Opleidingsonderdeel : Digitale meettechniek en DSP. Digitale voltmeters en multimeters

Vergelijkbare documenten
Digitale meettechniek

Harmonischen: een virus op het net? FOCUS

Pajottenlandse Radio Amateurs. De multimeter

Fluke 170-serie True-RMS digitale multimeters

HERTENTAMEN MEETTECHNIEK (EE1320) Woensdag 24 augustus 2011, 9:00u 12:00u

Labo. Elektriciteit OPGAVE: Metingen op driefasige gelijkrichters. Sub Totaal :.../70 Totaal :.../20

Zelf een hoogspanningsgenerator (9 kv gelijkspanning) bouwen

DVM830L -- Digitale Mini Multimeter

EXAMENFOLDER maandag 26 januari 2015 OPLOSSINGEN. Vraag 1: Een gelijkstroomnetwerk (20 minuten - 2 punten)


PCE-DSO8060 / TFT 5,7 "/ FFT / / USB

TENTAMEN Versterkerschakelingen en Instrumentatie (EE1C31)

NI 71/72 Multimeter. Handleiding

+31 (0) E:

PROEF 1. FILTERS EN IMPEDANTIES. Naam: Stud. Nr.: Doos:

NI 77/79C Multimeter. Handleiding

1. Opwekken van een sinusoïdale wisselspanning.

Netwerkanalyse, Vak code Toets 2

Benodigdheden Gloeilampje, spoel, condensator, signaalgenerator die een sinusvormige wisselspanning levert, aansluitdraden, LCR-meter

Elementaire meettechniek (3)

Tentamen Inleiding Meten Vakcode 8E april 2009, uur

Onderzoek werking T-verter.

Deze multimeter werd ontworpen onder de IEC voorschriften betreffende elektronische meetinstrumenten volgens CAT II en pollution 2.

Formuleblad Wisselstromen

EM4000. Universele meetwaarde omvormer

Tentamen Inleiding Meten en Modelleren Vakcode 8C120 7 april 2010, uur. Het gebruik van een (grafische) rekenmachine is toegestaan.

Magnetische toepassingen in de motorvoertuigentechniek (3)

Uitwerkingen 1. Opgave 2 a. Ueff. 2 b. Opgave 3

TENTAMEN Versterkerschakelingen en Instrumentatie (EE1C31)

Praktische opdracht Natuurkunde Gelijkrichting

Harmonische stromen en resonantie..zx ronde 30 augustus 2015

TENTAMEN MEETTECHNIEK (EE1320) Woensdag 3 juli 2013, 9:00u 12:00u

Trillingen & Golven. Practicum 1 Resonantie. Door: Sam van Leuven Jiri Oen Februari

Versterking Principe van de versterking

Fluke 170-serie True-RMS digitale multimeters

T: +31 (0) E:

1. Langere vraag over de theorie

Digitale multimeter 700b

Theoretische elektriciteit 5TSO

Meetverslag. Opdracht meetpracticum verbreding Elektrotechniek WINDESHEIM

Dit tentamen bestaat uit vier opgaven verdeeld over drie bladzijden. U heeft drie uur de tijd.

Digitale systemen. Hoofdstuk De digitale regelaar

vanwege het hoge rendement weinig warmte-ontwikkeling vanwege de steile schakelpulsen genereert de schakeling sterke hf-stoorsignalen

1. Langere vraag over de theorie

EXAMENONDERDEEL ELEKTRONISCHE INSTRUMENTATIE (5GG80) gehouden op woensdag 27 juni 2007, van tot uur.

Elektrische Netwerken

Uitwerking studie stimulerende toets Embedded Signal Processing (ESP)

Toets 1 IEEE, Modules 1 en 2, Versie 1

Repetitie Elektronica (versie A)

1. BESCHRIJVING. power LED. sigarettenplug. ON/OFF schakelaar. ventilator. AC uitgangsstopcontact. zekering 2. AANSLUITINGEN

Antwoorden bij Deel 1 (hfdst. 1-8)

Deel 18: Vermogen meten MAES Frank

HOOFDSTUK 6 : AFREGELPROCEDURES

LABO. Elektriciteit OPGAVE: De cos phi -meter Meten van vermogen in éénfase kringen. Totaal :.../ /.../ Datum van afgifte:

1. BESCHRIJVING. "-" aansluiting. power LED. ventilator "+" aansluiting zekering. ON/OFF schakelaar. AC uitgangsstopcontact 2.

DCM267 DIGITALE STROOMTANG

DIFFERENTIËLE SPANNINGSENSOR 0212I GEBRUIKERSHANDLEIDING

Academiejaar Eerste Examenperiode Opleidingsonderdeel: Elektrische Schakelingen en Netwerken. EXAMENFOLDER maandag 27 januari 2014

V: Snelheidsregeling van DC-motor

Hoofdstuk 7: METING VAN DE FREQUENTIE- NAUWKEURIGHEID

Klasse B versterkers

Leereenheid 7. Diagnostische toets: Vermogen en arbeidsfactor van een sinusvormige wisselstroom

Inleiding Vermogenversterkers en de Klasse A versterker

Inleiding tot de wisselstroomtheorie

Harmonischen: gevolgen

Leereenheid 3. Diagnostische toets: Enkelvoudige wisselstroomkringen

Dè maat in meten! Oscilloscopen Digitale multimeters Functie generatoren Accessoires.

+31 (0) E:

Labo. Elektriciteit. OPGAVE: De oscilloscoop. .../.../... Datum van afgifte: .../.../... Sub Totaal :.../100 Totaal :.../20

Tentamen Analoge- en Elektrotechniek

HANDLEIDING MULTIMETER MET AUTOMATISCHE BEREIKKEUZE MODEL TT 201

Hoofdstuk 1: De OPAMP

DIGITALE STROOMTANG KYORITSU MODEL 2009A

Rekenkunde, eenheden en formules voor HAREC. 10 april 2015 presentator : ON5PDV, Paul

Vak: Labo elektro Pagina 1 / /

Ijkingstoets industrieel ingenieur UGent/VUB, september 2015

Leereenheid 2. Diagnostische toets: De sinusvormige wisselspanning. Let op!

Meetinstrumenten. PEKLY 33, Rue Boussingault _ Paris. Werkboekje behorende bij de software. Naam : Klas: 3, 15, 30, 150, 450 1,5 2

Hoofdstuk 1: De OPAMP

7,6. Samenvatting door A woorden 12 april keer beoordeeld. Natuurkunde. Natuurkunde Systemen. Systemen

+31 (0) E:

IJkingstoets september 2015: statistisch rapport

LABO 5 / 6 : De tijdbasis 2

Fluke 279 FC True RMS-multimeter met warmtebeeldtechniek

IJkingstoets september 2015: statistisch rapport

IJkingstoets september 2015: statistisch rapport

Materialen in de elektronica Verslag Practicum 1

Tentamen Inleiding Meten Vakcode 8E april 2009, uur

Elektrotechniek voor Dummies

Fiche 7 (Analyse): Begrippen over elektriciteit

Deel 23: db s bij spanningen. Maes Frank

Leereenheid 1. Diagnostische toets: Soorten spanningen. Let op!

Hoofdstuk 5: Signaalverwerking

De nieuwe trend in test- & meetapparatuur. Professioneel én betaalbaar

Uitwerking LES 22 N CURSSUS

Overgangsverschijnselen

Hoofdstuk 3: Praktische opampschakelingen 2

DVM 68 LCD Auto Range Digital Multimeter

1. Testdata TA sensor met Ohmse belasting

Robuuste TRMS Multimeters, voor het echte veilige veldwerk

Transcriptie:

Opleidingsonderdeel : Digitale meettechniek en DSP O.O.V: J.P.GOEMAERE Departement Industrieel Ingenieur 1 Digitale voltmeters en multimeters Inleiding Automatisatie in voltmeters Digitale multimeter circuits De nauwkeurigheid van digitale voltmeters AC en RMS metingen Gevallenstudie: Digitale multimeter met microprocessor-besturing Departement Industrieel Ingenieur 2 1

Digitale voltmeters en multimeters Inleiding Automatisatie in voltmeters Digitale multimeter circuits De nauwkeurigheid van digitale voltmeters AC en RMS metingen Gevallenstudie: Digitale multimeter met microprocessor-besturing Departement Industrieel Ingenieur 3 Inleiding Waarom? ADC s Direct compensatieprincipe Spanning tijd omvorming Spanning frequentie conversie Sigma delta ADC s Departement Industrieel Ingenieur 4 2

Inleiding ADC s Direct compensatieprincipe Departement Industrieel Ingenieur 5 Inleiding ADC s Direct compensatieprincipe Departement Industrieel Ingenieur 6 3

Inleiding ADC s Spanning frequentie conversie Departement Industrieel Ingenieur 7 Inleiding ADC s Spanning tijd omvorming Departement Industrieel Ingenieur 8 4

Inleiding ADC s Sigma delta ADC s Departement Industrieel Ingenieur 9 Inleiding ADC s Sigma delta ADC s Departement Industrieel Ingenieur 10 5

Inleiding ADC s Sigma delta ADC s Departement Industrieel Ingenieur 11 Inleiding ADC s Sigma delta ADC s Departement Industrieel Ingenieur 12 6

Inleiding Waarom? ADC s Vereisten van een ADC voor voltmeters nauwkeurigheid Serie-mode rejectie Speed Departement Industrieel Ingenieur 13 Digitale voltmeters en multimeters Inleiding Automatisatie in voltmeters Digitale multimeter circuits De nauwkeurigheid van digitale voltmeters AC en RMS metingen Gevallenstudie: Digitale multimeter met microprocessor-besturing Departement Industrieel Ingenieur 14 7

Automatisatie in voltmeters Automatische polariteitsaanduiding Departement Industrieel Ingenieur 15 Automatisatie in voltmeters Autoranging Departement Industrieel Ingenieur 16 8

Automatisatie in voltmeters Autoranging Departement Industrieel Ingenieur 17 Automatisatie in voltmeters Autozero Een conversiebevel maakt de registerinhoud 0 en sluit de schakelaar S1, zodat de integrator verbonden wordt met de onbekende spanning. Op het ogenblik dat de uitgang van de integrator door nul gaat, schakelt de vergelijker om zo dat klokpulsen kunnen worden toegevoerd aan een register. Op het ogenblik dat de registerinhoud overgaat van de toestand 011 1 naar 100 0 wordt schakelaar S1 geopend en S2 gesloten. Hierdoor wordt de referentie spanning, die het tegengestelde teken heeft van de ingangspanning, aangesloten op de integrator De uitgangsspanning van de integrator zal dus lineair afnemen. Zo gauw deze spanning nul wordt, klapt de vergelijker opnieuw om en wordt de kloklijn gesperd Departement Industrieel Ingenieur 18 9

Automatisatie in voltmeters Autozero 1 U c = i * dt C T1 1 Vin 1 U = * dt C = R C U U T2 c ref R 0 T1 * dt T1 T2 1 1 c = Vin * dt Vref R* C = R* C 0 T1 * T1 T2 c = Vin * dt = Vref * dt 0 T1 V dt Vin * T1 = Vref *( T2 T1 ) V in V = ref *( T T 2 T1 ) 1 Departement Industrieel Ingenieur 19 Automatisatie in voltmeters Autozero De tijdsduur tussen de code 100 0 en het sperren van de kloklijn is dus evenredig met de ingangspanning. Enkele voordelen van deze werkwijze treden hierbij direct op de voorgrond De stabiliteit van de RC kring is niet kritisch Eenzelfde redering kan worden opgebouwd voor de offset van de vergelijker en de stabiliteit van de klok Departement Industrieel Ingenieur 20 10

Automatisatie in voltmeters Autozero Departement Industrieel Ingenieur 21 Automatisatie in voltmeters Het volledig automatisch instrument Departement Industrieel Ingenieur 22 11

Digitale voltmeters en multimeters Inleiding Automatisatie in voltmeters Digitale multimeter circuits De nauwkeurigheid van digitale voltmeters AC en RMS metingen Gevallenstudie: Digitale multimeter met microprocessor-besturing Departement Industrieel Ingenieur 23 Digitale multimeter circuits De DC spanningsverzwakker Departement Industrieel Ingenieur 24 12

Digitale multimeter circuits De stroom naar spanningsomvormer Departement Industrieel Ingenieur 25 Digitale multimeter circuits De Ac - DC omvormer Departement Industrieel Ingenieur 26 13

Digitale multimeter circuits De Ac - DC omvormer Departement Industrieel Ingenieur 27 Digitale multimeter circuits De weerstand naar spanningsomvormer Departement Industrieel Ingenieur 28 14

Digitale multimeter circuits De weerstand naar spanningsomvormer Zeer grote weerstanden Departement Industrieel Ingenieur 29 Digitale multimeter circuits Vierdraadsweerstandsmeting HI HI-sense Ideale meter Itest LO sense LO meettoestel Departement Industrieel Ingenieur 30 15

Digitale multimeter circuits De HF - LF omvormer Departement Industrieel Ingenieur 31 Digitale voltmeters en multimeters Inleiding Automatisatie in voltmeters Digitale multimeter circuits De nauwkeurigheid van digitale voltmeters AC en RMS metingen Gevallenstudie: Digitale multimeter met microprocessor-besturing Departement Industrieel Ingenieur 32 16

De nauwkeurigheid van digitale voltmeters Inleiding Ong. 0.05% of reading Ong. 0.02% of range Beschouwen we 4½ digit DVM Op het einde van de schaal 10+4=14 counts of 0.07% In het begin van de schaal 1+4=5 counts of 0.25% In vele gevallen wordt afleesfout slecht per bereik gespecificeerd. Ong. 0.05% of reading ± 1 digit Stilzwijgende overeenkomst Referentietemperatuur23 C±1 C Temperatuurscoëifficient 0.005% of reading / C Bv. Omgevingstemperatuur34 C (34-24)*0.005= 0.05% Bijkomende fout Departement Industrieel Ingenieur 33 De nauwkeurigheid van digitale voltmeters Oorzaken van fouten bij metingen Thermo EMF fout Belastingsfouten Offset - current fout Serie - mode errors Common - mode fouten Fouten in niet - DC bereiken Departement Industrieel Ingenieur 34 17

De nauwkeurigheid van digitale voltmeters Oorzaken van fouten bij metingen Thermo EMF fout De beste verbinding kan gevormd worden door een gefriseerde koper koper verbinding Departement Industrieel Ingenieur 35 De nauwkeurigheid van digitale voltmeters Oorzaken van fouten bij metingen B. F. res Belastingsfouten 100* R % = R + R s i s Rs HI 100* V B. F. shunt% = V s b Ri Ideale meter B. F. freq % = 100* 1 1+ 1 1+ (2* π * f * R * C s in 2 ) LO meettoestel Departement Industrieel Ingenieur 36 18

De nauwkeurigheid van digitale voltmeters Oorzaken van fouten bij metingen Offset - current fout Departement Industrieel Ingenieur 37 De nauwkeurigheid van digitale voltmeters Oorzaken van fouten bij metingen Serie - mode errors Departement Industrieel Ingenieur 38 19

De nauwkeurigheid van digitale voltmeters Oorzaken van fouten bij metingen Serie - mode errors Ut NMRR = Urest t+ T 1 U rest = Ut sinωt. dt T U rest 1 Ut = T ω t [ cos( ω( t + T ) cos( ωt) ] U rest = 2 U sin( + ).sin( t t ωt ω ωt ) T ω 2 2 De max waarde van deze spanning krijgen we door de aanvang van de AD conversie op een tijdstip te kiezen dat Urest maximaal wordt en dit is U rest ω sin( ωt + T ) = 1 2 2 U t ωt 2 U t = sin( ) T ω = 2 T π. f [ sin( π. f. T )] U t π. f. T NMRR = = Urest sin( π. f. T ) Departement Industrieel Ingenieur 39 De nauwkeurigheid van digitale voltmeters Oorzaken van fouten bij metingen Serie - mode errors 10 3 10 2 De Raaklijn aan de dalen van de NMRR functie is de lijn gegeven door NMRR = π * f * T NMRR 10 1 10 0 10 0 10 1 10 2 Frequentie in Hz De Normal - mode rejectie factor NMRR als functie van de frequentie van een storende wisselspanning voor een ADC met een integratietijd van 100ms Departement Industrieel Ingenieur 40 20

De nauwkeurigheid van digitale voltmeters Oorzaken van fouten bij metingen Common - mode fouten Departement Industrieel Ingenieur 41 De nauwkeurigheid van digitale voltmeters Oorzaken van fouten bij metingen Fouten in niet - DC bereiken AC-DC conversiefouten frequentiebereik Ruis Departement Industrieel Ingenieur 42 21

De nauwkeurigheid van digitale voltmeters Oorzaken van fouten bij metingen Fouten in niet - DC bereiken AC-DC conversiefouten frequentiebereik Ruis Departement Industrieel Ingenieur 43 De nauwkeurigheid van digitale voltmeters Oorzaken van fouten bij metingen Fouten in niet - DC bereiken Vtest HI Ideale meter LO AC-DC conversiefouten frequentiebereik Ruis Ri >10GΡ Vgrond Departement Industrieel Ingenieur 44 22

De nauwkeurigheid van digitale voltmeters Besluit De nauwkeurigheid van de meter hangt niet alleen af van zijn specificaties maar hoofdzakelijk van de opstelling en de zogezegde tweederangsfouten. Deze fouten blijven klein zolang de bronimpedantie kleiner is dan 10KΩ. Algemeen mogen we stellen dat DC - metingen gemiddeld, wanneer ze verzorgd worden, met een nauwkeurigheid van ± 0,1 tot 0,2% kunnen gebeuren. Voor AC - metingen echter zal de gemiddelde fout moeilijk onder de 1% kunnen blijven. Departement Industrieel Ingenieur 45 Digitale voltmeters en multimeters Inleiding Automatisatie in voltmeters Digitale multimeter circuits De nauwkeurigheid van digitale voltmeters AC en RMS metingen Gevallenstudie: Digitale multimeter met microprocessor-besturing Departement Industrieel Ingenieur 46 23

AC en RMS metingen Verborgen fouten in conventionele AC metingen Welke systematische fouten kunnen gemaakt worden in deze meetsystemen? De betekenis van RMS (root means square) True RMS voltmeters De crest factor RMS en True RMS RMS metingen in de praktijk Departement Industrieel Ingenieur 47 AC en RMS metingen Verborgen fouten in conventionele AC metingen Welke systematische fouten kunnen gemaakt worden in deze meetsystemen? De betekenis van RMS (Root Means Square) True RMS voltmeters De crest factor RMS en True RMS RMS metingen in de praktijk Departement Industrieel Ingenieur 48 24

Verborgen fouten in conventionele AC metingen Sinusspanning Via een peakdetector bepalen we de RMS waarde 1 Et * = Eeff = 0, 707 Et 2 Besluit: onafhankelijk van de spanningsvorm komt op de uitgang de piekwaarde van de ingangspanning. De ingangspiekwaarde wordt versterkt met 0,707 of R2/R1 Departement Industrieel Ingenieur 49 Verborgen fouten in conventionele AC metingen Via een DC-detector bepalen we de RMS waarde E E E DC eff eff E Eeff 2 t = = π π π = E = E DC DC 2 * 2,22 Besluit De meter duidt enkel de goeie waarde aan als het sinusgolven zijn. E DC 1 = T T 0 e* dt Met een de pulserende gelijkspanning We hebben reeds gezien dat er ook vanuit een dubbele golfgelijkrichter kan vertrokken worden. De vermenigvuldigingsconstante wordt dan 1,1. Departement Industrieel Ingenieur 50 25

AC en RMS metingen Verborgen fouten in conventionele AC metingen Welke systematische fouten kunnen gemaakt worden in deze meetsystemen? De betekenis van RMS (Root Means Square) True RMS voltmeters De Crest Factor RMS en True RMS RMS metingen in de praktijk Departement Industrieel Ingenieur 51 Welke systematische fouten kunnen gemaakt worden met deze meetsystemen? Ruis Op een scoop is 1% ruis reeds duidelijk zichtbaar Conclusie Piekwaarde detector geeft een 1% hoger waarde Gemiddelde waarde detector heeft een juiste waarde aan. Departement Industrieel Ingenieur 52 26

Welke systematische fouten kunnen gemaakt worden met deze meetsystemen? Spikes Geproduceerd door thyristoren Door sommige functiegeneratoren Harmonische vervorming Departement Industrieel Ingenieur 53 Welke systematische fouten kunnen gemaakt worden met deze meetsystemen? Door sommige functiegeneratoren Departement Industrieel Ingenieur 54 27

Welke systematische fouten kunnen gemaakt worden met deze meetsystemen? Door sommige functiegeneratoren Departement Industrieel Ingenieur 55 Welke systematische fouten kunnen gemaakt worden met deze meetsystemen? Harmonische vervorming (Zie verder) Departement Industrieel Ingenieur 56 28

AC en RMS metingen Verborgen fouten in conventionele AC metingen Welke systematische fouten kunnen gemaakt worden in deze meetsystemen? De betekenis van RMS (Root Means Square) True RMS voltmeters De Crest Factor RMS en True RMS RMS metingen in de praktijk Departement Industrieel Ingenieur 57 De betekenis van RMS (root means square) Wat is de effectieve waarde van een pulserende spanning? Elke golfvorm kan uitgedrukt worden in een som van harmonischen V = V sin( ω * t) + V *sin( 2* ω * t) + V *sin( 3* ω * t)... 1 top * 2top 3top + De effectieve of RMS waarde van een spanning is de waarde van de zuivere gelijkspanning die in dezelfde tijd de oorzaak is dat in RL evenveel energie in warmte omzet als de pulserende spanning. Het vermogen P ontwikkeld in weerstand R door een DC spanning Vdc 2 VDC P = R Door een wisselspanning 2 V P = R RMS Departement Industrieel Ingenieur 58 29

De betekenis van RMS (root means square) Totaal ontwikkelde vermogen= som van afzonderlijke vermogen Voor een willekeurige golfvorm kunnen we aldus schrijven 2 2 2 2 VDC V1 eff + V2 eff + V3 eff +... P = + R R De som van spanningen in een bepaalde tijdspanne anders geschreven V RMS = 1 T T 0 2 v dt Daaruit volgt V RMS 2 2 2 2 = VDC + V1 + V2 + V3 +... Departement Industrieel Ingenieur 59 De betekenis van RMS (root means square) Een paar voorbeelden V rms = V p * 1 2 Departement Industrieel Ingenieur 60 30

De betekenis van RMS (root means square) Een paar voorbeelden 2 V rms = V DC + V 2 p 1 * 2 Departement Industrieel Ingenieur 61 De betekenis van RMS (root means square) Een paar voorbeelden 2 2 1 3 ( Vp ) + Vp * = Vp 1, Vp Vrms = 22 2 2 Departement Industrieel Ingenieur 62 31

De betekenis van RMS (root means square) Oefeningen Gegeven: Sinusgolfvormen met een amplitude. De grondgolf heeft de eenheidsamplitude. Gevraagd: Bepaal de piekwaarde, gemiddelde en effectieve waarde van de gesommeerde golfvorm tov respectievelijk de piekwaarde, gemiddelde en effectieve waarde van de grondgolfvorm Departement Industrieel Ingenieur 63 De betekenis van RMS (root means square) Departement Industrieel Ingenieur 64 32

De betekenis van RMS (root means square) Voorbeeld Piekwaarde=> Pgrond/Pgrond =1 Gemiddelde (modulus of dubbel alternatie)=> Ggrond/Ggrond=1 Effectieve waarde=>e grond/egrond =1 Departement Industrieel Ingenieur 65 De betekenis van RMS (root means square) Voorbeeld sin met een 2de harmonische (amplitude 50% van de grondgolf) Piekwaarde = => Psignaal/Pgrond=1,299 Departement Industrieel Ingenieur 66 33

De betekenis van RMS (root means square) Voorbeeld sin met een 2de harmonische (amplitude 50% van de grondgolf) Gemiddelde waarde (modulus of dubbel alternatie) => Gsignaal/Ggrond=1 Departement Industrieel Ingenieur 67 De betekenis van RMS (root means square) Voorbeeld sin met een 2de harmonische (amplitude 50% van de grondgolf) Effectieve waarde Veff = 2 2 1 + 1/ 2 = 1,12 => Esignaal/Egrond=1,12 Departement Industrieel Ingenieur 68 34

De betekenis van RMS (root means square) Voorbeeld sin met een 2de harmonische 90 verschoven (amplitude 50% van de grondgolf) Piekwaarde waarde => Psignaal/Pgrond=1.5 Departement Industrieel Ingenieur 69 De betekenis van RMS (root means square) Voorbeeld sin met een 2de harmonische (amplitude 50% van de grondgolf) Gemiddelde waarde (modulus of dubbel alternatie) => Gsignaal/Ggrond=1 Departement Industrieel Ingenieur 70 35

De betekenis van RMS (root means square) Voorbeeld sin met een 2de harmonische 90 verschoven (amplitude 50% van de grondgolf) Effectieve waarde Veff = 2 2 1 + 1/ 2 = 1,12 => Esignaal/Egrond=1,12 Departement Industrieel Ingenieur 71 De betekenis van RMS (root means square) Voorbeeld sin met een 3de harmonische (amplitude 50% van de grondgolf) Piekwaarde waarde 50 sin( 3 x ) maximize sin( x ) +, x = 0.. π ; evalf (% ) 100 5 5 7 21 = 1.075828707 126 => Psignaal/Pgrond=1.0758 Departement Industrieel Ingenieur 72 36

De betekenis van RMS (root means square) Voorbeeld sin met een 3de harmonische (amplitude 50% van de grondgolf) Gemiddelde waarde (modulus of dubbel alternatie) π V 100 sin( 3 x ) 1 V sin( x ) + dx 100 0 Vdc := π 8 V Vdc := =.8488263630 V 3 π => Gsignaal/Ggrond=0.848821 Departement Industrieel Ingenieur 73 De betekenis van RMS (root means square) Voorbeeld sin met een 3de harmonische (amplitude 50% van de grondgolf) Effectieve waarde Veff = 2 2 1 + 1/ 2 = 1,12 => Esignaal/Egrond=1,12 Departement Industrieel Ingenieur 74 37

De betekenis van RMS (root means square) Voorbeeld sin met een 3de harmonische 180 verschoven (amplitude 50% van de grondgolf) Piekwaarde waarde 50 sin ( 3 x π ) maximize sin ( x ) +, x = 0.. 2 π ; evalf (% ) 100 3 2 => Psignaal/Pgrond=1.500 Departement Industrieel Ingenieur 75 De betekenis van RMS (root means square) Voorbeeld sin met een 3de harmonische 180 verschoven (amplitude 50% van de grondgolf) Gemiddelde waarde (modulus of dubbel alternatie) Vdc := π V 100 sin ( 3 x π ) 1 V sin( x ) + dx 100 0 ; evalf (%) π Vdc := 2 V + 2 3 V cos( π ) π =.6366197722 V +.2122065907 V cos( π ) => Psignaal/Pgrond=0.8488 Departement Industrieel Ingenieur 76 38

De betekenis van RMS (root means square) Voorbeeld sin met een 3de harmonische 180 verschoven (amplitude 50% van de grondgolf) Effectieve waarde Veff = 2 2 1 + 1/ 2 = 1,12 => Esignaal/Egrond=1,12 Departement Industrieel Ingenieur 77 De betekenis van RMS (root means square) Besluit: Bij de geziene golfvormen levert de RMS meting steeds dezelfde waarde op, onafhankelijk van de fase van het signaal Departement Industrieel Ingenieur 78 39

AC en RMS metingen Verborgen fouten in conventionele AC metingen Welke systematische fouten kunnen gemaakt worden in deze meetsystemen? De betekenis van RMS (root means square) True RMS voltmeters De Crest Factor RMS en True RMS RMS metingen in de praktijk Departement Industrieel Ingenieur 79 True RMS voltmeters True RMS voltmeter met thermokoppel Departement Industrieel Ingenieur 80 40

True RMS voltmeters True RMS voltmeter (Directe berekening) V RMS = 1 T T V 2 t * 0 dt Departement Industrieel Ingenieur 81 True RMS voltmeters x b = y log b log y = ln y e y = x e = 2,71828 True RMS voltmeter (Impliciete berekening) (Beckman voltmeter zie hoger) 2 * log V log* 10 V V 0 0 V in 2 V in log V 0 1 = T = T 1 T in T 2 V 0 = log* log V = V in 0 0 V V 2 in in V 0 2 * dt 2 * dt 0 V in 2 = log = V RMS V in V 0 2 Departement Industrieel Ingenieur 82 41

True RMS voltmeters De True RMS voltmeter Departement Industrieel Ingenieur 83 True RMS voltmeters RMS specificaties AC koppeling Lower frequency limit Upper frequency limit Nauwkeurigheid Frequentiegebied: 30 Hz @ 100 KHz + DC Departement Industrieel Ingenieur 84 42

AC en RMS metingen Verborgen fouten in conventionele AC metingen Welke systematische fouten kunnen gemaakt worden in deze meetsystemen? De betekenis van RMS (root means square) True RMS voltmeters De Crest Factor RMS en True RMS RMS metingen in de praktijk Departement Industrieel Ingenieur 85 De crest factor De Crest Factor van een wisselspanning wordt gedefinieerd als de verhouding van de max. spanning (top waarde) op de RMS waarde van dit signaal V CF = max V RMS Departement Industrieel Ingenieur 86 43

De crest factor Beschouwen we volgende figuur. Gevraagd: Bepaald de CF Bepaal eerst VRMS Departement Industrieel Ingenieur 87 De crest factor We kennen de definitie van de RMS waarde Hiermee begrijpen we volgende uitwerking Departement Industrieel Ingenieur 88 44

De crest factor De golfvorm is symmetrisch rond de nul-as wat betekent Oppervlak boven = oppervlak onder de as Departement Industrieel Ingenieur 89 De crest factor Zodat, wanneer we Vpp vervangen Departement Industrieel Ingenieur 90 45

De crest factor Na uitwerken Departement Industrieel Ingenieur 91 De crest factor Dan is de CF voor het signaal symmetrisch rond de as CF= T 0, 15* T 2,4 0,15* T Departement Industrieel Ingenieur 92 46

De crest factor Hetzelfde kunnen we uitrekenen voor een signaal met dezelfde vorm geklampt op de nul-as V RMS = V max Tp T CF 2,6 Departement Industrieel Ingenieur 93 De crest factor Belang van de crest factor De VRMS spanning op de ingang staat in verhouding tot de max. uitgangsspanning van de convertor. Als de amplitude van de ingang een max. uitgang op de convertor heeft, zullen pieken van de ingangsspanning vervormd gemeten worden. Dit betekent ook dat dit de max. crest factor is die kan gemeten worden. Departement Industrieel Ingenieur 94 47

De crest factor Belang van de crest factor Max. uitgangsspanning CF = V spanning _ ingang rms Bijvoorbeeld: Beckmantoestel Op volle schaal kan het een crestfactor verwerken van 1 tot 1,5. Dus: Het drukt de mogelijkheid uit van een AC convertor om een signaal te behandelen met een grote piekwaarde in vergelijking tot zijn RMSwaarde zonder de convertor in saturatie te drijven Departement Industrieel Ingenieur 95 AC en RMS metingen Verborgen fouten in conventionele AC metingen Welke systematische fouten kunnen gemaakt worden in deze meetsystemen? De betekenis van RMS (root means square) True RMS voltmeters De Crest Factor RMS en True RMS RMS metingen in de praktijk Departement Industrieel Ingenieur 96 48

RMS en True RMS Crestfactor van een sinusgolf Crestfactor van een blokgolf symmetrisch rond nul Blokgolf geklampt op nul Kunnen deze waarden door het vermelde Beckman toestel gemeten worden? Departement Industrieel Ingenieur 97 AC en RMS metingen Verborgen fouten in conventionele AC metingen Welke systematische fouten kunnen gemaakt worden in deze meetsystemen? De betekenis van RMS (root means square) True RMS voltmeters De Crest Factor RMS en True RMS RMS metingen in de praktijk Departement Industrieel Ingenieur 98 49

RMS metingen in de praktijk Trachtenwe nu eens de CF te tekenen in functie van de duty cycle We kunnen schrijven Rond de nul-as CF = Op de nul-as CF = T T T P T T P P We weten dat de duty cycle T p α = T Dan kunnen we schrijven Rond de nul-as CF α α Op de nul-as 1 CF = α Departement Industrieel Ingenieur 99 = 1 RMS metingen in de praktijk Dan kunnen we schrijven Rond de nul-as CF = 1 α α Let wel: geldig als 0< α <0,5 Want vanaf α=0,5 wordt Vmax = Vpp - Vp Op de nul-as CF = 1 α Departement Industrieel Ingenieur 100 50

Digitale voltmeters en multimeters Inleiding Automatisatie in voltmeters Digitale multimeter circuits De nauwkeurigheid van digitale voltmeters AC en RMS metingen Gevallenstudie: Digitale multimeter met microprocessor-besturing Departement Industrieel Ingenieur 101 Digitale multimeter met microprocessor-besturing Werking Departement Industrieel Ingenieur 102 51

Digitale voltmeters en multimeters Digitale multimeter met microprocessor-besturing Concept van het apparaat Werking gelijkspanningsmeting tijdsvolgordediagram weerstandsmeting niet-lineaire filtering A/D omzetter concept werking nulpunt-correctie Departement Industrieel Ingenieur 103 Digitale multimeter met microprocessor-besturing Concept van het apparaat Departement Industrieel Ingenieur 104 52

Digitale multimeter met microprocessor-besturing Werking gelijkspanningsmeting Departement Industrieel Ingenieur 105 Digitale multimeter met microprocessor-besturing Werking tijdsvolgordediagram Departement Industrieel Ingenieur 106 53

Digitale multimeter met microprocessor-besturing Werking weerstandsmeting Departement Industrieel Ingenieur 107 Digitale multimeter met microprocessor-besturing Werking niet-lineaire filtering Departement Industrieel Ingenieur 108 54

Digitale multimeter met microprocessor-besturing Werking A/D omzetter Departement Industrieel Ingenieur 109 Digitale multimeter met microprocessor-besturing Werking A/D omzetter Departement Industrieel Ingenieur 110 55

Digitale multimeter met microprocessor-besturing Werking Departement Industrieel Ingenieur 111 Digitale multimeter met microprocessor-besturing Werking Departement Industrieel Ingenieur 112 56