Upload
doanque
View
249
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
PODSTAWY ELEKTRONIKI I MIERNICTWA W5: Metody cyfrowe pomiaru podstawowych wielkości elektrycznych
dr hab. inż. Jacek Jakubowski e-mail: [email protected]
PODSTAWY ELEKTRONIKI I MIERNICTWA
dr hab. inż. Jacek Jakubowski WEL, pok. 56/100
tel. 839-082 [email protected]
Konsultacje: - czwartki 15.05-15.35
PODSTAWY ELEKTRONIKI I MIERNICTWA W5: Metody cyfrowe pomiaru podstawowych wielkości elektrycznych
dr hab. inż. Jacek Jakubowski e-mail: [email protected]
5. Mierniki cyfrowe
5.1. Rola przetworników A/C w pomiarach
struktura systemu zbierania danych
sensor filtr S&H P ADC B
U
S Sample and Hold
Analog to Digital Converter
tor pomiarowy z przetwornikiem A/C (ADC)
PODSTAWY ELEKTRONIKI I MIERNICTWA W5: Metody cyfrowe pomiaru podstawowych wielkości elektrycznych
dr hab. inż. Jacek Jakubowski e-mail: [email protected]
5.2. Operacje towarzyszące konwersji analogowo-cyfrowej
próbkowanie
1 – próbkowanie
2 - pamiętanie
S&H: efekt działania S&H:
układ
sterow.
+1 +1
WE
WY
2 1
PODSTAWY ELEKTRONIKI I MIERNICTWA W5: Metody cyfrowe pomiaru podstawowych wielkości elektrycznych
dr hab. inż. Jacek Jakubowski e-mail: [email protected]
PODSTAWY ELEKTRONIKI I MIERNICTWA W5: Metody cyfrowe pomiaru podstawowych wielkości elektrycznych
dr hab. inż. Jacek Jakubowski e-mail: [email protected]
kwantyzacja (1 zadanie przetwornika A/C)
q
2q
3q
4q
1 2 3 4 5 6
x(n)
n
q
2q
3q
4q
1 2 3 4 5 6
Q[x(n)]
n
sygnał dyskretny (spróbkowany) sygnał skwantowany (cyfrowy)
PODSTAWY ELEKTRONIKI I MIERNICTWA W5: Metody cyfrowe pomiaru podstawowych wielkości elektrycznych
dr hab. inż. Jacek Jakubowski e-mail: [email protected]
A/C
q
Uwe N
schemat funkcjonalny kwantyzatora – przekształcenie Uwe na N
Parametr 1: zakres przetwarzania FS (Full Scale) - dopuszczalne napięcie wejściowe
def. n
FSq
2
2n – liczba rozróżnianych poziomów
Parametr 2: rozdzielczość przetwornika – długość słowa binarnego n
przy zadanym FS Parametr 3:
PODSTAWY ELEKTRONIKI I MIERNICTWA W5: Metody cyfrowe pomiaru podstawowych wielkości elektrycznych
dr hab. inż. Jacek Jakubowski e-mail: [email protected]
kodowanie (2 zadanie przetwornika A/C)
LSB
Least Significant Bit
waga 2-n
MSB
Most Significant Bit
waga 0.5
kod naturalny binarny NB
reprezentacja NB ułamka dziesiętnego (liczby z przedziału (0,1)):
nnaaaaN 2222 3
32
21
110 ... , 10 ,ia
słowo kodowe:
nNB aaaaN ...321
PODSTAWY ELEKTRONIKI I MIERNICTWA W5: Metody cyfrowe pomiaru podstawowych wielkości elektrycznych
dr hab. inż. Jacek Jakubowski e-mail: [email protected]
kod BCD (Binary Coded Decimal)
reprezentacja BCD ułamka dziesiętnego (liczby z przedziału (0,1)):
...222210
222210
222210
00
11
22
33
3
00
11
22
33
2
00
11
22
33
110
cccc
bbbb
aaaaN
słowo kodowe
LSDwagaMSD
BCD xxxxccccbbbbaaaaN 012301230123
,
0123 .......
0.1
dekady
PODSTAWY ELEKTRONIKI I MIERNICTWA W5: Metody cyfrowe pomiaru podstawowych wielkości elektrycznych
dr hab. inż. Jacek Jakubowski e-mail: [email protected]
5. 3. Bloki pomocnicze stosowane w konwersji A/C 1. Klucz elektroniczny
układ
sterujący
we wy
schemat funkcjonalny
we wy
Us
realizacja praktyczna
zatkanie – klucz otwarty
nasycenie – klucz zamknięty 2. Komparator
+
–
Uwe
Uref
Uwy
schemat funkcjonalny
Uwe
Uwy
Uref
„0”
„1”
Uwe
Uwe – rozdzielczość komparatora
PODSTAWY ELEKTRONIKI I MIERNICTWA W5: Metody cyfrowe pomiaru podstawowych wielkości elektrycznych
dr hab. inż. Jacek Jakubowski e-mail: [email protected]
3. Układ całkujący
Uwe uwy(t)
schemat funkcjonalny
Uwe uwy(t)
R
C
iC(t)
–
+ Uwe uwy(t)
R
C
PODSTAWY ELEKTRONIKI I MIERNICTWA W5: Metody cyfrowe pomiaru podstawowych wielkości elektrycznych
dr hab. inż. Jacek Jakubowski e-mail: [email protected]
4. Przetwornik C/A
słowo wejściowe: nNB aaaaN ...321
klucz zamknięty – ai = 1
klucz otwarty – ai = 0
PODSTAWY ELEKTRONIKI I MIERNICTWA W5: Metody cyfrowe pomiaru podstawowych wielkości elektrycznych
dr hab. inż. Jacek Jakubowski e-mail: [email protected]
5.4. Przykładowe struktury przetworników A/C
typowa rozdzielczość: 8 bitów
zalety:
- wynik w jednym kroku,
przetwornik b. szybki
(0.4ns50ns)
- możliwość uzyskania
nieliniowej charakterystyki
przetwarzania
wady:
duży pobór mocy z uwagi na dużą
liczbę komparatorów;
dla n = 4 – 15
dla n = 8 – 255
Przetwornik A/C bezpośredniego porównania równoległy
(ang. „flash ADC”)
Budowa: - (2n – 1) komparatorów
- wielowartościowe źródło napięcia wzorcowego
- dekoder
PODSTAWY ELEKTRONIKI I MIERNICTWA W5: Metody cyfrowe pomiaru podstawowych wielkości elektrycznych
dr hab. inż. Jacek Jakubowski e-mail: [email protected]
PODSTAWY ELEKTRONIKI I MIERNICTWA W5: Metody cyfrowe pomiaru podstawowych wielkości elektrycznych
dr hab. inż. Jacek Jakubowski e-mail: [email protected]
5.5. Woltomierz cyfrowy napięcia stałego
przetwornik
A/C dekoder +0.1234
mV
układ sterujący
układ
wejściowy
Ux
zmiana zakresu
i biegunowości
info o zakresie i biegunowości
zerowanie
przetwornik A/C – najczęściej pośredni
z podwójnym (wielokrotnym)
całkowaniem – tłumienie zakłócenia
sieciowego 50Hz przy odpowiednio
dobranym czasie całkowania T1
T1 = k20ms
k = 1, 2, 3, ...