Orbis pictus 21. století Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu

Číslicové měření střídavého napětí OB21-OP-EL-ELKM-JANC-M-2-029

 Univerzální způsob číslicového měření časově proměnného napětí spočívá v jeho vzorkování (diskretizaci) a v digitalizaci vzorků (převodu na čísla).  Ze získané posloupnosti dat je pak možné stanovit charakteristické vlastnosti daného napětí, např. jeho střední hodnotu, efektivní hodnotu, maximální hodnotu aj., což ovšem vyžaduje použití výpočetního prostředku k analýze odvozené posloupnosti dat.  Tento způsob měření velikosti časově proměnného napětí vede k dobré přesnosti (s chybou pod 0,1 %), u neperiodických napětí přichází však v úvahu v kmitočtovém rozsahu jen do několika set kilohertzů.

Číslicové měření střídavého napětí  Je-li předmětem měření pouze velikost daného střídavého napětí, dá se číslicově změřit tak, že se nejprve dané střídavé napětí převede na stejnosměrné napětí, jehož velikost je přímo úměrná velikosti měřeného střídavého napětí, a toto stejnosměrné napětí se změří číslicovým voltmetrem.

Číslicové měření střídavého napětí  Zapojení převodníku střídavého napětí na stejnosměrné napětí (usměrňovače v širším smyslu) se volí podle toho, jaká hodnota střídavého napětí se má měřit.  Převodník (usměrňovač) musí mít převodní charakteristiku lineární a stálou, čehož se dosahuje celkovou zápornou zpětnou vazbou (jde o tzv. zpětnovazební usměrňovače). Principy některých zapojení ukazuje obrázek 1.

Obr. 1 Principy některých zpětnovazebních usměrňovačů pro číslicová měření a)vrcholové hodnoty, b) střední absolutní hodnoty, c) až e) pro měření efektivní hodnoty TM - termoelektrický měnič

Číslicové měření střídavého napětí  Pro měření vrcholové (špičkové) hodnoty se kromě zapojení podle obr. 1 používá i kompenzační zapojení podle obr. 2 (ovšem bez ručkového měřidla), které má lepší frekvenční vlastnosti. Obr.2 Blokové schéma vysokofrekvenčního voltmetru

Číslicové měření střídavého napětí  Pro měření efektivní hodnoty jsou k převodu na stejnosměrné napětí vhodné v podstatě dvě metody: tepelná nebo analogově výpočetní.  Při tepelném převodu jsou vlastními převodními prvky tepelně vázané dvojice rezistor-snímač teploty, např. termoelektrické měniče, termistory aj.  Druhá metoda vychází z definice efektivní hodnoty U ef časově proměnného napětí u x (t) v časovém intervalu T.

Číslicové měření střídavého napětí  V zapojení na obr. 1d se místo kvadrátoru a děličky často používá kombinovaná násobička-dělička. Převodníky střídavého napětí na stejnosměrné napětí jsou komerčně dostupné.  Přesnost číslicového měření střídavého napětí prostřednictvím převodu měřeného střídavého napětí na stejnosměrné je nevalná.  Malé chyby (kolem 0,1 %) se dosahuje jen na nízkých frekvencích, na frekvencích nad 100 kHz chyba zpravidla přesahuje 1 % a na 100 MHz již činí kolem 10 %.

Použití mikropočítačů v číslicových voltmetrech  Uplatnění mikropočítačů v číslicových voltmetrech vede u takových přístrojů k zjednodušení jejich zapojení a výroby, k zlepšení jejich vlastností a usnadnění obsluhy. Mikropočítače plní v číslicových voltmetrech tyto úkoly:  Testování bezporuchového stavu po uvedení do chodu.  Řízení měřicího procesu: zprostředkování styku voltmetru s obsluhou (snímání stavu ovládacích prvků, provedení požadovaných úkonů, řízení zobrazování), u voltmetru zapojeného do automatického měřicího sytému jeho styk s jinými přístroji, automatické přepínání měřicích rozsahů a další.

Použití mikropočítačů v číslicových voltmetrech  Korekce naměřených hodnot podle skutečné hodnoty napěťového přenosu vstupní části, referenčního napětí apod.  Občasná autokalibrace snižující vliv zbytkového napětí a nepřesné hodnoty napěťového přenosu na chybu měření - před měřením neznámého napětí se provede jedno měření při nulovém vstupním napětí a jedno měření při známém referenčním napětí na vstupu, po změření neznámého napětí se pak z naměřených hodnot vypočítá přesnější hodnota neznámého napětí.

Použití mikropočítačů v číslicových voltmetrech  Zpracování naměřených dat: výpočet charakteristických hodnot z výsledků opakovaných měření (určení maximální hodnoty, minimální hodnoty, střední hodnoty, standardní odchylky, efektivní hodnoty aj.), úprava konstantou (např. určení poměru naměřené hodnoty k jiné hodnotě a popř. jeho vyjádření v decibelech) aj.  Výpočet celkové maximální chyby z chyby z rozsahu a z chyby z naměřené hodnoty. V číslicovém voltmetru může být instalován i více než jeden mikropočítač např. jeden pro řízení, jiný po výpočty.

 Děkuji za pozornost  Ing. Ladislav Jančařík

Literatura  E. Vitejček a V. Hos: Elektrické měření, SNTL Praha 1979  V. Fajt a kol.: Elektrická měření, SNTL Praha 1987  L. Bejček a kol.: Měření v elektrotechnice, FEKT VUT Brno 2003