Műszerek tulajdonságai

Report
Mérés és adatgyűjtés – Lev
Műszerek
Mingesz Róbert
2013. március 22.
1
Tartalom
• Házi feladatok
– Új feladatsor
– Az április 4. után küldöttek véletlenül eltüntek
• Digitális multiméterek
• Oszcilloszkópok
• További műszerek
• Multifunkciós és moduláris műszerek
• Műszerek kalibrálása és védelme
2
Digitális multiméterek
3
Multiméterek blokkdiagramja
4
Multiméter kapcsolási rajza
http://www.elenco.com/admin_data/pdffiles/M2666K.pdf
5
Bemeneti feszültségosztó
• A bemenő impedancia
méréshatártól
függetlenül állandó
• Értéke: 10 MΩ
(olcsó multiméterek:
1 MΩ)
6
Áramerősség mérése
• A műszer belső
ellenállása
méréshatárfüggő
7
Gazdaságos multiméterek
• Ár: 1000 Ft
• 3,5 digit
• NEM MEGBÍZHATÓ!
– Elem lemerülés jelzése?
– Kontaktusok minősége?
8
Multiméterek tulajdonságai
• Minőség
– Aranyozott csatlakozók, kapcsolófelületek
– Elemlemerülés kijelzése
– Megbízhatóság, gyártó
• Digitek száma, felbontás
– Pl. 3,5; 4,5
• Pontosság, reprodukálhatóság
– Függ a méréshatártól (pl. 0,5 % ± 2 dg)
9
A digit jelentése
• 3,5 digit: kijelzett érték: -1999 – +1999
(3,75 digit ⇒ kijelzett érték: -3999–+3999)
• Példa pontosság számolására
–
–
–
–
–
Méréstartomány: 200 kΩ
Felbontás: 0,1 kΩ
Pontosság: ±(1,2%+3 d)
Mért érték: 85,3 kΩ
Maximális hiba: 85,3 kΩ ∙ 0,012 + 0,1 kΩ ∙ 3
10
Műszerek tulajdonságai
• Belső ellenállás
– Feszültség mérése
M = 10 MΩ
– Áramerősség mérése
M < 0,3 V
11
További szolgáltatások
• Automatikus kikapcsolás
• Szakadásvizsgáló (rövidzárlatok keresése)
– Reakcióidő?
• Automatikus méréshatárváltás
• Max / Min / Memória
• True RMS
• AC frekvenciatartomány
12
További szolgáltatások
• Frekvencia mérése
• Kapacitás mérése
• Tranzisztor vizsgálata
• Hőmérséklet mérése
• 4-20 mA-es jeladók fogadása
• Logikai jelek vizsgálata
• Háttérvilágítás
• PC kapcsolat
13
Példák multiméterekre
14
METEX M3800
• 18 000 Ft
• 3,5 digit
• DC feszültség
200m/2/20/200V/
1000V; ±(0.5%+1d)
• AC feszültség
200m/2/20/200V/
750V; ±(0.5%+1d)
15
METEX M3800
• DC áram
200µ/2m/20mA/200mA/20A; ±(1.2%+1d)
10 A-es méréshatár 15 s-ig használható
• AC áram
200µ/2m/20mA/200mA/20A; ±(1.8%+3d)
• Ellenállás
200/2k/20k/200k/2M/20M ; ±( 1.0%+2d)
• Diódavizsgálat, tranzisztorvizsgálat,
szakadásvizsgálat
16
UNI-T UT60H
• 28 000 Ft
• 4,75 digit
• DC feszültség
4/40/400V/
1000V; ±(0.1%+5d)
• AC feszültség
4/40/400V/
750V; ±(1%+3d)
17
UNI-T UT60H
• DC / AC áram:
400µ/4m/40mA/400mA/10A; ±( 0.8%+10d)
10 A-es méréshatár 15 s-ig használható
• Ellenállás, kapacitás, frekvenciamérés
• Hőmérsékletmérés, 4-20 mA áramhurok
• Dióda-, tranzisztor- és folytonosságvizsgálat
• AC frekvenciatartomány: 45Hz–1kHz
18
Lakatfogó multiméter
• Áramerősség mérése
az áramkör
megszakítása nélkül
• AC/DC mágneses tér
19
Asztali multiméterek
• Ár: 100 000 Ft – 500 000 Ft
• Nagy pontosság, felbontás, reprodukálhatóság
• Négypontos mérések
20
Agilent 34410A
• 6,5 digit felbontás (1 000 minta/s)
5,5 digit felbontás (10 000 minta/s)
• LAN, USB, GPIP kapcsolat
• 50 kΩ adatlogger
• DC feszültségmérés: 0,003% pontosság
10 MΩ vagy 10 GΩ bemenő impedancia
• AC feszültségmérés: 0,06% pontosság
300 kHz sávszélesség
• Ellenállás mérése: 2 pontos/4 pontos
100... 1MΩ : 0,01% pontosság
1GΩ : 8% pontosság
21
RLC-mérők
• Induktivitás/kapacitás mérése
• Különböző paraméterek (veszteség...) mérése
22
Source Meter
• Ellenállás/vezetőképesség mérése
• Pontosan szabályozható áram/feszültség
23
BNC és koaxiális kábelek
24
BNC
• Váltakozó jelek átvitele
– Analóg/digitális
– 3 GHz, 500 V
• Bajonettzár
• Jelvezeték (melegpont)
+ árnyékolás (általában föld)
• Hullámimpedancia: 50 Ω
25
Vezeték hullámimpedanciája
0 =
 + i
 + i
26
Hullámimpedancia illesztése
• Nem megfelelő illesztés ⇒ visszaverődés
• Kiküszöbölés: lezáró ellenállások
27
Oszcilloszkópok
28
Oszcilloszkóp
• Cél: váltakozó jelek mérése
29
Analóg oszcilloszkóp felépítése
30
Digitális oszcilloszkóp (DSO) felépítése
31
Oszcilloszkóp bemenete
• Bemenő impedancia:
1 MΩ / 50 Ω
32
AC/DC/GND állás
33
Triggerelés – mérés indítása
34
DSO – kijelzett kép
35
Oszcilloszkópok tulajdonságai I.
• Bemenő csatornák
–
–
–
–
Analóg bemenetek (1, 2, 4)
Bemenő impedancia (1 MΩ / 50 Ω )
Analóg sávszélesség (pl. 100 MHz)
Függőleges érzékenység, felbontás (pl. 8 bit)
• Mintavételi frekvencia
–
–
–
–
Valós idejű (pl. 500 kHz) / ekvivalens (5 GHz)
Megoszlik a csatornák között?
Glitch-ek érzékelése
Vízszintes eltérítési sebesség
36
Oszcilloszkópok tulajdonságai II.
• Memória
– Pl. 1 MSample
– Megoszlik a csatornák között?
• Digitális bemenetek
(mixed signal oszcilloscope, MSO)
– Csatornák száma (8, 16, ...)
– Választható logikai szintek
– Kommunikációs jelek értelmezése
(busz, RS232, USB)
37
Kevert jelű oszcilloszkópok
38
Trigger
• Trigger forrása
– belső: CH1 / CH2 / ...
– Külső
– Line
• Auto / Normal / TV / Impulse / ...
• Pretrigger: már a trigger előtt regisztrálja a
jeleket
• Triggerelés logikai állapotokra
39
Oszcilloszkópok tulajdonságai III.
• Kijelző
– Monokróm
– Színes
• Kapcsolat a külvilággal
–
–
–
–
–
–
PC (USB, GPIB, ...)
Monitor
Egér, billentyűzet
Pen-drive
Nyomtató
Eszköz vezérlése
40
Oszcilloszkóp szolgáltatások
• Kurzorok
• Automatikus mérések
Amplitúdó, RMS, frekvencia, felfutási idő...
• Események keresése
• Jelalakok felismerése
• Perzisztens kijelzés
• Ár: 40 eFt ... 40 MFt
41
PC szoftver
42
PC szoftver
43
Mérőfejek
• Bemenő impedancia növelése
• Bemenő feszültség osztása
• Erősítés
• Aktív/passzív mérőfejek
44
Mérőfejek kalibrálása
45
Példák oszcilloszkópokra
46
TDS 2002 C
47
Tektronix TDS 2002 C
• 250 000 Ft
• 2 Csatorna, 70 MHz
• 1 GS/s
• 2,5 kPont memória
• USB host
• USB device
48
Tektronix MSO 2024
49
Tektronix MSO 2024
• 1 000 000 Ft
• Sávszélesség: 200 MHz, Mintavételi ráta: 1 GS/s
• Rekord hossz: 1 Millió pont, 5000 wfm/s
• Analóg csatornák: 4, Digitális csatornák: 16
• USB Host/Device, Ethernet option, Video out option
• Serial triggering / decode option
(I2C, SPI, CAN, LIN, RS-232/485/UART)
• 29 automated measurements, FFT, Search, mark,
zoom, analyse
50
Agilent U1620A
51
Agilent U1620A
• 850 000 Ft
• Sávszélesség: 200 MHz
• Mintavételi ráta: 2 GS/s*
• Rekord hossz: 2 Millió pont*
• *: egy csatorna mérése esetén
• Analóg csatornák: 2
• USB Host/Device
• Beépített 4,5 digites multiméter
52
PicoScope 2105
53
PicoScope 2105
• 70 000 Ft
• Sávszélesség: 25 MHz
• Mintavételi ráta: 100 MS/s (2 GS/s*)
• 8 bit felbontás
• Rekord hossz: 24 kMinta
• Analóg csatornák: 1
• USB Device
54
PicoScope 5203
55
PicoScope 5203
• 450 000 Ft
• Sávszélesség: 250 MHz
• Mintavételi ráta: 500 MS/s (20 GS/s*)
• 8 bit felbontás
• Rekord hossz: 16 MMinta
• Analóg csatornák: 2
• Beépített jelgenerátor
• USB Device
56
További műszerek
57
Laboratóriumi tápegységek
• Tesztelés alatt álló áramkör tápfeszültségének
biztosítása
• Védelem
– Túláram
– Túlfeszültség
– Rövidzár
• Mérés
– Áramfelvétel
– Fogyasztás
58
Tenma 72-6615
• 2x 0-30V 3A
– áramgenerátor / feszültséggenerátor üzemmód
– áramerősség és feszültség mérése
• 5 V 3A
• ~ 100 eFt
59
Hameg HMP2030
• 3 x 0..32V/0...5A, max. 188W
• 1 mV-os, 0,1 mA-es felbontás
• Túláram-védelem („FuseLink”)
• Programozható, PC kapcsolat
• 450 000 Ft
60
Agilent N6705B DC Power Analyzer
• 4 modul, akár 100 V, 100 W
• Beépített oszcilloszkóp, jelgenerátor
• Programozható, PC kapcsolat
• ~ 2 000 000 Ft
61
Jelgenerátorok
• Váltakozó jelek előállítása (szinusz, négyszög, ...)
• Gerjesztőjelek előállítása a vizsgált rendszer
számára (pl. átviteli függvénymérése)
62
Jelgenerátorok tulajdonságai I.
• Analóg / digitális vezérlésű / DDS
• Előállított jelalakok:
–
–
–
–
–
–
–
Szinusz
Háromszög
Négyszög (esetleg külön TTL kimenet)
Impulzus
Tetszőleges jelalak (memória)
Moduláció
Sweep (pl. frekvencia lineáris változtatása)
63
DDS elve
http://www.ni.com/white-paper/5516/en
64
DDS blokkvázlata
65
Jelgenerátorok tulajdonságai II.
• Pontosság, stabilitás
• Frekvenciafelbontás
• Sávszélesség, maximális frekvencia
• Csatornák száma
• Logikai kimenetek
• Szinkronizáció/trigger
66
Agilent 33512B
• 160 MS/s mintavételi frekvencia
• 20 MHz sávszélesség
• 2 csatorna, 1MS/channel memória
• USB (host/device) / LAN / GPIB
67
Tektronix AWG70002A
• 50 GS/s, 20 GHz, 10 bit
• 2 csatorna, 16 GS/channel memória
• USB (host/device) / LAN / GPIB
• Ár: 28 000 000 Ft-tól
68
Lock-In mérések (chopper technika)
• Kis jelek, hatások megkülönböztetése
• Zavarjelek elnyomása
69
Lock-in blokkvázlata
70
SR830
• 1 mHz ... 102 kHz
• 1 200 000 Ft
71
Vector Network Analyser
• Rádiófrekvenciás hálózat paramétereinek
mérése: reflexió, transzmisszió...
• Rohde & Schwarz ZNB8: 8,5 GHz, > 10 MFt
72
Spektrumanalizátorok
• Jelek spektrális analízise
• Elsődleges alkalmazás:
Rádiófrekvenciás áramkörök vizsgálata
Pl. bluetooth, wifi
• Működés elve
– analóg / digitális
– szürőkörök / FFT
73
Spektrum analizátor - blokkvázlatok
74
Rohde Schwarz – R&S®FSVR30
75
Multifunkciós műszerek
76
Multifunkciós műszerek
• Analóg bemenetek, választható erősítés
• Analóg kimenetek
• Digitális I/O
• Számlálók
• PC csatlakozás
• A végrehajtott feladatot a számítógépen futó
szoftver határozza meg
77
Egyedi műszerek
• Az adott feladathoz szabott:
– bemeneti fokozatok
– kimeneti fokozatok
• Optimalizált méret, teljesítmény
• Egyedi doboz
• Egyedi csatlakozók
• Egyedi szoftver
78
MC USB-1616HS-BNC
• 16 AI, 1 MS/s, 16 bit, 7 input ranges
• 2 AO, 1 MS/s, 16 bit
• 16 digital I/O, 4 counter (frequency, period, pulse width...)
• 460 000 Ft
79
MC USB-1616HS-BNC
80
NI USB-6211
• 16 AI, 250 kS/s, 16 bit
• 2 AO, 250MS/s, 16 bit
• 4 digital In, 4 digital
Out
• counters (32 bit)
• 215 000 Ft
81
NI USB-6211 - Blokkvázlat
82
NI USB-6211 - Analóg bemenet
83
NI USB-6211 - Analóg bemenet bekötése
84
NI USB-6211 - Digitális IO
85
MA-DAQ - Blokkvázlat
86
MA-DAQ
87
MA-DAQ tulajdonságai
• 8 analog input, 2x1MS/s, 16 bit
• 2 analog output, 12 bit
• 10 digital I/O (UART, I2C, SPI,m PCA)
• CAN-BUS
• UART
• ±5 V Power out
• USB interface (isolated)
88
Moduláris műszerek
89
Moduláris műszerek
• A/D és D/A konverter modulok
• Digitális be/kimenet
• Akár valós idejű adatfeldolgozás
• Az aktuális feladatra szabható
• Gyors fejlesztés
90
NI CompactDAQ
• USB, Ethernet, WI-FI interfész
• 1, 4, 8 modul
(egymástól galvanikusan leválasztva)
91
NI cDAQ-9139
• 1,33 GHz Intel Core i7, 32 GB HDD, 2GB RAM
• 4 USB, 2 Gigabit ethernet
• Microsoft Windows Embedded Standard 7
/ Real-Time OS
• 2 MFt
92
NI CompactRIO
• Ethernet, WI-FI interfész
• 1, 4, 8 modul
• Valós idejű beavatkozás, beépített FPGA
93
Feszültség mérése - NI 9201
• 8 AI, ±10 V
• 500 kS/s, 12 bit
94
NI 9219, 24-Bit Universal Analog Input
• 250 Vrms channel-to-channel isolation
• 4 x 100 S/s/ch
• Built-in quarter, half, and full-bridge support
• Built-in voltage and current excitation
95
NI 9219 - Üzemmódok
96
NI 9219 - Üzemmódok
97
Feszültség kimenet - NI 9264
• 16 analog output
• 25 kS/s/ch
98
Digitális I/O - NI 9401
• 8-channel, 100 ns ultrahigh-speed digital I/O
• 5 V/TTL, sinking/sourcing digital I/O
99
Digitális 24V - NI 9422
• 8-channel, 250 µs digital input
• 250 Vrms channel-to-channel isolation
• 24 V up to 60 V, sinking/sourcing digital inputs
100
Relé - NI 9481
• 4-channel
• 30 VDC (2 A), 60 VDC (1 A), 250 VAC (2 A) SPST relay
• 250 Vrms channel-to-channel isolation
101
CAN-busz NI 9862
• 1 port high-speed CAN (1 Mbit/s)
102
Motor meghajtás - NI 9516
• cRIO-hoz
• Szervó motor vezérlése, enkóderjel fogadása
• 50 µs szabályozási időköz
103
PXI rendszerek
104
PXI rendszerek
• Ipari számítógép + PCI(e) + szinkron vonalak
• Ipari szabvány, számos gyártó támogatja
• Alkalmazás
– Kutatás
CERN, TOKAMAK, ...
– Ipari tesztelés
Járműelektronika, hadiipar,
elektronikai áramkörök, ...
• Modulok egy része PC kompatibilis
105
NI PXI-8109 RT
• 2,66 GHz, dual core i7
• 2 GB DDR3 RAM, 120 GB HDD
• 2 Gigabit Ethernet
• 1,5 MFt
106
NI PXI-4072
• 1,8 MS/s
• 6,5 digites multiméter
• Feszültség/áramerősség/kapacitás/ellenállás...
• 785 000 Ft
107
NI PXI-7854R
• 8 AI, 16 bit, 750 kS/Ch/s
• 8 AO, 16 bit, 1 MS/Ch/s
• 96 DIO, Virtex-5 LX110 FPGA
• 1 800 000 Ft
108
NI HDD-8265
• 24 TB
• 750 MB/s folyamatos írás és olvasás
• 2 900 000 Ft
109
NI PXIe-5644R
• 65 MHz – 6 GHz
• FPGA vezérlés
• 11 000 000 Ft
110
Műszerek kalibrálása
111
Műszerek kalibrálása
• Cél: megbízható mérési eredmények
• A mérési eredmények visszavezethetősége:
Egységdefiníció
Nemzetközi etalon
Nemzeti etalon
Referencia etalonok (akkreditált
kutatólaboratóriumok)
– Használt etalonok (felhasználói kalibrálások)
– Mérőműszer
–
–
–
–
• Önkalibrálás: belső, stabil etalon
112
Hitelesítés és kalibrálás összehasonlítása
Hitelesítés
Kalibrálás
• Hatósági tevékenység
• Bárki kalibrálhat
• Jogi szabályozás
• Bármilyen eszköz
• OMH hitelesít
• Kalibrálási bizonyítvány
• Tanúsítvány: hatósági
dokumentum
• Megújítás: tulajdonos
döntése
• Kötelező ismétlés
113
Kalibrálás
• Direkt
• Indirekt
114
Műszerek védelme
115
Érintésvédelem
• 1. érintésvédelmi osztály – védőföldelés
Mindig földelni kell
• 2. érintésvédelmi osztály – kettős szigetelés
A megérinthető részek vagy műanyagból vannak,
vagy a fémrészeken nem lehet veszélyes
feszültség (meghibásodás esetén sem).
• 3. érintésvédelmi osztály – törpefeszültség
50 V alatti feszültség.
• Leválasztó transzformátor (⇒ földfüggetlen)
116
Zavarvédelem
• Tápfeszültség szűrése
• Árnyékolás
• Földelés (csillagpontos)
117
Túlfeszültségvédelem
• Villámvédelem
• ESD védelem (statikus feltöltődés ellen)
118
IP védelem
• Műszer védelme a külső behatásokkal szemben
• Példa: IP67
119
Első számjegy:
Érintés és idegen test behatolása elleni védettség
• 0: nincs védettség
• 1: >50 mm (nagyobb testrészek)
• 2: >12,5 mm (újjak)
• 3: >2,5 mm (szerszámok)
• 4: >1 mm (csavarhúzók, vezetékek)
• 5: A bejutó por nem akadályozhatja az eszköz
működését
• 6: Nem juthat por az eszközbe
120
Második számjegy:
Víz behatolása elleni védettség
• 0: nincs védettség
• 1: Függőlegesen csöpögő víz elleni védettség
• ...
• 4: Védelem fröccsenő víz ellen
• 5: Védelem vízsugár ellen
• 6: Védelem erős vízsugár ellen
• 7: Vízállóság 1 m mélységig (30 percig)
• 8: Vízállóság 1 m mélységig, tetszőleges ideig
A bejutó víz nem akadályozza az eszköz működését
121
Köszönöm a figyelmet
... vége ...
122

similar documents