TMFT13 Fö: Mätdatorer

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "TMFT13 Fö: Mätdatorer"

Gunnar Svensson
för 7 år sedan
Visningar:

1 Datainsamling/Styrning av Instrument TMFT13 Fö: Mätdatorer Per Sandström Institutionen för Fysik, Kemi och Biologi Data Acquisition (DAQ) DAQ-kort (Datainsamlingskort) GPIB (parallellbuss) RS232 (seriebuss) USB eller Ethernet (LXI) VXI/PXI instrument (PCI instrument i vanlig PC) Mätprocessen/kedjan Mätprocessen/kedjan FORTS Givare Signal- A/D-omv. Dator anpassning Givare (t.ex. temperatur) Resistanstermometrar Termoelement Halvledargivare Signalanpassning Förstärkare Bärfrekvensförstärkare Filter, Faslåskretsar Kompenseringskretsar A/D-omvandlingen Mux Först. P.A. Hållkrets (SoH) A/D-omv. {1101 1} Datoriserade mätmetoder Mätkortets komponenter Dator MUX P.A. SoH ADC GPIB-instrum/LXI. DAQ (Mätkort) VXI/PXI Avancerade instr. Enkla mätningar Insticksinstr. Dig. Osc. Kopplingslåda Kompakt-rack Voltm./Fkn. gen. Billigt Dyrt Snabbt Långsamt Snabbt GPIB - speciella kablar LXI - LAN R on R in C H U ref

2 Blockschema över typiskt mätkort Analoga ingångar Dig. ingångar Analoga utg. Dig. utg. PC-MIO-16 Kortet vi använder på labbarna Multiplexer Prog. först. Analoga/Digitala signaler Kontrolllogik A/D Digital ingång D/A Digital utgång PC-bussen Snabb transferhårdvara Snabb transferhårdvara MUX P.A. SoH ADC DAC RAM ROM Lokal buss PC- Interf. PC- bussen CPU Kristall (klocka) DC-DC-omvandlare Extern Trig Counters (räknare): frekvens, periodtid, totalräkning. Processor Lokal buss Single-Ended-anslutning (RSE) 16 kanaler Analoga ingångar 8 differentiella, 16 single-ended Inimpedans Matningsspänning till 100 Gohm//100 pf Matningsspänning från 820 ohm Arbetsområde: ± 10V eller 0 10 V Upplösning,12 bitar: 1/2 12 = 1/4096 nivåer A/D omvandling: Successiv approximation Max samplingshastighet: 1,25 Ms/s (en kanal) Analoga utgångar: 2 Utspänning: ±10 V eller 0 10 V Maximal utström: ± 5 ma Utimpedans: 0,1 ohm Digitala in- och utgångar: 8 Vs AIGND ACH0 ACH15 MUX:ar två PGIA + _ Till A/D ACH0 = Analog Input Channel 0. PGIA = Programmable Gain Instrumentation Amplifier. AIGND = Analog Input Ground. Differentiell anslutning 8 kanaler Upplösning Vs Vcm ACH0 ACH7 ACH8 MUX MUX + _ Till A/D Upplösningen (resolution) bestäms av antalet bitar i A/D-omvandlaren. Vårt mätkort har 12 bitar, vilket ger relativa upplös-ningen 1/(2 12 1) 1/4095 0, ,025 %. Den absoluta upplösningen beror på A/D-omvandlarens spänningsområde, vilket är satt till ± 10 V. Den absoluta upplösningen blir alltså 20V/4095 = 0,00488 V 5 mv. AIGND ACH15 De två jordsymbolerna och kan ha galvanisk kontakt, men kan också ha olika potential.

3 Vikningsdistortion Mätkedjan Adekvat samplat Givare, Transmitter (signalanpassning), Optisk fiberlänk (mätvärdesöverföring), Mätkort och Dator Pt100- givare sampel/s För få Transm U in spänn/ frekv optisk sänd optisk fiber optisk mottag frekv/ spänn U ut Sampla med minst 10 gånger högsta förekommande signalfrekvensen Mätdator Transmitter Dekadresistans (Simulerad Pt-100) Transmitter + 15V + DVM Modell _ com V 250 Ω Simulera temperaturen 0 oc och trimma transmitten genom att skruva på ZERO-potentiometern, så att spänningen över 250 Ω blir 1,00 V (4 ma). Motståndstermometer (Pt-100-givare) Kan användas från o C till o C. I Intervallet 0 t 850 o C gäller standarden R(t) = R 0 (1+ A t + Bt 2 ) R 0 är resistansen vid 0 o C A = 3, o C -1 B= - 5, o C -2 t = temperaturen i o C Simulera temperaturen 100 oc och skruva på SPAN-potentiometern, så att spänningen blir 5,00 V (20 ma). Pt-100 forts. Signalomvandlare: Passiv transmitter strömtransmitter Svagt olinjär Linjärisering kan ske hårdvarumässigt linjäriseringskretsar (förstärkare med en mot givaren motsatt olinjaritet) Pt-100 Transmitter Resistans över vilken 4-20 ma spänningen mäts Matningsspänning linjariseringsalgoritmer i mikroprocessor I en mätvärdesinsamlande dator. Strömförsörjning till elektroniken < 3 ma Överföring av mätvärdet 4-20 ma, två ledare Avbrottsindikering vidledningsbrott/kontaktfel.

4 Signalomvandlare: Aktiv transmitter spänningstransmitter Transmitter U ut V U DVM Pt-100 _ Jord Fyra ledningar Signalspänning + Matningsspänning Separata kretsar för matningsspänning och ström spänningstransmitter överför signalen som en spänning. Med gemensam jord för matnings- och signalspänning krävs då tre ledningar. Spänningstransmittern ger spänningsfall. GPIB General Purpose Interface Bus Max antal instrument: 15 st Max ledningslängd: 20 m Max ledningslängd/instrument: 2 m Signalledningar: 16 st Adresseringsmöjligheter primärt: 31 instr. Handskakningsledningar: 3 Kontrolledningar 5 Dataledningar DIO 1-8 Parallell överföring Parallell överföring forts, Korta avstånd < 20m, Snabb Dator A Signaljord Data-ledningar 8 bitar - 8 ledare Kontroll-ledningar Dator B Bit-parallell och Byte-seriell GPIB (General Purpose Interface Bus) HPIB (Hewlett Packard Interface Bus) (1975) IEEE-488 (1975, modifierad 1978) IEC (1979), (1980) Instrumenttillverkare: Fluke, Philips, HP, Rodhe- Schwartz, CAMAC/FASTBUS Nukleära instrument Seriell överföring Seriell överföring forts, Data/Sändning Data/Mottagning Korta avstånd 1 + spänning, 0 - spänning Långa avstånd MOdulatorDEModulator (FSK, ASK, PSK) Dator A Dator B Överföringshastigheten bitar per sek (bps) Signaljord Kontrolledare RS-232 (Recommended Standard) RS-232C (Modifierad) V. 24. (Beteckning enl. CCITT) Bit-seriell och Byte-seriell USB

5 GPIB flera instrument GPIB-kommunikation Kontroller Listner Talker Talker/Listner Linjär Stjärnformig konfiguration konfiguration Kommunikation sker genom instrumentberoende och interfaceberoende meddelan-en. Instrumentberoende meddelanden skickas som textsträngar. Adressnummer: Dipswitchar eller i instrumentens mjukvara De flesta GPIB-kort stöds av de flesta moderna programspråk och operativsystem: C++,.NET Mat-Lab LabVIEW (Grafiskt programspråk) Mfl, mfl GPIB: Kort, Kablar En liten historik: Mätdatorer (GPIB) (1978) ABC-80 Basic/ACII-aritm. 16kb/3MHz ABC-800* Basic/ACII-aritm. HP-85 HP-Basic Candela Basic Compis Basic Apple Pascal Eriksson PC Pascal Epson Turbo-Pascal LEO 386/486 Pascal/Mat-lab (2004) PC Mat-lab/LabVIEW Serieport, USB-port, Parallell-port, GPIB,

Relevanta dokument

TFEI01 Föreläsningsanteckning. Mätdatainsamling med DAQ- OCH GPIB-kort Instrumentkommunikation

TFEI01 Föreläsningsanteckning. Mätdatainsamling med DAQ- OCH GPIB-kort Instrumentkommunikation TFEI01 Föreläsningsanteckning Mätning med datorer Mätdatainsamling med DAQ- OCH GPIB-kort Instrumentkommunikation c Lennart Båvall Datainsamling Data Acquisition (DAQ) DAQ-kort (Datainsamlingskort) GPIB