TFEI01 Föreläsningsanteckning Mätning med datorer Mätdatainsamling med DAQ- OCH GPIB-kort Instrumentkommunikation c Lennart Båvall
Datainsamling Data Acquisition (DAQ) DAQ-kort (Datainsamlingskort) GPIB (parallellbuss) RS232 (seriebuss) USB eller Ethernet VXI-instrument Mätprocessen/kedjan 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 Dator GPIB-instrum. DAQ (Mätkort) VXI-instrum. Avancerade instr. Enkla mätningar Insticksinstr. Dig. Osc. Kopplingslåda Kompakt-rack Voltm./Fkn. gen. Billigt Dyrt Snabbt Långsamt Snabbt
Mätkortets komponenter MUX P.A. SoH ADC R on R in C H U ref Analoga ingångar Dig. ingångar Analoga utg. Dig. utg. Multiplexer Prog. först. Kontrolllogik A/D Digital ingång D/A Digital utgång Snabb transferhårdvara Snabb transferhårdvara Lokal buss RAM ROM PC- Interf. CPU PC- bussen Blockschema över ett typiskt mätkort.
PC-MIO-16 Analoga/Digitala signaler PC-bussen MUX P.A. SoH ADC DAC Kristall (klocka) DC-DC-omvandlare Extern Trig Counters (räknare): frekvens, periodtid, totalräkning. Processor Lokal buss DAQ-kort 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
Single-Ended-anslutning (RSE) 16 kanaler ACH0 MUX:ar två Vs PGIA + _ AIGND ACH15 Till A/D ACH0 = Analog Input Channel 0. PGIA = Programmable Gain Instrumentation Amplifier. AIGND = Analog Input Ground. Differentiell anslutning 8 kanaler ACH0 MUX + Vs _ ACH7 Till A/D ACH8 MUX Vcm AIGND ACH15 De två jordsymbolerna och kan ha galvanisk kontakt, men kan också ha olika potential.
Upplösningen (resolution) bestäms av antalet bitar i A/D-omvandlaren. Vårt mätkort har 12 bitar, vilket ger relativa upplösningen 1/(2 12 1) 1/4095 0,00024 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. Vikningsdistorsion Adekvat samplat För få sampel/s Sampla med minst 10 gånger högsta förekommande signalfrekvensen
MÄTKEDJAN Givare, Transmitter (signalanpassning), Optisk fiberlänk (mätvärdesöverföring), Mätkort och Dator Pt100- givare U in optisk fiber U ut Transm 88000 spänn/ frekv optisk sänd optisk mottag frekv/ spänn Mätdator Transmitter Dekadresistans (Simulerad Pt-100) Transmitter + 15V + DVM Modell 88 000 _ 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). Simulera temperaturen 100 oc och skruva på SPAN-potentiometern, så att spänningen blir 5,00 V (20 ma).
Två givare för industriell temperaturmätning: Motståndstermometer Termoelement Motståndstermometer (Pt-100-givare) Kan användas från - 200 o C till + 850 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 = 3,90830. 10-3 o C -1 B= - 5,77500. 10-7 o C -2 t = temperaturen i o C Svagt olinjär Linjärisering kan ske hårdvarumässigt linjäriseringskretsar (förstärkare med en mot givaren motsatt olinjaritet) linjariseringsalgoritmer i mikroprocessor eller i en mätvärdesinsamlande dator.
Signalomvandlare Passiv transmitter strömtransmitter Resistans över vilken 4-20 ma spänningen mäts Pt-100 Transmitter Matningsspänning Strömförsörjning till elektroniken < 3 ma Överföring av mätvärdet 4-20 ma, två ledare Avbrottsindikering vidledningsbrott/kontaktfel. Aktiv transmitter spänningstransmitter Transmitter U ut V U DVM Pt-100 _ Jord Signalspänning + Matningsspänning Fyra ledningar 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.
Buss Omnibuss (för alla) GPIB General Purpose Interface Bus IEC-625-1 (1979) 625-2 1980 IEEE-488 (1975) modif. 1978 IEC IEEE 25 pol. Cannon D Philips, 24 pol. mikro-ribbon-kontakt HP, Rodhe Schwarz, Fluke, Numera samma kontakt Max antal instrument 15 st Max ledningslängd 20 m Max ledningslängd/instrument 2 m Signalledningar 16 st Adresseingsmöjligheter primärt 31 instr. Handskakningsledningar 3 Kontrolledningar 5 Dataledningar DIO 1-8
Parallell överföring Data-ledningar 8 bitar - 8 ledare Dator A Dator B Signaljord Kontroll-ledningar Korta avstånd < 20m, Snabb GPIB (General Purpose Interface Bus) HPIB (Hewlett Packard Interface Bus) (1975) IEEE-488 (1975, modifierad 1978) IEC-625-1 (1979), 625-2 (1980) Instrumenttillverkare: Fluke, Philips, HP, Rodhe- Schwartz, CAMAC Nukleära instrument Bit-parallell och Byte-seriell
Seriell överföring Data/Sändning Data/Mottagning Dator A Dator B Signaljord Kontrolledare Korta avstånd 1 + spänning, 0 - spänning Långa avstånd MOdulatorDEModulator (FSK, ASK, PSK) Överföringshastigheten bitar per sek (bps) RS-232 (Recommended Standard) RS-232C (Modifierad) V. 24. (Beteckning enl. CCITT) Bit-seriell och Byte-seriell
GPIB-nätverk (instrumentstyrning) Kontroller Listner Talker Talker/Listner Linjär Stjärnformig konfiguration konfiguration Kommunikation sker genom instrumentberoende och interfaceberoende meddelanden. Instrumentberoende meddelanden skickas som textsträngar. Adressnummer: Dipswitchar De flesta GPIB-kort stöds av flera programspråk: TurboPascal C++ Mat-LaB LabVIEW (Grafiskt programspråk)
GPIB_kort
Hur fungerar LabVIEW? Frontpanelen: kontroller och indikatorer Blockdiagrammet: Strukturer och funktioner 1 8 One point DAQikon
GPIB (från blockdiagrammet) GPIBikoner Paletterna Byte (antal tecken i utsträngen) Laborationsuppgift: Två GPIB-instrument A Fluke 1 kω 1 µf V Solartron
Mätdatorer - Historik (1978) ABC-80* Basic/ACII-aritm. 16kb/3MHz ABC-800* Basic/ACII-aritm. HP-85 Candela Compis Apple HP-Basic Basic Basic Pascal Eriksson PC Pascal Epson LEO 386/486 Turbo-Pascal Pascal/Mat-lab (2004) PC Mat-lab/LabVIEW 512 Mb 3,2 GHz Lab-top/DAQ-Pad Mat-lab/LabVIEW USB-port Parallell-port * Tillverkades av Luxor i Motala