Električna merenja

Transcription

1 Električna merenja

2 Školska Kurs je zajednički za module: Telekomunikacije i informacione tehnologije (13Е032ЕМ) Signali i sistemi (13Е052ЕМ) Fizička elektronika (13Е052ЕМ) Sajt predmeta:

3 Školska Predaju: Doc. Jelena Ćertić, katedra za telekomunikacije, soba 68, Doc. Milica Janković, katedra za signale i sisteme, soba 68, piperski@etf.rs Lab. vežbe: Predavači, asistent Miloš Bjelić, demonstratori

4 Školska Predavanja Sreda 08:15 u 56 Četvrtak 10:15 u 65 NE POSTOJE dve grupe, predavanja idu paralelno u dva termina i završavaju se sredinom semestra

5 Školska Predispitne obaveze Lab. Vežbe (20%) Završni praktičan rad u lab. (20%) Ispit (60%) 4 zadatka Bonus poeni Mali zadaci na časovima predavanja Na lab. vežbama

6 Sadržaj kursa Merni instrumenti analogni, digitalni ampermetri, voltmetri, multimetri/unimeri, osciloskopi, RLC metri temperaturna zavisnost ispravljači Merna nesigurnost Metode merenja napon, struja otpornosti, kapacitivnosti, induktivnosti merni mostovi Virtuelna instrumentacija

7 Literatura Pravica, Bagarić Metrologija električnih veličina Filip Petrović, Električna merenja Tumanski, Principles of electrical measurement Pejović, Princip rada i primena osciloskopa, sajt ETF-a Miljković, Metode i instrumentacija za električna merenja, sajt ETF-a Materijali za lab. vežbe, sajt predmeta Primeri ispitnih zadataka, sajt predmeta GUM, VIM,

8 Merenje Merenje je rezultat potrebe čoveka da prikupi određene informacije iz okruženja i da ih opiše na neki pogodan način. Da bi informacije mogle da se razmenjuju, potrebno je, na neki način, standardizovati postupak merenja i način prikazivanja rezultata.

9 Električna merenja Merenja, međunarodna standardizacija Bureau International des Poids et Mesures International Bureau of Weights and Measures Direkcija za mere i dragocene metale

10 Električna merenja GUM VIM

11 Električna merenja i IEEE

12 Električna merenja na ETF-u U nekoj formi osnovni kurs iz električnih merenja postoji na svim modulima (različiti kursevi, različiti predavači) Zašto su električna merenja važna na modulima: signali i sistemi telekomunikacije i informacione tehnologije fizička elektronika

13 Merenje Cilj merenja je da se odredi vrednost određene veličine koja se meri. Može se reći da se, zapravo, proces merenja svodi da poređenje sa određenim standardnim referentnim vrednostima. Rezultat merenja je, u principu, samo procena vrednosti veličine koja se meri i potpun je samo ako postoji i podatak o mernoj nesigurnosti i uslovima pri kom je merenje realizovano.

14 Merenje Merenje počinje s odgovarajućim tačnim opisom veličine koja se meri, merne metode i merne procedure.

15 Merenje Merne metode različite podele, na primer: Direktno merenje Indirektno merenje Merna procedura Detaljan opis procesa merenja ( algoritam za konkretan merni postupak)

16 Veličine Osnovne veličine Dužina Masa Vreme Električna struja Termodinamička temperatura Jačina svetlosti Količina materije

17 Merne jedinice SI Osnovne jedinice Dužina m Masa kg Vreme s Električna struja A Termodinamička temperatura K Jačina svetlosti cd Količina materije mol

18 Merne jedinice SI Izvedene jedinice Električni napon V m 2 kg s -3 A -1 Električna otpornost Ω m 2 kg s -3 A -2 Električna kapacitivnost F m -2 kg -1 s 4 A 2 Induktivnost H m 2 kg s -2 A -2 Frekvencija Hz s -1 Snaga W m 2 kg s -3

19 Decibeli db Relativan odnos dve veličine Pojačanje A po amplitudi izlaz 20log A ulaz po snazi 10log P P izlaz ulaz Ako je Xulaz referentna vrednost, onda se dobija apsolutni nivo veličine koja se meri

20 Primer Merenje otpornosti indirektnom metodom, merenjem struje i napona, i primenom Omovog zakona. Povezati u kolo generator, otpornik čija se otpornost meri, ampermetar i voltmetar. Odrediti pokazivanja instrumenata i sračunati otpornost.

21 Primer U 1 =14.5 V I 1 =73 ma A R 1 =198.6 W E R x V

22 Primer U 2 =15 V I 2 =27 ma A R 2 =555.6 W E V R x

23 Primer U zavisnosti od toga kako je povezano kolo, dobijaju se drastično različiti rezultati Opisom merne procedure nije uzet u obzir način povezivanja ampermetra i voltmetra u kolo Zanemaren je uticaj nesavršenosti instrumenata Nije uzet u obzir odnos merenih otpornosti i unutrašnjih otpornosti instrumenata (koji nisu idealni)

24 Primer R V =300 W R A =12 W A A E R x V E V R x

25 Merni instrumenti Prema tehnologiji (analogni, digitalni, virtuelni) Prema veličini koju mere (ampermetri, voltmetri, ommetri) Da li je rezultat u kritičnom opsegu

26 Merni instrumenti Statičke karakteristike mernih instrumenata Tačnost Preciznost Razlaganje Linearnost Osetljivost Stabilnost Ponovljivost Histerezis Ulazna impedansa

27 Tačnost Sposobnost mernog sredstva da pokazuje vrednosti koje su bliske pravoj/tačnoj vrednosti merene veličine Za merne instrumente proizvođači navode podatke o tačnosti koji se izražavaju ili kao podatak o klasi tačnosti ili na neki drugi način Ovi podaci ulaze u proračun merne nesigurnosti tipa B

28 Preciznost Preciznost mernog sredstva je sposobnost mernog sredstva da pokazuje vrednosti koje su međusobno bliske u ponovljenim merenjima.

29 Tačnost i preciznost tačno, precizno

30 Tačnost i preciznost netačno, precizno

31 Tačnost i preciznost netačno, neprecizno

32 Tačnost i preciznost tačno, neprecizno

33 Razlaganje Sposobnost mernog sredstva da jasno razlikuje dve bliske vrednosti merne veličine Sopstveni šum može da zamaskira tj. da efektivno veće razlaganje Resolution - smallest change in a quantity being measured that causes a perceptible VIM change in the corresponding indication. Resolution of a displaying device - smallest difference between displayed indications that can be meaningfully distinguished. VIM

34 Linearost Zavisnost izlaza (pokazivanja instrumenta) od ulaza (veličine koja se meri) Poželjno je da je instrument linearan Zavisi od principa na kom se zasniva rad instrumenta. Ne može se ostvariti idealna linearnost. Definišu se različiti tipovi greške linearnosti.

35 Linearnost Linearna karakteristika izlaz ulaz

36 Linearnost 10 9 Nelinearna (kvadratna karakteristika) izlaz ulaz

37 Osetljivost Količnik (odnos) priraštaja odziva mernog sredstva (pokazivanja instrumenta) i priraštaja ulaznog signala (veličina koja se meri). Sensitivity - quotient of the change in an indication of a measuring system and the corresponding change in a value of a VIM quantity being measured.

38 Osetljivost y K x Za linearne instrumente osetljivost je konstantna u celom opsegu

39 Osetljivost izlaz Za nelinearne instrumente osetljivost nije konstantna Određuje se kao koeficijent pravca tangente na karakteristiku instrumenta u nekoj tački ulaz

40 Stabilnost Sposobnost mernog sredstva da održava konstantnim svoje metrološke karakteristike. Stability - property of a measuring instrument, whereby its metrological properties remain constant in time. VIM

41 Ponovljivost Sposobnost mernog sredstva da daje veoma bliske odzive pri ponavljanju istog ulaznog signala (za definisane uslove) Repeatability - closeness of the agreement between the results of successive measurements of the same measurand carried out under the same conditions of measurement (repeatability conditions) Repeatability conditions include the same measurement procedure, same operators, same measuring system, same operating conditions and same location, and replicate measurements on the same or similar objects over a short period of time VIM VIM

42 Histerezis Odziv mernog sredstva zavisi od redosleda prethodnih ulaznih signala.

43 Ulazna impedansa Treba da bude takva da instrument što manje utiče na preraspodelu struja i napona u kolu Poželjno je da je realna (tj. da je otpornost) Za ampermetar je poželjno da je mala Za voltmetar je poželjno da je velika

44 Merni instrumenti Dinamičke osobine Vreme odziva (odziv na step funkciju) Frekvencijska karakteristika

45 Vreme odziva - Sistem prvog reda a a a y x dy a0 y b dt dy b0 y dt a KX 1 e Xh t 0 t 0 x x τ=a 1 /a 0 vremenska konstanta K=b 0 /a 0 statička osetljivost t

46 Vreme odziva - Sistem drugog reda a a 2 0 d 2 dt y 2 a a 1 0 dy dt y b a 0 0 x n a a 0 2 a 1 2 a a Prirodna frekvencija Faktor prigušenja 0 2 y(t) =0 =0.1 =0.2 =0.4 =1 =1.5 = t

47 Vreme odziva - Sistem drugog reda =0 =0.1 =0.2 =0.4 =1 =1.5 =2 y(t) t

48 Frekvencijska karakteristika Zavisnost amplitude ili faze odziva od primenjene frekvencije ulaznog prostoperiodičnog signala. U radnom opsegu instrumenta amplitudska karakteristika bi trebalo da bude potpuno ravna

49 Frekvencijska karakteristika Frekvencijska karakteristika se proverava tako što se pokazivanje instrumenta poredi sa tačnim instrumentom Tačan instrument ima bolju frekvencijsku karakteristiku od ispitivanog G Vi Vt

50 A Frekvencijska karakteristika amplitudska Linearna skala po y osi f [Hz] Logaritamska skala po x osi