6 Przetwarzanie Cc I Mierniki Cyfrowe

Przetwarzanie C/C Przetwarzanie cyfrowo-cyfrowe (C/C) realizowane jest poprzez układy cyfrowe (od elementarnych po mikroprocesorowe), które operują sygnałami cyfrowymi zarówno na wejściu jak i na wyjściu. Sygnały cyfrowe są najczęściej dwuwartościowe czyli dwójkowe (binarne). W zależności od przyporządkowanych poziomów do stanów 0 i 1, rozróżnia się logikę dodatnią i ujemną. Dokładne wartości poziomów determinują technologie układów np. TTL, ECL lub CMOS Zapis kombinacji cyfr 0 i 1 nosi nazwę słowa cyfrowego, w którym pierwszy bit z lewej to bit najbardziej znaczący (MSB) a z prawej to najmniej znaczący (LSB).

Przetworniki C/C „

„

„ „ „ „ „

Bramki logiczne: AND, OR, NOT, NOR, NAND, XOR

NAND, XOR Przerzutniki bistabilne (pamięciowe): R-S, J-K, D, T Rejestry (przesuwne, szeregowe, równoległe) Liczniki Dekodery (np. do wyświetlaczy) Komutatory: multipleksery i demultipleksery Mikroprocesory (zaawansowane funkcje

2

Mierniki cyfrowe

∆X = ∆ p + ∆ d

δx =

a% X 100 b ∆ d = % X zakr = n∆ r 100

Mierniki, których wskazania są dyskretną funkcją wartości wielkości mierzonej. „ Realizowane głównie jako multimetry „ Zaciski pomiarowe

∆X X

∆p =

‹ ‹

δr =

∆r X

=

1 N

+: wysoki, High, Hi, Czerwony -- : niski, Low, Lo, Czarny, Zielony, Common, Com

Urządzenie odczytowe: wyświetlacz, liczba cyfr, rozdzielczość Odczyt: bezpośrednio wartość zmierzona Błąd wskazań: błąd podstawowy (∆p) i dyskretyzacji (∆d), rozdzielczość (∆r), liczba niepewnych jednostek ostatniej cyfry (n)

3

Mierniki cyfrowe - Woltomierz cyfrowy „

Schemat funkcjonalny woltomierza napięć stałych Informacja o zakresie i biegunowości

Ux

Układ wejściowy

Przetwornik A/C

Dekoder

Wskaźnik

Układ sterujący

„

Ux

Schemat funkcjonalny woltomierza mikroprocesorowego Układ wejściowy

Przetwornik A/C

System mikroprocesorowy

Wskaźnik

4

Mierniki cyfrowe - omomierz cyfrowy „

Zamiana rezystancji na napięcie

U = Rx I o

I0 Rx

„

V

Stany nieustalone

uC = U o (1 − e

R U0

uC C

−t RC

)

1 1 Nx = Rx C = RC x Tw Tw

Dla t=RC=τ, otrzymujemy uC=U0(1-e-1)= U00,632. Wystarczy zmierzyć czas od włączenia klucza do osiągnięcia napięcia (U00,632), czyli czas ładowania kondensatora

5

Systemy pomiarowe „

Budowane w celu pomiaru wartości wielu różnych wielkości „

„

Oprogramowanie systemów pomiarowych może być skupione na jednej jednostce komputerowej lub rozproszone na wielu jednostkach

Inteligentny czujnik wyposażony w mikroprocesor i stanowić może odrębny podsystem

6

Obiekty pomiarowe - modele i parametry „

Sygnały (prąd, napięcie) ‹ ‹

Stałe – niezmienne w czasie. Zmienne – zmieniające swą wartość w czasie:  

Okresowe (sinusoidalne, prostokątne, trójkątne) Nieokresowe: • Krótkotrwałe (impulsowe, zanikające) • Długotrwałe (prawie okresowe, losowe)

„

„ „ „

Parametry obwodów elektrycznych: impedancja (Z), rezystancja (R), reaktancja (X), indukcyjność (L), pojemność (C) Moc (czynna, bierna, pozorna), energia Pola magnetyczne Wielkości nieelektryczne: temperatura, ciśnienie, przepływ, wymiary geometryczne, siły i momenty, parametry ruchu 7

Obiekty pomiarowe – sygnały i ich parametry „

u(t)=U

T

1 U śr = ∫ u (t )dt T 0

U 0

t

u(t)=Umsin(2πft) u(t1)

Um tf

0

T

Up-p t1

t

T=1/f

0

1 2 U sk = u (t )dt ∫ T 0 T ↔ 2π ; t f ↔ ϕ

u(t)=U0+Umsin(2πft) U0

Sygnały (prąd, napięcie)

Um

t

2π ϕ = tf T 8

Obiekty pomiarowe - parametry „ „ „ „ „ „ „ „

„

„

Uśr – wartość średnia (składowa stała, DC) Usk – wartość skuteczna Um – amplituda Upp – wartość międzyszczytowa u(t1) – wartość chwilowa (w danej chwili) T - okres – czas trwania jednego pełnego cyklu f – częstotliwość – liczba cykli na jednostkę czasu (f=1/T) ϕ - przesunięcie fazowe (tylko dla sygnałów o jednakowych częstotliwościach) Współczynniki: kształtu krzywej (kk), amplitudy lub szczytu (ka), odkształcenia (kod) Współczynnik zniekształceń nieliniowych lub zawartości harmonicznych h, zawartości n-tej harmonicznej hn 9

Obiekty pomiarowe - parametry „

Wartości skuteczne sygnałów: sinusoidalnego, trójkątnego, prostokątnego

U sk sin

Um = 2

U sk kk = U śr

U sktr

Um ka = U sk

Um = 3

kod

U skpr = U m

U1sk = U sk

U 22m + U 32m + ... U 22sk + U 32sk + ... h= = 2 2 2 2 2 2 U1m + U 2 m + U 3m + ... U1sk + U 2 sk + U 3 sk + ... h1 =

U

2 2 sk

+ U + ... U12sk 2 3 sk

U nm U nsk hn = = U1m U1sk

10

Obiekty pomiarowe - modele „ „ „

Model Thevenina Modele rzeczywistych elementów R, L i C Prawa, twierdzenia i zależności R

L

E R Rw C

S = U sk I sk

[VA]

P = U sk I sk cos ϕ [W ]

2 U U 2 R= P = UI = =I R I R U sk jϕ Z= = R + jX =| Z | e I sk

S 2 = P2 + Q2

P Q = U sk I sk sin ϕ [var] cos ϕ = S

11

Pomiar częstotliwości „

Częstościomierz - metoda bezpośrednia ux

t

Nx fx = Tw

t

uw

Tw=Nx/fx

δ f = δT + δ N x

w

x

1 = δ Tw + Nx

12

Pomiar okresu (czasu) „

Częstościomierz - metoda pośrednia uw

t

Tx = N xTw

t

ux

Tx=NxTw

δT = δT + δ N x

w

x

1 = δ Tw + Nx

13

Pomiar fazy „

Faza chwilowa u2

u1

t

tx

t

Tx=NTTw

Nx

Tx = N T Tw

t x = N xTw

tx Nx ϕ x = 360 = 360 Tx NT 14

Pomiar fazy „

Faza średnia

Tx = N T Tw u1

u2

t

tx

t x = N xTw tb = kTw = aTx

t

Tx=NTTw

Nx

tb

tb t x kTw t x ϕx 360 = =k ⇒ ϕx = N = aN x = N 360 Tx Tw Tx Tw k

15