Základní pojmy. souhrn experimentálních úkonů, jejichž cílem je stanovit. absolutní/srovnávací výchylkové/nulové kontaktní/nekontaktní



Podobné dokumenty
MATURITNÍ ZKOUŠKA Z ELEKTROTECHNICKÝCH MĚŘENÍ

ELEKTRONIKA. Maturitní témata 2018/ L/01 POČÍTAČOVÉ A ZABEZPEČOVACÍ SYSTÉMY

Profilová část maturitní zkoušky 2015/2016

Profilová část maturitní zkoušky 2016/2017

Číslicové multimetry. základním blokem je stejnosměrný číslicový voltmetr

Základy elektrického měření Milan Kulhánek

3. Měření efektivní hodnoty, výkonu a spotřeby energie

11. MĚŘENÍ SŘÍDAVÉHO PROUDU A NAPĚTÍ

Otázka 22(42) Přístroje pro měření signálů, metody pro měření v časové a frekvenční doméně. Přístroje

Maturitní témata. pro ústní část profilové maturitní zkoušky. Dne: Předseda předmětové komise: Ing. Demel Vlastimil

Analogové měřicí přístroje

Témata profilové maturitní zkoušky z předmětu Souborná zkouška z odborných elektrotechnických předmětů (elektronická zařízení, elektronika)

5. MĚŘENÍ PROUDU, NAPĚTÍ a VÝKONU EL. PROUDU

popsat princip činnosti základních zapojení čidel napětí a proudu samostatně změřit zadanou úlohu

Nízkofrekvenční (do 1 MHz) Vysokofrekvenční (stovky MHz až jednotky GHz) Generátory cm vln (až desítky GHz)

Kompenzovaný vstupní dělič Analogový nízkofrekvenční milivoltmetr

MĚŘENÍ A DIAGNOSTIKA

Okruhy otázek k ZZ pro obor H/01 Elektrikář (ER)

2. GENERÁTORY MĚŘICÍCH SIGNÁLŮ II

Měřená veličina. Rušení vyzařováním: magnetická složka (9kHz 150kHz), magnetická a elektrická složka (150kHz 30MHz) Rušivé elektromagnetické pole

Binární data. Číslicový systém. Binární data. Klávesnice Snímače polohy, dotykové displeje, myš Digitalizovaná data odvozená z analogového signálu

Seznam témat z předmětu ELEKTRONIKA. povinná zkouška pro obor: L/01 Mechanik elektrotechnik. školní rok 2018/2019

Kalibrace: Nominální teplota pro kalibraci v laboratoři: (23 ± 2) C Nominální teplota pro kalibraci mimo laboratoř: (23 ± 5) C

List 1 z 6. Akreditovaný subjekt podle ČSN EN ISO/IEC 17025:2005: FORTE a.s. Metrologická laboratoř Mostkovice 529

13. Další měřicí přístroje, etalony elektrických veličin.

ochranným obvodem, který chrání útlumové články před vnějším náhodným přetížením.

18A - PRINCIPY ČÍSLICOVÝCH MĚŘICÍCH PŘÍSTROJŮ Voltmetry, A/D převodníky - principy, vlastnosti, Kmitoměry, čítače, fázoměry, Q- metry

Měřící přístroje a měření veličin

Příloha č.: 1 ze dne: je nedílnou součástí osvědčení o akreditaci č.: 456/2012 ze dne: List 1 z 6

Střední průmyslová škola

EXPERIMENTÁLNÍ METODY I 15. Měření elektrických veličin

Měření frekvence a času

Učební osnova předmětu ELEKTRICKÁ MĚŘENÍ

Maturitní témata. 1. Elektronické obvody napájecích zdrojů. konstrukce transformátoru. konstrukce usměrňovačů. konstrukce filtrů v napájecích zdrojích

DIPLOMOVÁ PRÁCE Lock-in zesilovač 500 khz 10 MHz

II. Nakreslete zapojení a popište funkci a význam součástí následujícího obvodu: Integrátor s OZ

SEZNAM TÉMAT K PRAKTICKÉ PROFILOVÉ ZKOUŠCE Z ODBORNÉHO VÝCVIKU

5. MĚŘENÍ PROUDU, NAPĚTÍ a VÝKONU EL. PROUDU

A12) převod proudu na napětí pomocí OZ. B1) Nakreslete blok. schéma Vf kompenzačního mv-metru

Manuální, technická a elektrozručnost

Účinky měničů na elektrickou síť

Měření a automatizace

T-DIDACTIC. Motorová skupina Funkční generátor Modul Simatic S7-200 Modul Simatic S7-300 Třífázová soustava

Tel-30 Nabíjení kapacitoru konstantním proudem [V(C1), I(C1)] Start: Transient Tranzientní analýza ukazuje, jaké napětí vytvoří proud 5mA za 4ms na ka

ELEKTRONICKÉ ANALOGOVÉ VOLTMETRY

11. Odporový snímač teploty, měřicí systém a bezkontaktní teploměr

Elektromechanické měřicí přístroje

Osnova přípravného studia k jednotlivé zkoušce Předmět - Elektrotechnika

Experiment s FM přijímačem TDA7000

Signál v čase a jeho spektrum

1 / 5. Obr.1: Blokové schéma nízkfrekvenčního generátoru

Oscilátory. Návod k přípravku pro laboratorní cvičení v předmětu EO.

ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ

Kategorie M. Test. U všech výpočtů uvádějte použité vztahy včetně dosazení! 1 Sběrnice RS-485 se používá pro:

OPERA Č NÍ ZESILOVA Č E

Frekvence. 1 DC - NAPĚTÍ (měření) I-001, I-002, I mv 2,7 µv + D ) 10 mv 2,7 µv 100 mv 3 µv 100 V 17 µv/v

A8B32IES Úvod do elektronických systémů

NTIS-VP1/1: Laboratorní napájecí zdroj programovatelný

E L E K T R I C K Á M Ě Ř E N Í

Projekt - Voltmetr. Přednáška 3 - část A3B38MMP, 2015 J. Fischer kat. měření, ČVUT - FEL, Praha. A3B38MMP, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 1

TDA7000. Cílem tohoto experimentu je zkonstruovat FM přijímač s integrovaným obvodem TDA7000 a

Vzorkovací zesilovač základní princip všech digitálních osciloskopů, záznamníků, převodníků,

Kategorie M. Test. U všech výpočtů uvádějte použité vztahy včetně dosazení! 1 Sběrnice RS-422 se používá pro:

I. Současná analogová technika

6. MĚŘENÍ PROUDU A NAPĚTÍ

Teoretický úvod: [%] (1)

Číslicový Voltmetr s ICL7107

Témata profilové maturitní zkoušky

( ) C ( ) C ( ) C

Vektorové obvodové analyzátory

Sylabus kurzu Elektronika

Řídicí obvody (budiče) MOSFET a IGBT. Rozdíly v buzení bipolárních a unipolárních součástek

Systémy analogových měřicích přístrojů

ZDROJE MĚŘÍCÍHO SIGNÁLU MĚŘÍCÍ GENERÁTORY

Témata profilové maturitní zkoušky

2. ANALOGOVÉ MĚŘICÍ PŘÍSTROJE

Oscilátory. Oscilátory s pevným kmitočtem Oscilátory s proměnným kmitočtem (laditelné)

MĚŘENÍ ELEKTRICKÉHO NAPĚTÍ

Maturitní témata oboru: L/01 MECHANIK ELEKTROTECHNIK. Automatizované systémy řízení

M-142 Multifunkční kalibrátor

5. A/Č převodník s postupnou aproximací

1.6 Operační zesilovače II.

TENZOMETRICKÉ PŘEVODNÍKY

Oscilátory Oscilátory

Přenosová technika 1

SOUČÁSTKY ELEKTRONIKY

Zesilovače. Ing. M. Bešta

Zdroje napětí - usměrňovače

Frekvence. BCM V 100 V (1 MΩ) - 0,11 % + 40 μv 0 V 6,6 V (50 Ω) - 0,27 % + 40 μv

[Otázky Autoelektrikář + Mechanik elektronických zařízení 1.část] Na rezistoru je napětí 25 V a teče jím proud 50 ma. Rezistor má hodnotu.

Hlavní parametry rádiových přijímačů

5. POLOVODIČOVÉ MĚNIČE

Učební osnova předmětu ELEKTRONIKA

Měření neelektrických veličin. Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Ústav konstruování

Kategorie Ž2. Test. U všech výpočtů uvádějte použité vztahy včetně dosazení!

Harmonický ustálený stav pokyny k měření Laboratorní cvičení č. 1

Tématické okruhy teoretických zkoušek Part 66 1 Modul 3 Základy elektrotechniky

Obrázek č. 1 : Operační zesilovač v zapojení jako neinvertující zesilovač

VÍTKOVICE TESTING CENTER s.r.o. Kontrolní metrologické středisko Ruská 2887/101, Ostrava Vítkovice

Test. Kategorie M. 1 Na obrázku je průběh napětí, sledovaný osciloskopem. Jaké je efektivní napětí signálu?

Transkript:

Obecné pojmy Základní pojmy měření souhrn experimentálních úkonů, jejichž cílem je stanovit hodnotu měřené veličiny v násobcích příslušné měrové jednotky měřicí metody přímé/nepřímé definiční/nedefiniční absolutní/srovnávací výchylkové/nulové kontaktní/nekontaktní např. nutnost rozpojení obvodu statické/dynamické nejistoty měření zákony šíření chyb

Obecné pojmy Měřicí přístroje Dělení podle poslání aktivní veličiny pasivní veličiny a vlastnosti obvodů/soustav měřicí generátory způsobu indikace/zpracování analogové číslicové konečný počet úrovní frekvenčního rozsahu stejnosměrné nízkofrekvenční vysokofrekvenční širokopásmové úzkopásmové dalších kriterií univerzální/jednoúčelové laboratorní/provozní

Obecné pojmy Vlastnosti měřicích přístrojů přesnost měřicí rozsah citlivost kmitočtový rozsah rychlost vstupní impedance výstupní impedance referenční a pracovní podmínky stabilita spolehlivost přetížitelnost napájení a bezpečná napětí další specifické vlastnosti

Obecné pojmy Blokové schéma měřicího přístoje analogový měřicí přístroj Měřicí převodník číslicový měřicí přístroj Analogový obvod Indikátor Měřicí převodník A/D převodník Logický obvod Indikátor za A/D může být převodník kódů A/D převodník lze někdy vynechat

Obecné pojmy Srovnání typů měřicích přístrojů přenost čtení údaje indikace polarity dosažitelná přesnost a vstupní odpor doba ustálení/měření snadnost dalšího zpracování citlivost na neelektrické vlivy automatizace způsob indikace z pohledu člověka externí napájení konstrukční složitost, rozpoznání poruch ochrany proti přetížení

Obecné pojmy Přístupy ke konstrukci měření efektivní hodnoty I ef = 1 T T 0 i 2 (t) dt 1 změření jedné hodnoty i(t), výpočtem I ef 2 fyzikální definice 3 analogový výpočet 4 číslicový výpočet 1 I ef = T [i(tn )] 2 t 5 kompenzace vhodným generátorem liší se např. citlivostí na vyšší harmonické

Obecné pojmy Konstrukce klasického měřicího přístroje otočná ručka ovládaná dvěma momenty: 1 pohybový moment M x vyvolaný měřenou veličinou, M x = k x x nebo M x = k x x 2 2 řídicí moment M d vyvolaný mechanicky (pružina), působí proti M x, M d = k d φ pokud by řídicí moment nepůsobil, ručka by se otáčela pořád dokola ustálená poloha ručky φ ust = kx k d x pohybová rovnice M x + M d + M J + M b = 0 φ t

Obecné pojmy Magnetoelektrické ústrojí otočná cívka v magnetickém poli M x = 2NBlr I = k x I Magnet principiálně ampérmetr voltmetr a multimetr R R A Voltmetr R A R I3 R I2 R I1 R U1 R U2 R U3 I/U + I 3 I 2 I 1 U 1 U 2 U 3

Obecné pojmy Další klasická ústrojí elektromagnetické indikuje kvadrát proudu (opět ampérmetr) obsahuje železné jádro, nevhodné pro ss proud elektrostatické otočný deskový kondenzátor principiálně voltmetr poměrové ústrojí dvě posunuté cívky jazýčkový kmitočtoměr zvlástní typ ústrojí bez ručky ladění jazýčků závažím

Obecné pojmy Etalony určen k definování, realizaci, uchovávání nebo reprodukování jednotky za účelem jejího přenosu porovnáním na jiné měřicí přístroje primární nejvyšší metrologická kvalita hodnota není určena navázáním (není na co) nejlépe vypočítatelný sekundární hodnota navázána na primární zpravidla se od primárního etalonu konstrukčně liší referenční nejvyšší metrologická kvalita v určitém místě pracovní běžně se používá k ověřování a kalibraci transferový prostředek při vzájemném porovnávání etalonů skupinový složen z několika etalonů jeho hodnota je průměrem hodnot jednotlivých etalonů

Problematika měření Typy signálů = nesymetrický signál R(x) u H u H U R 1 R(x) H u x U R(x) R 1 H u x L L u L symetrický signál = R(x) H u u H t = L R(1 + x) H L R(1 x) = R(x) L u L t R(1 x) R(1 + x)

Problematika měření Typy vstupů nesymetrické = diferenciální u 2 = = u 1 =

Problematika měření Kapacitní vazba fyzická realizace a náhradní obvod C 12 C 12 u 1 C 1 C 2 konkrétní příklad R z u 2 u 1 C 1 C 2 R z u 2 Nežádoucí R 2 C 12 u 1 u x R 1 + u out

Problematika měření Další vazby induktivní L 1 R 2 u 1 u x R 1 M L 2 u i + u out galvanická

Problematika měření Eliminace vazeb kapacitní u 1 R z u 1 R z induktivní Stíněný objekt Materiál s vysokou permeabilitou µr

Problematika měření Propojení přístrojů (kroucená) dvojlinka U 2 = { }} { Měřený obvod u i2 U x u i1 U x + U } {{ } = Měřicí přístroj Měřený obvod u i2 u i2 u i2 u i2 Měřicí přístroj U 1 u i1 u i1 u i1 u i1 elektricky stíněné R 1 R 2 R 1 R 2

Problematika měření Elektromagnetická kompatibilita Elektromagnetická kompatibilita základní zdroje: emise poruchy napájení interference na rádiových frekvencích elektrostatické výboje model zdroj cesta přijímač v testovaném systému se musí vyskytovat nějaký zdroj energie; musí zde být přijímač, který lze touto energií ovlivnit; musí být vazebná cesta mezi zdrojem a přijímačem.

Problematika měření Elektromagnetická kompatibilita Aspekty EMC zemnění λ / 20 stínění Stíněný objekt

Problematika měření Elektromagnetická kompatibilita Vhodný návrh z hlediska EMC [8]

Problematika měření Elektromagnetická kompatibilita Testování EMC předepsané dle norem různé definice odolnosti bez narušení funkce narušení jen po dobu působení nenáročný zásah obsluhy testování výboji pistole [8]

Problematika měření Elektronické prvky Elektronické prvky a obvody pasivní součástky aktivní součástky přístrojové zesilovače + R g izolační zesilovače u1 u2 + uout [1]

Problematika měření Elektronické prvky Izolační zesilovače [1]

Problematika měření Elektronické prvky Měřicí převodníky transformace typu vstupu impedanční přizpůsobení zeslabovač/zesilovač zádržný obvod oddělení filtr převodník úrovní analogové multiplexory demodulátor zdroj ochranný obvod

Měření napětí Referenční zdroje napětí Reference napětí zdroj přesného napětí U ref hodnota stálá v čase (long-term stabilita) teplotní stabilita (malý α = 1 U T T ) nemění se vlivem elektrických parametrů (napětí/proud) stabilita po zapnutí (turn-on-drift) nesmí se používat k napájení dalších obvodů izolace od zdrojů šumu a rušení vícehodnotové zdroje ustálení

Měření napětí Referenční zdroje napětí Zenerovy diody základní zapojení R U Uin UZ U in I Z ZD U Z teplotní stabilizace a malá napětí R IZ Uin R+rZD I U k NU p U R Z U D } {{ } N ZD 1 ZD 2

Měření napětí Referenční zdroje napětí Zenerovy diody zapojení s aktivními prvky ZD R 2 R k T U ref + U ref = U Z R1+R2 R1 R R 1 R 3 U Z ZD

Měření napětí Referenční zdroje napětí Band-gap reference vlastnosti přechodu BE R 3 R 3 /n I C1 I C2 T 1 T 2 + R 5 R 1 U BE R 4 U 1 U ref R 2 U k

Měření napětí Referenční zdroje napětí Josephsonův přechod tenký přechod mezi supravodiči I = I 0 sin δ, (1) δ t = 2e U, (2) 9,594 653 7 GHz U J [µv] 60 n 1 θ 1 n 2 θ 2 I J 4,2 K U J K J = 2e h 40 20 = 483 597,891 GHz/V 200 400 600 I J [µa]

Měření napětí Referenční zdroje napětí Další typy JFET využívají teplotní nezávislosti napětí U GS při proudu ( ) 2 I DZ = I 0,66 V Ds U p I Ds nasycený proud tranzistoru, U p prahové napětí nízká proudová spotřeba integrované obvody využívají předchozích principů doplnění o další obvody (tepelná ochrana) např. REF025, AD586, LM169 s napětími 2,5; 5 a 10 V

Měření napětí Stejnosměrné analogové voltmetry Chyby při měření napětí vliv reálného odporu voltmetru R i U 0 = U V R V V přechodové odpory termoelektrické napětí

Měření napětí Stejnosměrné analogové voltmetry Jednoduchý voltmetr 100M 10M 1M2 100 V 10 V 1 V Volba rozsahu R 3 R 4 R 2 R 1 = R 5 U x 9M M9 10 V 1 V 100 V U x M1 U in

Měření napětí Stejnosměrné analogové voltmetry Voltmetr s FET i bipolárními tranzistory [4]

Měření napětí Stejnosměrné analogové voltmetry Milivoltmetr [4]

Měření napětí Stejnosměrné analogové voltmetry Modulační mikrovoltmetr Nízkofrekvenční µv Střídavý mv Řízený mv Stejnosměrný V U x modulátor zesilovač usměrňovač zesilovač Měřicí přístroj Generátor modulačního napětí = vstup výstup = vstup výstup = vstup výstup modulace modulace modulace

Měření napětí Stejnosměrné analogové voltmetry Modulační mikrovoltmetr se zpětnou vazbou U xuzv Nízkofrekvenční modulátor Střídavý zesilovač Řízený usměrňovač Stejnosměrný zesilovač Měřicí přístroj Dělič N Generátor modulačního napětí

Měření napětí Stejnosměrné analogové voltmetry Modulační zesilovač R 2 U in u 1 R 1 u u 3 2 u4 + u out + C 1 C 2 u obd (t) Multivibrátor ω 0

Měření napětí Číslicové stejnosměrné voltmetry Vlastnosti A/D převodníků R 2 U u u in R 1 R 3 + C + U vz t 0 t U A/D chyba zesílení U A/D q U A/D INL 4 q 7 chyba nuly U x U x U x

Měření napětí Číslicové stejnosměrné voltmetry Paralelní převodník U ref U x R/2 + K 3 a 1 R R + K 2 + Převodník kódu a 0 K 1 R/2

Měření napětí Číslicové stejnosměrné voltmetry Převodník s postupnou aproximací D/A převodník U x + Zdroj impulzů & 1 Registr Přepínač Výstup U x u t

Měření napětí Číslicové stejnosměrné voltmetry Převodník se stupňovitým napětím U x + K U D/A D/A převodník Zdroj impulzů Vratný čítač Výstup Vpřed/vzad

Měření napětí Číslicové stejnosměrné voltmetry Generátor stupňů D 2 R 2 OZ 1 R + u 3 1 + D 1 2R 2 OZ 2 K + C u i u 2 Astabilní multivibrátor Integrátor Komparátor

Měření napětí Číslicové stejnosměrné voltmetry Sledovací převodník U x U D/A + K U U x D/A převodník U D/A Výstup Zdroj impulzů Vratný čítač Vpřed/vzad t

Měření napětí Číslicové stejnosměrné voltmetry S mezipřevodem na čas U x start =1 Lineární zdroj + K Zdroj impulzů & Čítač

Měření napětí Číslicové stejnosměrné voltmetry Integrační převodník U ref U x start Přepínač stop Integrátor + K Řídicí obvod u int U x2 U x Zdroj impulzů & Čítač T x t T n T n2

Měření napětí Číslicové stejnosměrné voltmetry Převodník s vyrovnáváním náboje U x + u Integrátor int +U ref U ref + K u K u int u K U x = 0 t t u int u K U x > 0 t t

Měření střídavého napětí Převodníky střední hodnoty R D U in U in R z U out I z R D 1 R z D 2 U in I z D 3 D 4 R 1 R 2 R D 1 R z D 2

Měření střídavého napětí Aktivní převodník střední hodnoty U in R + D 1 R z D 2 I 1 R 1 I 2 R 2 D 1 U D1 I z D 3 D 4 U in U 3 I z02 + D R 2 3 U D2 U d U 2 U 3 U p U in

Měření střídavého napětí Řízený usměrňovač u x Analogová násobička Dolní propust U out u s

Měření střídavého napětí Spínačový detektor u x 1 u 2 Dolní propust U out s(t) s s(t) u 2 (t) φ = 0 t u 2 (t) t φ = 90 t t

Měření střídavého napětí Převodník efektivní hodnoty termoměnič termoměnič s kompenzací U 2 = U 1ef R1 R 2 + D R 1 R 2 u in i t R t + U out u x T 1 + + T 2 U out

Měření střídavého napětí Převodník efektivní hodnoty s vyhřívanými přechody BE +U B R C R C C 1 D + u x R 1 R 2 C 2 U out R E U B

Měření střídavého napětí Výpočtový převodník s přímým výpočtem u x (t) 2 Dolní propust U out

Měření střídavého napětí Výpočtový převodník s implicitním výpočtem u 2 x U out R + u x C U out

Měření střídavého napětí Logaritmický převodník u x u 1 u 2 u 3 + u x 2 ln u x e 2 ln ux ln Střední Uout hodnota U out ln U out

Měření střídavého napětí Příklad řešení C 3 R 4 R 1 R 2 R 3 T 1 T 2 T 3 R 5 u x D 1 D 2 R 7 OZ 3 + R 6 U out T 4 OZ 1 OZ 2 + + C 1 R 8 C 2 OZ 4 +

Měření střídavého napětí Převodník maximální hodnoty (špičkový detektor) D C 1 R u x C R U out u x D C 2 U out U U1 U T 1 T 2 t

Měření střídavého napětí Aktivní špičkový detektor D Ux + C U out

Měření střídavého napětí Převodník rozkmitu U u x D 1 D 2 U out U1 U2 t C 1 C 2 T 1 T 2

Měření střídavého napětí Aktivní převodník rozkmitu D 1 R 1 R 2 OZ 1 + C 1 + C 2 R 3 OZ 2 + U x OZ 2 D 2 R 4 U out

Měření střídavého napětí Jednoduchý střídavý voltmetr u x Měřicí usměrňovač Stejnosměrný voltmetr citlivost dána ss částí na měřicím převodníku závisí typ voltmetru

Měření střídavého napětí Střídavý milivoltmetr s kompenzací u x Měřicí usměrňovač 1 Rozdílový zesilovač Oscilátor Měřicí usměrňovač 3 Stejnosměrný voltmetr Měřicí usměrňovač 2 Dělič napětí

Měření střídavého napětí Širokopásmový voltmetr u x Přepínatelný zeslabovač Širokopásmový zesilovač Měřicí usměrňovač Stejnosměrný voltmetr u x 1M + D 1 D 3 U out R 1 R 2 D 2 } {{ } R3 D 4

Měření střídavého napětí Širokopásmový voltmetr kompenzovaný dělič Kompenzovaný dělič napětí: R 1 C 1 = R 2 C 2 u R 1 C 1 u 1 R 2 C 2 u 2 t

Měření střídavého napětí Selektivní mikrovoltmetr u x Přepínatelný zeslabovač Laditelný selektivní zesilovač Měřicí usměrňovač Stejnosměrný voltmetr + u in Pásmová zádrž uout

Měření střídavého napětí Heterodynní voltmetr Zvláštní typ selektivního voltmetru, využívá směšování f x ± f osc Vstupní f u x x Směšovač obvod f osc Přepínatelný zeslabovač Mezifrekvenční zesilovač Měřicí usměrňovač Stejnosměrný voltmetr Laditelný oscilátor f x + f osc pro nízkofrekvenční voltmetr f x f osc pro vysokofrekvenční voltmetr f 2 f 1 f r f out = f 1 f 2 f r = f 1 f 2

Měření střídavého napětí Střídavé číslicové voltmetry nepřímé nejprve se u x usměrní, pak se měří číslicově přímé u u t t a) b)

Další měření napětí Fázorové voltmetry u x Vstupní obvod Zesilovač Měřicí usměrňovač Měřicí usměrňovač Dělička V Fázoměr Ux Uref φ u ref Vstupní obvod Zesilovač

Další měření napětí Číslicové měření poměru napětí U ref U x R/2 + K 3 a 1 R R + K 2 + Převodník kódu a 0 K 1 R/2 jak zapojení upravit?

Měření času, frekvence a fáze Frekvenční standard Atomové hodiny Zásobník cesia Mikrovlnná dutina Ionizátor Separátor Separátor Násobič Zesilovač f lo Laditelný oscilátor

Měření času, frekvence a fáze Frekvenční standard Praktická realizace NIST atomová fontána http://tf.nist.gov/cesium/fountain.htm

Měření času, frekvence a fáze Frekvenční standard Krystalové oscilátory +U R B1 R C X T u out C 2 C 1 R B2 R E C E reference s krystalovými výbrusy reference fáze přesné oscilátory s fázovým posuvem

Měření času, frekvence a fáze Měření času Elektronické stopky start stop BKO U ref Spínač Integrační člen V U ref R S T C t x + V u V

Měření času, frekvence a fáze Měření času Číslicový časoměr u x Zdroj impulzů Měnič kmitočtu f i & u 3 Čítač u 2 f i t t start stop Vstupní jednotka u x Řídicí obvod u 2 t x u 3 T 1 T 2 t t

Měření času, frekvence a fáze Měření času Číslicový časoměr s noniem Zdroj impulzů f i & Hlavní čítač start stop Bistabilní klopný obvod & start Hlavní zdroj impulzů Detektor koincidence Bistabilní klopný obvod Noniový generátor f i Noniový čítač stop Noniový zdroj impulzů Čítač

Měření času, frekvence a fáze Měření času Měření periody Zdroj impulzů Měnič kmitočtu & Čítač T x Vstupní jednotka Dělicí dekády Řídicí obvod

Měření času, frekvence a fáze Měření frekvence Rezonanční kmitočtoměr u x Vazební člen Laděný kmitavý obvod Vazební člen Měřicí usměrňovač Měřicí přístroj M u x L C D C 1 R

Měření času, frekvence a fáze Měření frekvence Můstkový kmitočtoměr u x Vstupní obvod Můstek Zesilovač Měřicí usměrňovač Měřicí přístroj R 1 R u in u out C R 2 C R

Měření času, frekvence a fáze Měření frekvence Kmitočtoměr s přímým údajem Dolní u Schmittův Monostabilní u 1 u 2 u 3 Derivační u 4 Jednostranný u 5 u 6 x Zesilovač klopný klopný propust člen omezovač obvod obvod Měřicí přístroj u x u 4 t t u 1 u 5 t t u 3 u 6 U0 t t

Měření času, frekvence a fáze Měření frekvence Záznějový kmitočtoměr f x f n Směšovač Dolní propust Indikátor záznějů Laditelný oscilátor

Měření času, frekvence a fáze Měření frekvence Číslicový kmitočtoměr u x Vstupní jednotka & Čítač Zdroj impulzů f i Řídicí obvod T u t u t Toleranční pásmo u u t t

Měření času, frekvence a fáze Měření frekvence Číslicové měření poměru dvou kmitočtů u A Vstupní jednotka f A & Čítač u B Vstupní jednotka f B Dělicí dekády Řídicí obvod

Měření času, frekvence a fáze Měření fáze Fázoměr využívající kosinové věty u 1 Stavitelný zesilovač Voltmetr 1 2 3 Součtový člen u 2 Stavitelný zesilovač 1

Měření času, frekvence a fáze Měření fáze Fázoměr s kompenzací fáze u 1 Zesilovač Měnič fáze Rozdílový člen Indikátor u 2 Zesilovač

Měření času, frekvence a fáze Měření fáze Impulzový fázoměr u 1 u 2 Zesilovač Zesilovač Oboustranný omezovač Oboustranný omezovač Derivační člen Derivační člen Jednostranný omezovač Jednostranný omezovač Bistabilní klopný obvod Dolní propust Měřicí přístroj u u 1 t u u u U0 u 2 t t t

Měření času, frekvence a fáze Měření fáze Číslicový fázoměr Zdroj impulzů Měnič kmitočtu f i & u 3 Čítač u x u ref Tvarovací obvod u 1 Řídicí u 2 obvod u x u ref u 1 u 2 f i u 3 t t t t t

Měření proudu Proudové váhy m

Měření proudu Howlandův zdroj proud R 2 R 2 + R 1 U ref R 3 R 2 I z R z

Měření proudu Základní měření proudu R I x R U R V I x + V

Měření proudu Hallova sonda I x R V U R U H Zesilovač

Měření proudu Střídavé ampérmetry i x ϑ R t i x D 1 D 2 D 3 D 4 R R U nap

Měření proudu Reaktivní bočníky i M i x C 1 A C 2 R A i x L 2 R A

Měření proudu Proudová sonda Koaxiální kabel i x R 1 R 2 V

Měření výkonu Průchozí wattmetry Základní schema průchozího wattmetru Snímač napětí Snímač proudu Násobička Dolní propust Měřicí přístroj

Měření výkonu Průchozí wattmetry Chyba měření I x I z I x A A I z U x V U z R z U x U z V R z

Měření výkonu Průchozí wattmetry Odvození napětí u i U i R R i R = R z U u R u u u R z

Měření výkonu Průchozí wattmetry Wattmetr s modulační násobičkou 1 u i Dolní propust U out u u + K Zdroj pily

Měření výkonu Průchozí wattmetry Wattmetr s Hallovou sondou i u i x p x R u R z u x V

Měření výkonu Průchozí wattmetry Vf wattmetry zdroj zátěž od zdroje Směrová odbočnice k zátěži φ=π λ/4 Wattmetr na odražený výkon Wattmetr na přímý výkon

Měření výkonu Průchozí wattmetry Metoda 3 voltmetrů V A B I Z V R V U Z Ẑ C

Měření výkonu Průchozí wattmetry Číslicový wattmetr u x i x Snímač napětí Snímač proudu Vzorkovač Vzorkovač A/D převodník A/D převodník Výpočetní jednotka Indikátor

Měření výkonu Průchozí wattmetry Čítací metoda u u Převodník u u /f & Vratný čítač Nulový komparátor =1 u i Převodník u i / t Nulový komparátor

Měření výkonu Pohlcovací wattmetry Napěťový wattmetr P x R U R V

Měření výkonu Pohlcovací wattmetry Kalorimetrické wattmetry ϑ in v Tepelná izolace + P x R z Px V + v ϑ out Ohřev

Měření výkonu Pohlcovací wattmetry Diodový nanowattmetr D u x R C V

Měření elektrické energie Měření energie f p(t) u x i x Hallova násobička Filtr U/f Dělič frekvence Registr N W

Měření impedance Kvantový Hallův jev nutnost Landauových hladin: pouze ve 2D systémech, ve 3D je vlivem mag. pole spojité supravodiče, nízké teploty 1 2 K, silné mag. pole, R H = h 2e 2 n = K K n I U p E C U H

Měření impedance Etalon kapacity F A C G B E A G C D 3 C n 1 2 C 1 C 2

Měření impedance Měření elektrických vlastností součástek Zdroj měřicího signálu Měřicí obvod Přístroj pro měření signálu Měřená součástka

Měření impedance Měření odporu Přímoukazující ohmmetry R x R n U R n U = V R x + U V V Teraohmmetr R x U = R n V

Měření impedance Měření odporu Ohmmetr s lineární stupnicí M5 50k 5k 500 R x = I U V V R x V

Měření impedance Měření odporu Můstková metoda Budicí zdroj R x R 1 V R 3 R 2

Měření impedance Měření odporu Induktivní můstek n 1 R x n 2 R

Měření impedance Měření odporu Senzorové můstky R 1 R 3 R R 0 R 0 + R(x) = R R + = R 0 + R 2 R 4 R U out R 0 U out

Měření impedance Měření odporu Andersonova smyčka R 1 I R 2 + R 3 + U out R 4 +

Měření impedance Měření odporu Měření velmi malých odporů I = R 3 R 4 R x V R 3 R 4 I R x R 5 R 2 R x =

Měření impedance Měření reaktancí Měření kapacity C x U ref R + U 0 + K T Měřič časového intervalu

Měření impedance Měření reaktancí Měření kapacity a indukčnosti s převodem na změnu kmitočtu rezonanční C 2 L x nebo C x Oscilátor Měřič frekvence C 2 Laditelný oscilátor L x C 1 Indikátor rezonance Oscilátor L x C 1 Indikátor rezonance Laditelný oscilátor R 1 R 2 L C x Indikátor rezonance

Měření impedance Měření reaktancí Můstkové měření kapacity a indukčnosti Budicí zdroj Cx C R1 R2 V Budicí zdroj Lx L R1 R2 V Budicí zdroj Lx R3 R1 C V

Měření impedance Měření obecné impedance Měření obecné impedance fázorový měřič impedance Laditelný oscilátor Regulátor amplitudy Ẑ x Snímač proudu Voltmetr 1 Ẑ x Voltmetr 2 Fázoměr φ x

Měření impedance Měření obecné impedance Můstky Maxwellův-Wienův Rx R1 Lx R3 R2 C2 Scheringův Rx Cx C1 R2 R3 C2

Měření vlastností obvodů Statické vlastnosti Statické charakteristiky bod po bodu R A = V D

Měření vlastností obvodů Statické vlastnosti Snímání statické charakteristiky R D X Y Čítač D/A převodník

Měření vlastností obvodů Statické vlastnosti Zkoušeče tranzistorů A A = V V =

Měření vlastností obvodů Statické vlastnosti Měření operačních zesilovačů R 2 + R 1 R 1 R 2 V

Měření vlastností obvodů Dynamické vlastnosti Parametry h tranzistoru [4]

Měření vlastností obvodů Dynamické vlastnosti Parametry y tranzistoru [4]

Měření vlastností obvodů Dynamické vlastnosti Mezní kmitočty tranzistoru Laditelný oscilátor Měřený tranzistor Střídavý voltmetr Napájecí obvod

Měření vlastností obvodů Vlastnosti lineárních zařízení Měřiče frekvenčních charakteristik Laditelný oscilátor Â(f) Zesilovač Usměrňovač Osciloskop Zdroj pily

Měření vlastností obvodů Vlastnosti lineárních zařízení Měření přechodové charakteristiky Měřený obvod Šumový generátor Korelátor

Měření vlastností obvodů Vlastnosti lineárních zařízení Měření činitele šumu Šumový generátor Měřený obvod 1 2 Wattmetr 3 db

Analyzátory signálů Analyzátory spektra Analyzátor spektra u x (t) Vstupní obvod Přepínatelná pásmová propust Zesilovač Měřicí usměrňovač Stejnosměrný voltmetr u x (t) Vstupní obvod Zesilovač Měřicí usměrňovač Stejnosměrný voltmetr Laditelná pásmová zádrž

Analyzátory signálů Analyzátory spektra Heterodynní analyzátor [4]

Analyzátory signálů Analyzátory spektra Mnohokanálový analyzátor Pásmová propust Měřicí usměrňovač u x(t) Vstupní obvod Zesilovač Pásmová propust Měřicí usměrňovač Přepínač Vertikální zesilovač Pásmová propust Měřicí usměrňovač Zdroj pily Horizontální zesilovač

Analyzátory signálů Analyzátory zkreslení Měření činitele nelineárního zkreslení 100 % 1 u x Zesilovač 2 Pásmová zádrž Voltmetr

Generátory měřicích signálů Zdroje napětí Síť Filtr Transformátor Usměrňovač Filtr Stabilizátor Proudová pojistka U 0

Generátory měřicích signálů Wienův oscilátor R C + T R C u out

Generátory měřicích signálů Funkční generátor C R R Zesilovač Dělič u out (t) R 1 + + Sinusový tvarovač

Generátory měřicích signálů Číslicový generátor Zdroj impulzů f i f Čítač Paměť D/A převodník Filtr u out (t)

Generátory měřicích signálů Impulzní generátor Vnitřní generátor Zpoždění Šířka Strmost u g (t) Spouštění vnější vnitřní Stejnosměrná složka Oscilátor

Generátory měřicích signálů Frekvenční syntéza Přímá frekvenční syntéza 10 10f Generátor harmonických 10f, 20f, 30f,... Pásmová propust 20f Oscilátor f Generátor harmonických f, 2f, 3f,... Pásmová propust 3f Směšovač Filtr 23,1f 10 f 10 Generátor harmonických f 10, 2f 10, 3f 10,... Pásmová propust f 10

Generátory měřicích signálů Frekvenční syntéza Fázový závěs f 1 Fázový detektor Dolní propust Napětím řízený oscilátor f2 v případě číslicových signálů jako fázový detektor: XOR aplikace např. jako filtr pravoúhlá pásmová propust souvisí s oblastí zachycení

Generátory měřicích signálů Frekvenční syntéza Nepřímá frekvenční syntéza Oscilátor f Fázový detektor Dolní propust Napětím řízený oscilátor Nf Frekvenční dělič N

Generátory měřicích signálů Frekvenční syntéza Dělič frekvence f Usměrňovač Integrátor f/n nulování + U ref

Generátory měřicích signálů Frekvenční syntéza Nepřímá frekvenční syntéza f Multivibrátor Dělič N 1 Fázový detektor Napětím řízený multivibrátor N2 f N1 Dělič N 3 N2 f N1N3 Fázový detektor Napětím řízený oscilátor Dělič N 2

Zobrazovací přístroje Osciloskopy Analogové osciloskopy vertikální a horizontální zesilovače časová základna volnoběžná spouštěná dvojité synchronizační obvod vychylovací soustava obrazovka pomocné a doplňkové obvody 1 číslicová indikace 2 kalibrační obvody 3 vazba vstupního signálu (DC/AC/GND)

Zobrazovací přístroje Osciloskopy Sondy zprostředkují vstup signálu (věrohodnost, zatížení měřeného obvodu, šířka pásma, kompenzace) velikost vstupního signálu (škálování 1 : 10) vhodná volba špičky pasivní/aktivní diferenciální/uzemněné různé typy: napěťové, proudové (Hallova sonda, trafo)

Zobrazovací přístroje Osciloskopy Speciální osciloskopy 1 rastrovací osciloskopy 2 vzorkovací osciloskopy ux(t) Zpožďovací vedení Vzorkovací obvod Zesilovač s pamětí Vertikální zesilovač Zdroj vzorkovacích impulzů Komparátor Zdroj pomalé pily spouštěcí signál Tvarovací obvod Zdroj rychlé pily Zdroj rychlé pily Zesilovač s pamětí Horizontální zesilovač u x t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t T 2T 3T 4T 5T 6T t

Zobrazovací přístroje Osciloskopy Parametry osciloskopů počet kanálů frekvenční pásmo doba náběhu přesnost zesílení vstupní impedance rozsahy, citlivost a časové základny možnosti zobrazení (XY, MATH, ALT, CHOP)

Zobrazovací přístroje Osciloskopy Digitální osciloskopy signál se vzorkuje a ukládá do paměti typu FIFO, rastrová obrazovka výhody: snadné zobrazení jednorázových dějů snadné uchování a numerické zpracování vyšší přesnost měření, kurzory, matematické funkce dostupné složitější metody zobrazení (peak mode) předspouštění a složitější možnosti spouštění

Zobrazovací přístroje Osciloskopy Režimy spouštění [9]

Zobrazovací přístroje Osciloskopy Vlastnosti počet bitů vzorkovací rychlost (S/s, Sps) velikost paměti (počet vzorků) počet kanálů (multiplexované?) rozhraní pro komunikaci parametry ekvivalentní analogovým, např. šířka pásma

Zobrazovací přístroje Logický analyzátor Logický analyzátor 1 pro analýzu více logických vstupů 2 zjednodušená A/D část (komparátor) u x log. 1 3 složitější možnosti spouštění 4 vazba na logické obvody (procesory) t

Ostatní techniky Lock-in detektor technika pro detekci nízkoúrovňových signálů velmi selektivní filtr, lze detekovat signál utopený v šumu potřeba silného referenčního signálu fázově citlivá detekce [11]

Literatura Doporučená literatura Tumanski, S.: Principles of Electrical Measurements, CRC Press 2006 Čejka, M.; Matyáš, V.: Elektronická měřicí technika, Vutium 2001 Rathore, T. S.: Digital Measurement Techniques, Alpha Science Internat. 2003 Matyáš, V.: Elektronické měřicí přístroje, SNTL/Alfa 1981 Vedral, J.; Fischer, J.: Elektronické obvody pro měřicí techniku, ČVUT 1999 Haasz, V.; Sedláček, M.: Elektrická měření. Přístroje a metody, ČVUT 2000 Boháček, J.: Metrologie elektrických veličin, ČVUT 1994 Svačina, J.: Elektromagnetická kompatibilita, PPT prezentace Tektronix: XYZs of Oscilloscopes Tektronix: ABCs of Probes Signal Recovery: What is a Lock-in Amplifier, Technical Note 1000