Mérés és adatgyűjtés – Lev Műszerek Mingesz Róbert 2013. március 22.

1

Tartalom

• • • • • • Házi feladatok – Új feladatsor – Az április 4. után küldöttek véletlenül eltüntek Digitális multiméterek Oszcilloszkópok További műszerek Multifunkciós és moduláris műszerek Műszerek kalibrálása és védelme 2

Digitális multiméterek

3

Multiméterek blokkdiagramja

4

Multiméter kapcsolási rajza

http://www.elenco.com/admin_data/pdffiles/M2666K.pdf

5

Bemeneti feszültségosztó

• • A bemenő impedancia méréshatártól függetlenül állandó Értéke: 10 MΩ (olcsó multiméterek: 1 MΩ) 6

Áramerősség mérése

• A műszer belső ellenállása méréshatárfüggő 7

Gazdaságos multiméterek

• • • Ár: 1000 Ft 3,5 digit NEM MEGBÍZHATÓ!

– – Elem lemerülés jelzése?

Kontaktusok minősége?

8

Multiméterek tulajdonságai

• • • Minőség – Aranyozott csatlakozók, kapcsolófelületek – – Elemlemerülés kijelzése Megbízhatóság, gyártó Digitek száma, felbontás – Pl. 3,5; 4,5 Pontosság, reprodukálhatóság – Függ a méréshatártól (pl. 0,5 % ± 2 dg) 9

A digit jelentése

• • 3,5 digit: kijelzett érték: -1999 – +1999 (3,75 digit ⇒ kijelzett érték: -3999–+3999) Példa pontosság számolására – – – – – Méréstartomány: 200 kΩ Felbontás: 0,1 kΩ Pontosság: ±(1,2%+3 d) Mért érték: 85,3 kΩ Maximális hiba: 85,3 kΩ ∙ 0,012 + 0,1 kΩ ∙ 3 10

Műszerek tulajdonságai

• Belső ellenállás – – Feszültség mérése 𝑅 M Áramerősség mérése = 10 MΩ 𝑈 M < 0,3 V 11

További szolgáltatások

• • • • • • Automatikus kikapcsolás Szakadásvizsgáló (rövidzárlatok keresése) – Reakcióidő?

Automatikus méréshatárváltás Max / Min / Memória True RMS AC frekvenciatartomány 12

További szolgáltatások

• • • • • • • • Frekvencia mérése Kapacitás mérése Tranzisztor vizsgálata Hőmérséklet mérése 4-20 mA-es jeladók fogadása Logikai jelek vizsgálata Háttérvilágítás PC kapcsolat 13

Példák multiméterekre

14

METEX M3800

• • • • 18 000 Ft 3,5 digit DC feszültség 200m/2/20/200V/ 1000V; ±(0.5%+1d) AC feszültség 200m/2/20/200V/ 750V; ±(0.5%+1d) 15

METEX M3800

• • • • DC áram 200µ/2m/20mA/200mA/20A; ±(1.2%+1d) 10 A-es méréshatár 15 s-ig használható AC áram 200µ/2m/20mA/200mA/20A; ±(1.8%+3d) Ellenállás 200/2k/20k/200k/2M/20M ; ±( 1.0%+2d) Diódavizsgálat, tranzisztorvizsgálat, szakadásvizsgálat 16

UNI-T UT60H • • • • 28 000 Ft 4,75 digit DC feszültség 4/40/400V/ 1000V; ±(0.1%+5d) AC feszültség 4/40/400V/ 750V; ±(1%+3d) 17

UNI-T UT60H • • • • • DC / AC áram: 400µ/4m/40mA/400mA/10A; ±( 0.8%+10d) 10 A-es méréshatár 15 s-ig használható Ellenállás, kapacitás, frekvenciamérés Hőmérsékletmérés, 4-20 mA áramhurok Dióda-, tranzisztor- és folytonosságvizsgálat AC frekvenciatartomány: 45Hz–1kHz 18

Lakatfogó multiméter

• • Áramerősség mérése az áramkör megszakítása nélkül AC/DC mágneses tér 19

Asztali multiméterek

• • • Ár: 100 000 Ft – 500 000 Ft Nagy pontosság, felbontás, reprodukálhatóság Négypontos mérések 20

Agilent 34410A

• • • • • • 6,5 digit felbontás (1 000 minta/s) 5,5 digit felbontás (10 000 minta/s) LAN, USB, GPIP kapcsolat 50 kΩ adatlogger DC feszültségmérés: 0,003% pontosság 10 MΩ vagy 10 GΩ bemenő impedancia AC feszültségmérés: 0,06% pontosság 300 kHz sávszélesség Ellenállás mérése: 2 pontos/4 pontos 100... 1MΩ : 0,01% pontosság 1GΩ : 8% pontosság 21

RLC-mérők

• • Induktivitás/kapacitás mérése Különböző paraméterek (veszteség...) mérése 22

Source Meter

• • Ellenállás/vezetőképesség mérése Pontosan szabályozható áram/feszültség 23

BNC és koaxiális kábelek

24

BNC

• • • • Váltakozó jelek átvitele – Analóg/digitális – 3 GHz, 500 V Bajonettzár Jelvezeték (melegpont) + árnyékolás (általában föld) Hullámimpedancia: 50 Ω 25

Vezeték hullámimpedanciája

𝑍 0 = 𝑅 + i𝜔𝐿 𝐺 + i𝜔𝐶 26

Hullámimpedancia illesztése

• • Nem megfelelő illesztés ⇒ visszaverődés Kiküszöbölés: lezáró ellenállások 27

Oszcilloszkópok

28

Oszcilloszkóp

• Cél: váltakozó jelek mérése 29

Analóg oszcilloszkóp felépítése

30

Digitális oszcilloszkóp (DSO) felépítése

31

Oszcilloszkóp bemenete

• Bemenő impedancia: 1 MΩ / 50 Ω 32

AC/DC/GND állás

33

Triggerelés – mérés indítása

34

DSO – kijelzett kép

35

Oszcilloszkópok tulajdonságai I.

• • Bemenő csatornák – Analóg bemenetek (1, 2, 4) – – – Bemenő impedancia (1 MΩ / 50 Ω ) Analóg sávszélesség (pl. 100 MHz) Függőleges érzékenység, felbontás (pl. 8 bit) Mintavételi frekvencia – – – – Valós idejű (pl. 500 kHz) / ekvivalens (5 GHz) Megoszlik a csatornák között?

Glitch-ek érzékelése Vízszintes eltérítési sebesség 36

Oszcilloszkópok tulajdonságai II.

• • Memória – Pl. 1 MSample – Megoszlik a csatornák között?

Digitális bemenetek (mixed signal oszcilloscope, MSO) – – – Csatornák száma (8, 16, ...) Választható logikai szintek Kommunikációs jelek értelmezése (busz, RS232, USB) 37

Kevert jelű oszcilloszkópok

38

Trigger

• • • • Trigger forrása – belső: CH1 / CH2 / ...

– – Külső Line Auto / Normal / TV / Impulse / ...

Pretrigger: már a trigger előtt regisztrálja a jeleket Triggerelés logikai állapotokra 39

Oszcilloszkópok tulajdonságai III.

• • Kijelző – Monokróm – Színes Kapcsolat a külvilággal – – – – – – PC (USB, GPIB, ...) Monitor Egér, billentyűzet Pen-drive Nyomtató Eszköz vezérlése 40

Oszcilloszkóp szolgáltatások

• • • • • Kurzorok Automatikus mérések Amplitúdó, RMS, frekvencia, felfutási idő...

Események keresése Jelalakok felismerése Perzisztens kijelzés • Ár: 40 eFt ... 40 MFt 41

PC szoftver

42

PC szoftver

43

Mérőfejek

• • • • Bemenő impedancia növelése Bemenő feszültség osztása Erősítés Aktív/passzív mérőfejek 44

Mérőfejek kalibrálása

45

Példák oszcilloszkópokra

46

TDS 2002 C

47

Tektronix TDS 2002 C

• • • • • • 250 000 Ft 2 Csatorna, 70 MHz 1 GS/s 2,5 kPont memória USB host USB device 48

Tektronix MSO 2024

49

Tektronix MSO 2024

• • • • • • • 1 000 000 Ft Sávszélesség: 200 MHz, Mintavételi ráta: 1 GS/s Rekord hossz: 1 Millió pont, 5000 wfm/s Analóg csatornák: 4, Digitális csatornák: 16 USB Host/Device, Ethernet option, Video out option Serial triggering / decode option (I2C, SPI, CAN, LIN, RS-232/485/UART) 29 automated measurements, FFT, Search, mark, zoom, analyse 50

Agilent U1620A

51

Agilent U1620A

• • • • • • • • 850 000 Ft Sávszélesség: 200 MHz Mintavételi ráta: 2 GS/s* Rekord hossz: 2 Millió pont* *: egy csatorna mérése esetén Analóg csatornák: 2 USB Host/Device Beépített 4,5 digites multiméter 52

PicoScope 2105

53

PicoScope 2105

• • • • • • • 70 000 Ft Sávszélesség: 25 MHz Mintavételi ráta: 100 MS/s (2 GS/s*) 8 bit felbontás Rekord hossz: 24 kMinta Analóg csatornák: 1 USB Device 54

PicoScope 5203

55

PicoScope 5203

• • • • • • • • 450 000 Ft Sávszélesség: 250 MHz Mintavételi ráta: 500 MS/s (20 GS/s*) 8 bit felbontás Rekord hossz: 16 MMinta Analóg csatornák: 2 Beépített jelgenerátor USB Device 56

További műszerek

57

Laboratóriumi tápegységek

• • • Tesztelés alatt álló áramkör tápfeszültségének biztosítása Védelem – – – Túláram Túlfeszültség Rövidzár Mérés – – Áramfelvétel Fogyasztás 58

Tenma 72-6615

• • • 2x 0-30V 3A – áramgenerátor / feszültséggenerátor üzemmód – áramerősség és feszültség mérése 5 V 3A ~ 100 eFt 59

Hameg HMP2030 • • • • • 3 x 0..32V/0...5A, max. 188W 1 mV-os, 0,1 mA-es felbontás Túláram-védelem („FuseLink”) Programozható, PC kapcsolat 450 000 Ft 60

Agilent N6705B DC Power Analyzer

• • • • 4 modul, akár 100 V, 100 W Beépített oszcilloszkóp, jelgenerátor Programozható, PC kapcsolat ~ 2 000 000 Ft 61

Jelgenerátorok

• • Váltakozó jelek előállítása (szinusz, négyszög, ...) Gerjesztőjelek előállítása a vizsgált rendszer számára (pl. átviteli függvénymérése) 62

Jelgenerátorok tulajdonságai I.

• • Analóg / digitális vezérlésű / DDS Előállított jelalakok: – – – – – – – Szinusz Háromszög Négyszög (esetleg külön TTL kimenet) Impulzus Tetszőleges jelalak (memória) Moduláció Sweep (pl. frekvencia lineáris változtatása) 63

DDS elve

http://www.ni.com/white-paper/5516/en 64

DDS blokkvázlata

65

Jelgenerátorok tulajdonságai II.

• • • • • • Pontosság, stabilitás Frekvenciafelbontás Sávszélesség, maximális frekvencia Csatornák száma Logikai kimenetek Szinkronizáció/trigger 66

Agilent 33512B

• • • • 160 MS/s mintavételi frekvencia 20 MHz sávszélesség 2 csatorna, 1MS/channel memória USB (host/device) / LAN / GPIB 67

Tektronix AWG70002A

• • • • 50 GS/s, 20 GHz, 10 bit 2 csatorna, 16 GS/channel memória USB (host/device) / LAN / GPIB Ár: 28 000 000 Ft-tól 68

Lock-In mérések (chopper technika)

• • Kis jelek, hatások megkülönböztetése Zavarjelek elnyomása 69

Lock-in blokkvázlata

70

SR830

• • 1 mHz ... 102 kHz 1 200 000 Ft 71

Vector Network Analyser

• • Rádiófrekvenciás hálózat paramétereinek mérése: reflexió, transzmisszió...

Rohde & Schwarz ZNB8: 8,5 GHz, > 10 MFt 72

Spektrumanalizátorok

• • • Jelek spektrális analízise Elsődleges alkalmazás: Rádiófrekvenciás áramkörök vizsgálata Pl. bluetooth, wifi Működés elve – analóg / digitális – szürőkörök / FFT 73

Spektrum analizátor - blokkvázlatok

74

Rohde Schwarz – R&S ® FSVR30

75

Multifunkciós műszerek

76

Multifunkciós műszerek

• • • • • • Analóg bemenetek, választható erősítés Analóg kimenetek Digitális I/O Számlálók PC csatlakozás A végrehajtott feladatot a számítógépen futó szoftver határozza meg 77

Egyedi műszerek

• • • • • Az adott feladathoz szabott: – bemeneti fokozatok – kimeneti fokozatok Optimalizált méret, teljesítmény Egyedi doboz Egyedi csatlakozók Egyedi szoftver 78

MC USB-1616HS-BNC

• • • • 16 AI, 1 MS/s, 16 bit, 7 input ranges 2 AO, 1 MS/s, 16 bit 16 digital I/O, 4 counter (frequency, period, pulse width...) 460 000 Ft 79

MC USB-1616HS-BNC

80

NI USB-6211 • • • • • 16 AI, 250 kS/s, 16 bit 2 AO, 250MS/s, 16 bit 4 digital In, 4 digital Out counters (32 bit) 215 000 Ft 81

NI USB-6211 - Blokkvázlat 82

NI USB-6211 - Analóg bemenet 83

NI USB-6211 - Analóg bemenet bekötése

84

NI USB-6211 - Digitális IO 85

MA-DAQ - Blokkvázlat

86

MA-DAQ

87

MA-DAQ tulajdonságai

• • • • • • • 8 analog input, 2x1MS/s, 16 bit 2 analog output, 12 bit 10 digital I/O (UART, I2C, SPI,m PCA) CAN-BUS UART ±5 V Power out USB interface (isolated) 88

Moduláris műszerek

89

Moduláris műszerek

• • • • • A/D és D/A konverter modulok Digitális be/kimenet Akár valós idejű adatfeldolgozás Az aktuális feladatra szabható Gyors fejlesztés 90

NI CompactDAQ • • USB, Ethernet, WI-FI interfész 1, 4, 8 modul (egymástól galvanikusan leválasztva) 91

NI cDAQ-9139

• • • • 1,33 GHz Intel Core i7, 32 GB HDD, 2GB RAM 4 USB, 2 Gigabit ethernet Microsoft Windows Embedded Standard 7 / Real-Time OS 2 MFt 92

NI CompactRIO

• • • Ethernet, WI-FI interfész 1, 4, 8 modul Valós idejű beavatkozás, beépített FPGA 93

Feszültség mérése - NI 9201

• • 8 AI, ±10 V 500 kS/s, 12 bit 94

NI 9219, 24-Bit Universal Analog Input

• • • • 250 Vrms channel-to-channel isolation 4 x 100 S/s/ch Built-in quarter, half, and full-bridge support Built-in voltage and current excitation 95

NI 9219 - Üzemmódok 96

NI 9219 - Üzemmódok 97

Feszültség kimenet - NI 9264 • • 16 analog output 25 kS/s/ch 98

Digitális I/O - NI 9401 • • 8-channel, 100 ns ultrahigh-speed digital I/O 5 V/TTL, sinking/sourcing digital I/O 99

Digitális 24V - NI 9422 • • • 8-channel, 250 µs digital input 250 Vrms channel-to-channel isolation 24 V up to 60 V, sinking/sourcing digital inputs 100

Relé - NI 9481 • • • 4-channel 30 VDC (2 A), 60 VDC (1 A), 250 VAC (2 A) SPST relay 250 Vrms channel-to-channel isolation 101

CAN-busz NI 9862

• 1 port high-speed CAN (1 Mbit/s) 102

Motor meghajtás - NI 9516

• • • cRIO-hoz Szervó motor vezérlése, enkóderjel fogadása 50 µs szabályozási időköz 103

PXI rendszerek

104

PXI rendszerek

• • • • Ipari számítógép + PCI(e) + szinkron vonalak Ipari szabvány, számos gyártó támogatja Alkalmazás – – Kutatás CERN, TOKAMAK, ...

Ipari tesztelés Járműelektronika, hadiipar, elektronikai áramkörök, ...

Modulok egy része PC kompatibilis 105

NI PXI-8109 RT

• • • • 2,66 GHz, dual core i7 2 GB DDR3 RAM, 120 GB HDD 2 Gigabit Ethernet 1,5 MFt 106

NI PXI-4072

• • • • 1,8 MS/s 6,5 digites multiméter Feszültség/áramerősség/kapacitás/ellenállás...

785 000 Ft 107

NI PXI-7854R

• • • • 8 AI, 16 bit, 750 kS/Ch/s 8 AO, 16 bit, 1 MS/Ch/s 96 DIO, Virtex-5 LX110 FPGA 1 800 000 Ft 108

NI HDD-8265

• • • 24 TB 750 MB/s folyamatos írás és olvasás 2 900 000 Ft 109

NI PXIe-5644R

• • • 65 MHz – 6 GHz FPGA vezérlés 11 000 000 Ft 110

Műszerek kalibrálása

111

Műszerek kalibrálása

• • • Cél: megbízható mérési eredmények A mérési eredmények visszavezethetősége: – – – – – – Egységdefiníció Nemzetközi etalon Nemzeti etalon Referencia etalonok (akkreditált kutatólaboratóriumok) Használt etalonok (felhasználói kalibrálások) Mérőműszer Önkalibrálás: belső, stabil etalon 112

Hitelesítés és kalibrálás összehasonlítása

• • • • •

Hitelesítés

Hatósági tevékenység Jogi szabályozás OMH hitelesít Tanúsítvány: hatósági dokumentum Kötelező ismétlés • • • •

Kalibrálás

Bárki kalibrálhat Bármilyen eszköz Kalibrálási bizonyítvány Megújítás: tulajdonos döntése 113

Kalibrálás

• Direkt • Indirekt 114

Műszerek védelme

115

Érintésvédelem

• • • • 1. érintésvédelmi osztály – védőföldelés Mindig földelni kell 2. érintésvédelmi osztály – kettős szigetelés A megérinthető részek vagy műanyagból vannak, vagy a fémrészeken nem lehet veszélyes feszültség (meghibásodás esetén sem).

3. érintésvédelmi osztály – törpefeszültség 50 V alatti feszültség.

Leválasztó transzformátor ( ⇒ földfüggetlen) 116

Zavarvédelem

• • • Tápfeszültség szűrése Árnyékolás Földelés (csillagpontos) 117

Túlfeszültségvédelem

• • Villámvédelem ESD védelem (statikus feltöltődés ellen) 118

IP védelem

• • Műszer védelme a külső behatásokkal szemben Példa: IP67 119

Első számjegy:

• • • • • • • Érintés és idegen test behatolása elleni védettség 0: nincs védettség 1: >50 mm (nagyobb testrészek) 2: >12,5 mm (újjak) 3: >2,5 mm (szerszámok) 4: >1 mm (csavarhúzók, vezetékek) 5: A bejutó por nem akadályozhatja az eszköz működését 6: Nem juthat por az eszközbe 120

Második számjegy:

• • • • • • • • Víz behatolása elleni védettség 0: nincs védettség 1: Függőlegesen csöpögő víz elleni védettség ...

4: Védelem fröccsenő víz ellen 5: Védelem vízsugár ellen 6: Védelem erős vízsugár ellen 7: Vízállóság 1 m mélységig (30 percig) 8: Vízállóság 1 m mélységig, tetszőleges ideig A bejutó víz nem akadályozza az eszköz működését 121

Köszönöm a figyelmet

... vége ...

122