerenje pomoću uzorkovanja – digitalni voltmetar s digitalnom obradom mjerenog napona
mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti23
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti

2.3. Digitalni voltmetri za mjerenje izmjeničnih napona

  • U načelu rabe se ispravljači kao kod analognih elektroničkih izmjeničnih voltmetara no s izraženom primjenom integralnih sklopova s operacijskim pojačalima.
mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti24
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti

2.3. Digitalni voltmetri za mjerenje izmjeničnih napona

  • Mjerenje izmjeničnog napona uvijek je okrenuto određivanju efektivne vrijednosti.
  • Među digitalnim voltmetrima su oni što mjere i pokazuju stvarnu efektivnu vrijednost, ali su kod pogonskih mjerenja i dalje najčešće oni što mjere ispravljenu srednju ili tjemenu vrijednost (jednostavniji i jeftiniji ispravljač) a pokazuje efektivna vrijednost.
  • Češće se koristi mjerenje ispravljene srednje vrijednosti (average responding voltmetar). Nedostatak je tih voltmetara što se pojavljuje pogreška uslijed valnog oblika ako se ne mjeri čisto sinusni valni oblik.
  • Potonje je moguće jer između ovih vrijednosti za određeni valni oblik mjerenog signala postoje čvrsti odnosi definirani faktorom oblika (f0 = 1,11) i tjemenim faktorom (t). Pri tome se odabire sinusni valni oblik za koga se umjerava pokazivanje i t0 = 1,41).
  • Nasuprot prethodnih, voltmetri čija pretvorba AC/DC daje efektivnu vrijednost izmjeničnog mjerenog signala (RMS) pokazuju efektivnu vrijednost neovisno od valnog oblika signala. Potonji tako mjere i pokazujustvarnu efektivnu vrijednost.
mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti25
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti

2.3. Digitalni voltmetri za mjerenje izmjeničnih napona

  • Kod nekih digitalnih voltmetara potiskuje se iz ulaznog signala istosmjerna komponenta AC (coupled), jer se ona najčešće smatra smetnjom (slika a.), dok drugi vrši pretvorbu stvarnog mjerenog signala (slika b.).
  • Voltmetar što rabi AC-ulaz pokazuje stvarnu efektivnu vrijednost izmjeničnog napona proizvoljnog valnog oblika. Onaj što rabi AC/DC ulaz pokazuje stvarnu efektivnu vrijednost izmjeničnog napona proizvoljnog valnog oblika i u primjeru superponiranog istosmjernog napona. Prvima se pridjeljuje oznaka RMS (root mean square) voltmetri, a drugima TRMS (true root mean square) voltmetri.
  • Kod svih voltmetara postoji ograničenje pri utvrđivanju prave efektivne vrijednosti. Mjerenje je ograničeno odnosom tjemene i efektivne vrijednosti mjerene veličine. Dakle tjemenim faktorom (crest faktor). Kod boljih voltmetara dozvoljeni tjemeni faktor je:
mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti26
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti

2.4. Pogreške mjerenja digitalnim voltmetrom

  • pogreške uslijed vanjskih uplivnih veličina,
  • pogreške uslijed smetnji i harmoničnih izobličenja mjernog signala
  • pogreške digitalnog voltmetra
mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti27
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti

2.4. Pogreške mjerenja digitalnim voltmetrom

a) Pogreške uslijed vanjskih utjecajnih veličina

  • U okolišu digitalnog voltmetra koji mjeri, često postoji strano magnetsko polje uvjetovano, primjerice, tokom struje kroz napojni mrežni kabel. Govorimo o indukativnojsmetnji. Ako su pak u mjernom krugu jedan blizu drugog dva vodiča različitog električnog naboja između njih se javlja električno polje, a obzirom da među vodičima postoji razlika u naboju i naponu javlja se efekt kapaciteta. Govorimo o kapacitivnoj smetnji.
  • Obje potonje, mogu uzrokovati pojavu izmjeničnog napona na ulazu voltmetra. Uobičajeno se signali smetnje koji se javljaju kao posljedica promjene napona i struje na vodovima 50 Hz zovu i napon brujanja.
mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti28
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti

2.4. Pogreške mjerenja digitalnim voltmetrom

a) Pogreške uslijed vanjskih utjecajnih veličina

  • Kada se prema slici mjerenom istosmjernom naponu (Ux) superponira napon smetnje (Us) govorimo o normalnom načinu utjecaja napona smetnje na mjerni sustav voltmetra (Normal-mode-.Signal).
  • Utjecaj smetnje može se djelomično izbjeći izborom digitalnog voltmetra s načelom A/D pretvorbe neosjetljivim na smetnje, i oklapanjem spojnih vodiča. Potpuno potiskivanje utjecaja napona smetnji može se jedino postići korištenjem niskopropusnog filtra u ulaznom krugu. No, on svojim titrajnim vremenom uvećava vrijeme mjerenja digitalnog voltmetra te se izbjegava.
mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti29
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti

b) Pogreška uslijed smetnji i harmoničnih izobličenja mjerenog signala

  • Izmjeničnom mjernom signalu, što se dovodi na ulaz digitalnog voltmetra, može biti superponirana smetnja ili šum kao vremenska funkcija,
  • Valja uvažiti kako šum povećava efektivnu i tjemenu vrijednost izmjeničnog signala kome se superponirao.
mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti30
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti

b) Pogreška uslijed smetnji i harmoničnih izobličenja mjerenog signala

  • Harmonijska izobličenja imaju veoma različit utjecaj na točnost mjerenja voltmetra s odzivom na tjemenu i srednju vrijednost. Veličina utjecaja potječe od harmonika kojim se osnovni izobličava, od veličine izobličenja, i od faznog pomaka višeg harmonijskog u odnosu na osnovni.
  • Voltmetar s odzivom na srednju vrijednost pokazati će u prvom primjeru efektivnu vrijednost osnovnog harmonijskog, jer je srednja vrijednost trećeg harmonijskog jednaka nuli. Kada je treći harmonijski u fazi s osnovnim voltmetar će pokazati 3% veću efektivnu vrijednost nego li je efektivna vrijednost osnovnog harmonijskog.
  • Voltmetar s odzivom na tjemenu vrijednost u prvom prikazuje neznatno veću vrijednost od tjemene osnovnog harmonijskog, a u drugom 10% manje.
  • Dakle, uz isti postotak izobličenja, ovisno od oblika i načina pretvorbe izmjenične veličine možemo očekivati različitu pogrešku.
mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti31
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti

c) Pogreška sklopovlja digitalnog voltmetra - Temeljni činitelji

1. Rezolucija – najmanja spoznatljiva promjena vrijednosti mjerene veličine u odnosu na najveću vrijednost mjernog područja

R = 1/ najveća vrijednost pokazivanja digitalnog indikatora, ili

R= najveća vrijednost mj.pod. Uv / najveći broj znamenki indikatora

2. Pogreška kvantizacije – iskazuje se brojem znamenki (digita), ili u postotcima mjernog područja, ista je za sva područja

3. Pogreška komponenti - iskazuje se u postotcima očitane vrijednosti, imenuje se i kao proporcionalna pogreška (npr.  0,05% of reading ili Rdg)

4. Pogreška radnih stanja sklopova – linearne su u mjernom području a zadaju se u postotcima vrijednosti mjernog područja (npr.  0,05% of range ili FS)

Način iskazivanja pogreške digitalnog mjernog instrumenta

  •  (X% od očitane vrijednosti + Y znamenki ) ili
  •  (X% od očitane vrijednosti + Y% od najveće vrijednosti mjernog područja)
mjerenja u elektrotehnici digitalni mjerni instrumenti2
MJERENJA U ELEKTROTEHNICIDigitalni mjerni instrumenti

Temeljne osobine digitalnih voltmetara

Ulazna impedancija – RU | | CU ,

Pravilo:unutarnja impedancija mora biti veća od impedancije mjernog kruga za faktor 10ngdje “n” predstavlja broj decimalnih znamenki na digitalnom indikatoru.

mjerenja u elektrotehnici 2 digitalni mjerni instrumenti32
MJERENJA U ELEKTROTEHNICI2. Digitalni mjerni instrumenti

2.5. Temeljne osobine digitalnih voltmetara

Brzina mjerenja i vrijeme odziva – vrijeme odziva (response time), brzina mjerenja (reading rate)

Mjerenje izmjeničnih veličina – vrijede napomene prethodnog nauka

Mjerenje otpora – uobičajeno četverovodični spoj