Mätning av elektriska storheter
Oscilloskopet
Industrial Electrical Engineering and Automation
Mål
• Känna till egenskaperna hos grundtyperna av
instrument för mätning av elektrisk spänning,
ström, resistans och effekt
• Ha förståelse för onoggrannhet och
kalibreringsbehov hos instrument
• Förstå grundprincipen hos ett oscilloskop
Industrial Electrical Engineering and Automation
Indelning av instrument
• Analoga / digitala
– Avser oftast avläsning snarare än mätprincip
• Visarinstrument / sifferinstrument
• Elektromekaniska / elektroniska
– Funktionsprincip hos mätningen
Industrial Electrical Engineering and Automation
Felvisning och kalibrering
•
•
•
•
Alla instrument behöver kalibrering
Säljs kalibrerade
Begränsad tid för noggrannhet
Ackrediterad mätplats
– SWEDAC (myndighet)
• Spårbarhet
• ISO 9000
Industrial Electrical Engineering and Automation
Elektromekaniska instrument
• Vridspole
• Vridjärn
• Elektrodynamiskt
Industrial Electrical Engineering and Automation
Vridspoleinstrument
Källa: www.ict.kth
Vridspole, vertikal montering,
onoggrannhet 2,5 % av full skala
Liggande:
Lutande:
2,5
Industrial Electrical Engineering and Automation
Vridspoleinstrument
• Visar ström
• Permanentmagnet, rörlig spole, torsionsfjäder
• Mekaniskt medelvärdesbildande
• Likriktare och vridspoleinstrument visar
växelspännings medelvärde
• Graderas ofta för effektivvärde hos sinus men
fungerar då bara för sinus
Industrial Electrical Engineering and Automation
Vridjärnsinstrument
• En fast och en rörlig mjukjärnsbit i samma
fält
• När fältet ökar repellerar järnbitarna och
vrider sig i förhållande till varandra
• Utslag proportionellt mot strömmen i
kvadrat
• Effektivvärdesvisande
Industrial Electrical Engineering and Automation
Elektrodynamiskt
• En fast och en rörlig spole
• Utslaget proportionellt mot
spolströmmarnas produkt
• Om samma ström i båda spolarna visas
utslag proportionellt mot kvadraten.
Industrial Electrical Engineering and Automation
Att mäta ström med
elektromekaniska instrument
Shuntmotstånd!
Industrial Electrical Engineering and Automation
Att mäta spänning med
elektromekaniska instrument
Seriemotstånd!
Industrial Electrical Engineering and Automation
Multimeter (AVO-meter)
Industrial Electrical Engineering and Automation
Instrument påverkar kretsen
R2 parallellkopplas med Ri!
Industrial Electrical Engineering and Automation
Digitala mätinstrument
• Digitalt är tid lätt att mäta
– Noggrann frekvens
• Avläsning med siffror (entydigt)
• Diskretiserad analog skala kan finnas
• Spänningar och strömmar omvandlas
genom kombination av jämförelser och
tidmätningar
Industrial Electrical Engineering and Automation
Räknaren är grunden
Antalet pulser under tiden T räknas
Industrial Electrical Engineering and Automation
Enkelt att göra en frekvensräknare
Antalet pulser under fast tid räknas!
Industrial Electrical Engineering and Automation
Låt den okända signalen bestämma
tiden så blir det periodtid
Industrial Electrical Engineering and Automation
Digital spänningsmätning
ADC : Analog Digital Omvandlare
Industrial Electrical Engineering and Automation
”Dual slope” -omvandlare
Bestämt antal pulser
Antalet pulser motsvarar
spänningen Ux
Industrial Electrical Engineering and Automation
Multimeter
• DMM – Digital MultiMeter
• DVM – Digital VoltMeter
Industrial Electrical Engineering and Automation
Växelspänning
• Enkla digitala instrument likriktar och
kalibrerar medelvärdet så att det är
effektivvärdet för sinus
• Kretsar för att mäta ”TRUE RMS” finns
och används i bättre multimetrar
Industrial Electrical Engineering and Automation
Påverkan på kretsen
• Digitala voltmetrar kan göras med mycket
hög inre resistans
• Strömmätning sker genom
spänningsmätning över shuntresistans
• Högre strömmar
- Strömtransformatorer (AC)
- Strömprobar (Hall-effekt AC och DC)
Strömmätning
Industrial Electrical Engineering and Automation
- Shunt
•
•
•
•
Fungerar för DC
Hög bandbredd
Inget vinkelfel
Ingen galvanisk separation
Strömmätning
Industrial Electrical Engineering and Automation
- Strömtransformator
•
•
•
•
•
Fungerar inte för DC
Begränsad bandbredd
Vinkelfel
Syns som en induktans i huvudkretsen
Galvanisk separation
Strömmätning
- Halleffekt
Industrial Electrical Engineering and Automation
Open loop
Closed loop
•
•
•
•
Fungerar för DC
Hög bandbredd
Litet vinkelfel
Galvanisk separation
Industrial Electrical Engineering and Automation
Resistansmätning
Industrial Electrical Engineering and Automation
4-tråds resistansmätning
(låga resistanser)
Industrial Electrical Engineering and Automation
Några kontrollpunkter
• När kalibrerades instrumentet –
spårbarhet
• Hur anges onoggrannheten? Läs spec!
– % av avläst värde
– % av full skala
– Antal enheter i sista siffran
• Hur påverkar instrumentet kretsen?
Industrial Electrical Engineering and Automation
Oscilloskopet
•
•
•
•
Stor mängd information i en mätning
Signalers tidsberoende framgår
Ömsesidig tidsrelation
Stabilitet brus störningar
Industrial Electrical Engineering and Automation
Klassisk uppbyggnad
Industrial Electrical Engineering and Automation
Blockschema
Industrial Electrical Engineering and Automation
Tidbasen - svepet
• Spänningsramp till X-plattorna gör att
strålen rör sig i sidled - sveper
• Brantheten hos rampen avgör hur fort
Industrial Electrical Engineering and Automation
När ska svepet starta? Trigger!
Industrial Electrical Engineering and Automation
Flera kanaler
Alternerat
(en kanal i taget)
Hoppa mellan kanalerna
under svep - chopper
OBS Båda kanalerna har samma jordanslutning (minus)
Industrial Electrical Engineering and Automation
AD/DC-koppling
AC-koppling
DC-koppling
Industrial Electrical Engineering and Automation
Använd prob
Spänningsdelare: signalen dämpas 1:10
Industrial Electrical Engineering and Automation
Digitalt oscilloskop
Industrial Electrical Engineering and Automation
Sampling
Industrial Electrical Engineering and Automation
Vikning – för hög frekvens
Industrial Electrical Engineering and Automation
Triggningsmöjligheter