Multimeter och räknare Del 1: Multimetern. Multimeter

Transkript

1 Multimeter och räknare Del 1: Multimetern 1 Multimeter 2 1

2 Multimeter - bakgrund Numera nästan alltid digitala Klarar av att mäta många storheter Mäter t ex spänning, resistans, ström, kortslutning, temperatur mm. Handhållen, billig med lägre noggrannhet Stationär - bänkmultimeter, dyr med hög noggrannhet 3 Multimeter - instrument HP bänkmultimeter Hög noggrannhet Datorkommunikation Fluke 77 el 75 handhållen multimeter Billig, enkel, låg upplösning, enklare att ha i fickan 4 2

3 Upplägg för föreläsningen Multimeter Grundprincip Inre resistans Spänningsmätning Strömmätning Resistansmätning 5 V Begrepp Vp Vpp 0V Vos t Vp: Toppvärde Vpp: Topp till toppvärde V RMS : Effektivvärde = Vp/ 2 0,71 Vp (sinus) V: Likriktat medelvärde = 2Vp/π 0,64 Vp (sinus) Vos: Offset: Överlagrad likspänning 6 3

4 Multimeter - blockschema 7 Multimeter Upplösning Ex. Handhållen multimeter 3 ½ siffror Visar värden mellan , decimalkomma på lämplig plats. Motsvarar 12 bitar AV-omv. Ex. Bänkmultimeter 6 ½ siffror Visar värden mellan , decimalkomma på lämplig plats. 8 Motsvarar 22 bitar AD-omv. 4

5 Flash-omvandlare Ej tillräcklig upplösning för multimeter i praktiken 9 Integrerande omvandlare Mätvärdet erhålls i instrumentet som ett tidsmått 10 5

6 Integrerande omvandlare 11 Multimeter - bakgrund Viktigt att veta vad mätinstrumentet har för inre resistans - för att avgöra om mätvärdet riskerar att påverkas. Vilken mätprincip använder instrumentet? Hur påverkar mätinställningarna noggrannheten? 12 6

7 Multimeter inre resistans Spänningsmätning Parallellt med spänningskällan Hög inre resistans nödvändig, typ M För låg resistans påverkar uppmätt spänning genom spänningsdelning mätfel Instrumentets inre resistans ger ca 5% lägre värde på spänningen över 500 kω resistorn 13 Multimeter inre resistans Strömmätning I serie med strömkällan Låg inre resistans nödvändig, typ 0,1 100 För hög resistans påverkar strömmen i kretsen mätfel Instrumentets inre resistans ger ca 1% lägre värde på strömmen 14 7

8 Multimeter - blockschema 15 Multimeter - mätmetoder En multimeter mäter alltid likspänning För att mäta växelspänning, ström och resistans måste dessa konverteras till en DC-spänning först 16 8

9 Multimeter växelspänningsmätning Växelspänning omvandlas genom likriktning. 17 Multimeter - växelspänning Vanligaste omvandlingssättet helvågslikriktning. Alla negativa perioder vänds till positiva istället. T 1 Likriktat medelvärde: U =! Oftast inte intressant i sig T 0 U( t)dt 18 9

10 Multimeter - växelspänning Effektivvärdet mest intressant Den växelspänning som utvecklar samma effekt i en komponent som en likspänning med samma storlek. U 2 EFF = 1 T T! 0 U 2 ( t) dt 19 Multimeter - växelspänning Formfaktorn och toppfaktorn beskriver hur amplituden förhåller sig till effektivvärdet. formfaktorn U = U EFF toppfaktorn = Uˆ U EFF 20 10

11 Multimeter - växelspänning Hur mäter man effektivvärdet? Enkelt och billigt: Mät likriktat medelvärde och räkna om till effektivvärde mha formfaktorn Ger bara rätt värden för sinussignal Mer avancerade instrument: Mäter sant effektivvärde 21 Multimeter - växelspänning 22 11

12 Multimeter - växelspänning Effektivvärdet 23 Multimeter - strömmätning Viktigt att R inte är stort för att undvika att påverka kretsen man mäter på

13 Multimeter - resistansmätning Två olika metoder att omvandla en resistans till en spänning Konstantströmmetoden Kvotmetoden 25 Multimeter - resistansmätning Konstantströmmetoden Kvotmetoden 26 13

14 Multimeter - resistansmätning Tvåtrådsmätning Fyrtrådsmätning 27 Multimeter - mätosäkerhet Anges normalt i specifikationen som: ± (% av avläst värde + antal steg i minst signifikant siffra) Ex. Fluke 77 Avläst värde på 320 Ω området (Upplösning 0.1 Ω): 95,3 Ω Osäkerhet: ± (0,5% av 95,3 + 2 x 0,1) Ω = ± (0,48 + 0,2) Ω ± 0,7 Ω 28 14

15 Multimeter mätosäkerhet Kalibrering Kom ihåg att instrument-specifikationer gäller under en viss tid som anges av tillverkaren, t ex upp till ett år. För att säkerställa att specifikationerna uppfylls och för att minimera mätfelen måste instrumenten kalibreras regelbundet. Hur ofta beror på tillämpningen. För utveckling, produktion och underhåll av medicinteknisk utrustning krävs normalt kalibrering minst en gång per år eller oftare, beroende på riskanalys och de rutiner som utnyttjas för kvalitets-säkring. 29 Multimeter - störningar Integrerande AD-omvandling vanlig Styrning av integrationstiden möjliggör undertryckning av störning Alla frekvenser med ett helt antal våglängder inom integrationstiden kommer undertryckas. Ex 50 Hz 20 ms periodtid

16 Störningsundertryckning - Integrerande omvandlare T REF väljs till en heltalsmultipel av periodtiden på den störning man vill undertrycka! 31 Störnings-undertryckning - Integrerande omvandlare SMRR Series Mode Rejection Ratio 32 16

17 Störnings-undertryckning - Integrerande omvandlare Integrationstiden i instrumentet påverkas av vald upplösning (antal siffror) 33 Laborationen Mätning av växelspänning med handhållen resp bänkmultimeter Hur mäter instrumenten spänningen? Blir något fel och varför? Undertryckning av störningar Undersök hur instrumentet mäter en offset på en växelspänning vid olika frekvenser? 34 17