Číslicové měřicí přístroje

1. Číslicové měřicí přístroje Střední odborná škola Otrokovice Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Miloš Zatloukal Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze. www.zlinskedumy.cz

2. Charakteristika DUM 1

3. Číslicové měřicí přístroje Náplň výuky - analogové měření a zobrazení- číslicové měření a zobrazení- základní parametry číslicových měřicích přístrojů- příklad číslicového měřicích přístroje – multimetr

4. Použité zkratky: MP = měřicí přístroj AMP – analogový měřicí přístroj ČMP – číslicový měřicí přístroj Srovnání analogového a číslicového (měření a zobrazení) Analogové měření - výsledek je ovlivněn základní chybou MP (ta závisí na třídě přesnosti MP – značí se δTP - Další chyby vznikají působením měřitele – pozorovatele – člověka Číslicové měřicí přístroje

5. Analogové měření Jaké chyby může člověk při měření pomocí AMP udělat: - zvolí nesprávný rozsah – zbytečně velký(netýká se automatické volby rozsahu) - MP neumístí do správné polohy - odečítá chybně z číselníku na stupnici MP (pozoruje pod úhlem, domýšlí číselnou hodnotu mezi dílky, …) Člověk převádí výchylku ukazatele na stupnici na číselný údaj (zastává tedy úlohu A/Č převodníku) Výchylka MP při měření se mění plynule (spojitě) – nikoliv po skocích Analogové zobrazení - mechanickým ukazatelem – ručkou - světelným ukazatelem – paprskem světla - LCD páskem z dílků – bargraf – u ČPM jako doplňující údaj Výhodou analogového zobrazení je rychlá (přibližná) orientace o hodnotě a hlavně trendu měřené veličiny (roste, je konstantní, klesá) v čase

6. Číslicové měření - jde o přímou náhradu analogového měření - ČMP obsahuje A/Č převodník K jakým chybám dochází při číslicovém měření ? - základní chyba vzniká při A/Č převodu (do jedné z N (N= 2n – 1) napěťových hladin je nutné umístit měřenou veličinu, přitom dojde k chybě zaokrouhlením hodnoty – kvantizací) n = počet bitů A/Č převodníku – čím více bitů – 8, 10, 12, 16 – tím více hladin a tedy menší chyba zaokrouhlení - z chyb obsluhy zůstává při ruční volbě možnost nastavení nevhodného rozsahu (samotné přečtení čísla je bezchybné) Výchylka MP při měření se mění po malých kvantech – skocích (nespojitě) Číslicové (digitální) zobrazení – na zobrazovači – displeji - vícemístný sedmisegmentový zobrazovač s LED - vícemístný sedmisegmentový zobrazovač typu LCD (doplňující údaj – páskem z dílků – bargraf – u ČPM – nejčastěji u LCD) Výhodou číslicového zobrazení je rychlá (a přesná) orientace o ustálené hodnotě

7. Ukázka analogového a číslicového zobrazení Obr. 1 Obr. 2

8. Základní parametry číslicových měřicích přístrojů - počet míst číslicového zobrazovače od 2 do 8, používá se i „půlté“ místo – jednička (např. 3,5 místný = max. zobrazená hodnota je 1999) souvisí s rozlišovací schopností a přesností ČMP - rozlišovací schopnost (Resolution) nejmenší změna měřené veličiny, kterou přístroj zobrazí jako změnu o jedničku - přesnost(Accuracy) je deklarována výrobcem pro různé veličiny, různé rozsahy a různá kmitočtová pásma - citlivost (Sensitivity) nejmenší hodnota veličiny, kterou přístroj změří – na kterou reaguje, u stejnosměrného voltmetru jde o rozlišovací schopnost na nejnižším rozsahu

9. Základní parametry číslicových měřicích přístrojů – pokračování - vstupní impedance bývá 107 až 109Ω pro stejnosměrná měření, 106 paralelně s kapacitou asi 40 pF při měření střídavého napětí čím vyšší hodnota, tím menší zátěž měřeného obvodu - měřicí rozsahy - typ měřené veličiny (U, I, R, C, f, T, …) - počet rozsahů (4 až 6) - hodnoty rozsahů - přepínání rozsahů (manuální, automatické) Př. ČMP – měření stejnosměrného napětí – 5 rozsahů 200 mV, 2 V, 20 V, 200 V, 1000 V - typ A/Č převodníku (např. integrační, aproximační, sigma – delta, …)

10. Základní parametry číslicových měřicích přístrojů – pokračování - rychlost měření počet měření za sekundu, bývá od 1/s po 10 000/s - automatické funkce - volba rozsahu - autokalibrace (aut. korekce analogových vstupních obvodů přístroje) - automatický diagnostický test (po zapnutí přístroje) - časová stálost (jak dlouho výrobce zaručí deklarované parametry přístroje – základním je přesnost po kalibraci – 24 h, 3 měsíce, 1 rok) - programovatelnost - schopnost přístroje umožnit propojení do automatizovaného měřicího systému - souvisí úzce s jeho konektivitou – zda má rozhraní pro připojení PC nebo dalších měřicích přístrojů (RS 232C, IrDa, USB, LAN – Ethernet, GPIB – IEEE488)

11. Multimetr - jde o kombinovaný měřicí přístroj pro měření více veličin - alespoň tří (napětí U, proud I, odpor R), ale častěji i více - základní provedení - ruční – kapesní – malý, odolný, pohotovostní přístroj určený pro časté přenášení, měření více veličin v jednom přístroji výhodné (např. nepotřebujeme 3 různé přístroje pro měření např. U, I, R) - laboratorní – stolní – větší, s větším počtem míst na displeji a s vyšší přesností měření, není tak mobilní, není tak robustní konstrukce Čím se multimetry od sebe liší? - provedením a měřenými veličinami - měřicími rozsahy a přesností měření - nabízenými funkcemi - odolností vůči vnějším vlivům - komfortem obsluhy - cenou

12. Multimetr – pokračování Multimetr měří obvykle tyto elektrické veličiny: - napětí – U [V] - proud – I [A] - odpor – R [Ω] Další veličiny, které moderní multimetry měří: Kapacita – C [F] (kapacita kondenzátoru) Teplota – T [°C] Frekvence – f [Hz] střída pulzu [%] vodivost – G [S] indukčnost – L [H]

13. Multimetr – blokové schéma Obr. 3

14. Multimetr – pokračování Princip číslicového multimetru - měřený signál je převeden na napětí (platí pro jiné veličiny než napětí) - dále je zesílen elektronickým zesilovačem na požadovanou úroveň (naopak větší napětí je zmenšeno napěťovým děličem, střídavé je usměrněno) - následuje převod napětí na číslo v A/Č převodníku - zobrazení výsledku na číslicovém zobrazovači (displeji) Řídicí obvody multimetru - jsou důležitou součástí multimetru - prošly vývojem, který dospěl k větší integraci a specializaci (od logických členů typu AND, OR apod. až k jednočipovým mikropočítačům) Specializací se rozumí skutečnost, že mikropočítačů je v multimetru obvykle několik – každý je zaměřen na určitou oblast činnosti. Díky aplikaci mikropočítačů v multimetru jsou tyto přístroje vybaveny mnoha funkcemi, které činí práci s nimi komfortnější.

15. Multimetr – pokračování Které funkce má multimetr díky zabudovaným jednočipovým mikropočítačům? -Automatická změna rozsahu (lze ji ale vypnout – přejít tak na ruční režim) (pro co nejpřesnější měření bez přetížení přístroje) -tlačítka SAMPLE a HOLD slouží k uchování poslední měřené hodnoty v paměti -ukládání měřené veličiny do pamětiv nastaveném časovém intervalu s vyhodnocením min., max. a průměrné hodnoty -bargraf grafické zobrazení naměřených hodnot jako sloupcový graf - tester vodivosti – signalizuje, (i zvukově), zda testované body vodivě spojeny - měření teploty(vyžaduje příslušný teplotní snímač) - měření frekvence a periody – čítač impulsů(menší rozsah asi do 100 – 200 kHz) - další automatické funkce (autokalibrace, autotesty, …) - programovatelnost (přenos naměřených dat, propojení s PC a jinými přístroji)

16. Multimetr – pokračování Příklad stolního multimetru: Fluke8846A – přesný laboratorní 6,5 místnýmultimetr Pozn.: přesnost je vyjádřena chybou z naměřené hodnoty (z měření) a z rozsahu – vše v procentech Měří - stejnosměrné napětí Rozsahy:  100 mV až 1 000 V Max. rozlišení:  100 nV Přesnost: 0,0024 + 0,0005 (% z naměř. hodnoty + % z rozsahu) - střídavé napětí Rozsahy:  100 mV až 1 000 V Max. rozlišení:  100 nV Přesnost: 0,06 + 0,03 % Frekvence: 3 Hz až 300 kHz - odpor Rozsahy:  10 Ω až 1 GΩ Max. rozlišení:  10 µΩ Přesnost: 0,010 + 0,001 %

17. MultimetrFluke 8846A – pokračování Dále měří - stejnosměrný proud Rozsahy:  100  µA až 10 A Max. rozlišení:  100 pA Přesnost: 0,050 + 0,005 % - střídavý proud Rozsahy:  100 mA až 10 A Max. rozlišení:  100 pA Přesnost: 0,10 + 0,04 % Frekvence: 3 Hz až 10 kHz - kapacita kondenzátoru Rozsahy:  1 nF až 0,1 F Max. rozlišení:  1 pF Přesnost: 1 % - frekvence (perioda) Teplota Rozsahy:  3 Hz až 1 MHz Rozsahy:  -200 až +600 °C Max. rozlišení:  1 µHz Max. rozlišení:  0,01 °C Přesnost: 0,01 % Přesnost: 0,06 °C Snímač: platinový

18. MultimetrFluke8846A Obr. 4

19. 6,5 místný číslicový voltmetr zobrazí na displeji 199 V takto: 199,0000 V 199,000 V 199,00 V Kontrolní otázky Na parametr počet měření za jednotku času (typicky za 1 sekundu) má vliv: Typ veličiny, kterou měříme (U, I, R) Provedení číslicového měřicího přístroje Typ A/Č převodníku v číslicovém měřicím přístroji použitý • Programovatelnostčíslicového měřicího přístroje znamená: • Možnost manuálního nastavení různých funkcí • Možnost zapojit jej do automatizovaného měřicího řetězce (řízeného např. počítačem) • Možnost na něm spustit některý z programů

20. 6,5 místný číslicový voltmetr zobrazí na displeji 199 V takto: 199,0000 V 199,000 V 199,00 V Kontrolní otázky – správné odpovědi – červeně Na parametr počet měření za jednotku času (typicky za 1 sekundu) má vliv: Typ veličiny, kterou měříme (U, I, R) Provedení číslicového měřicího přístroje Typ A/Č převodníku v číslicovém měřicím přístroji použitý • Programovatelnostčíslicového měřicího přístroje znamená: • Možnost manuálního nastavení různých funkcí • Možnost zapojit jej do automatizovaného měřicího řetězce (řízeného např. počítačem) • Možnost na něm spustit některý z programů

21. Seznam obrázků: Obr. 1: vlastní, foto, analogový panelový voltmetr střídavý Obr. 2: vlastní, foto, číslicový klešťový ampérmetr-voltmetr Obr. 3: vlastní, blokové schéma multimetru Obr. 4: vlastní, foto stolního přesného multimetruFluke8846A

22. Seznam použité literatury: [1] Vitejček, E.: Elektrické měření, SNTL, Praha, 1974 [2] Fiala, M., Vrožina, M., Hercik, J.: Elektrotechnická měření I, SNTL, Praha, 1986

23. Děkuji za pozornost 