Download - Číslicové měřicí přístroje
![Page 1: Číslicové měřicí přístroje](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022033008/56815a5a550346895dc78990/html5/thumbnails/1.jpg)
Číslicové měřicí přístroje
Střední odborná škola Otrokovice
www.zlinskedumy.cz
Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Miloš ZatloukalDostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR.
Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.
![Page 2: Číslicové měřicí přístroje](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022033008/56815a5a550346895dc78990/html5/thumbnails/2.jpg)
Charakteristika DUM 1
Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice
Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /3
Autor Ing. Miloš Zatloukal
Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-El-EM/3-EL-1/14 Název DUM Číslicové měřicí přístroje
Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání
Kód oboru RVP 26-51-H/01
Obor vzdělávání Elektrikář
Vyučovací předmět Elektrická měření
Druh učebního materiálu Výukový materiál
Cílová skupina Žák, 17 – 18 let
Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce učitelem, případně jako materiál pro samostudium, nutno doplnit výkladem; náplň: přehled základních číslicových měřicích přístrojů
Vybavení, pomůcky Dataprojektor
Klíčová slovaMěřicí přístroj, MP, AMP, ČMP, analogový, číslicový, bargraf, rozlišovací schopnost, citlivost, vstupní impedance, multimetr, Sample, Hold, teplota, frekvence, čítač, autokalibrace, autotesty
Datum 4. 2. 2013
![Page 3: Číslicové měřicí přístroje](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022033008/56815a5a550346895dc78990/html5/thumbnails/3.jpg)
Náplň výuky
- analogové měření a zobrazení
- číslicové měření a zobrazení
- základní parametry číslicových měřicích přístrojů
- příklad číslicového měřicích přístroje – multimetr
Číslicové měřicí přístroje
![Page 4: Číslicové měřicí přístroje](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022033008/56815a5a550346895dc78990/html5/thumbnails/4.jpg)
Číslicové měřicí přístroje
Použité zkratky:MP = měřicí přístrojAMP – analogový měřicí přístrojČMP – číslicový měřicí přístroj
Srovnání analogového a číslicového (měření a zobrazení)
Analogové měření - výsledek je ovlivněn základní chybou MP
(ta závisí na třídě přesnosti MP – značí se δTP
- Další chyby vznikají působením měřitele – pozorovatele – člověka
![Page 5: Číslicové měřicí přístroje](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022033008/56815a5a550346895dc78990/html5/thumbnails/5.jpg)
Analogové měření Jaké chyby může člověk při měření pomocí AMP udělat:- zvolí nesprávný rozsah – zbytečně velký (netýká se automatické volby rozsahu)- MP neumístí do správné polohy- odečítá chybně z číselníku na stupnici MP(pozoruje pod úhlem, domýšlí číselnou hodnotu mezi dílky, …)
Člověk převádí výchylku ukazatele na stupnici na číselný údaj (zastává tedy úlohu A/Č převodníku)
Výchylka MP při měření se mění plynule (spojitě) – nikoliv po skocích
Analogové zobrazení- mechanickým ukazatelem – ručkou- světelným ukazatelem – paprskem světla- LCD páskem z dílků – bargraf – u ČPM jako doplňující údajVýhodou analogového zobrazení je rychlá (přibližná) orientace o hodnotě a hlavně trendu měřené veličiny (roste, je konstantní, klesá) v čase
![Page 6: Číslicové měřicí přístroje](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022033008/56815a5a550346895dc78990/html5/thumbnails/6.jpg)
Číslicové měření - jde o přímou náhradu analogového měření- ČMP obsahuje A/Č převodník
K jakým chybám dochází při číslicovém měření ?- základní chyba vzniká při A/Č převodu (do jedné z N (N= 2n – 1) napěťových hladin je nutné umístit měřenou veličinu, přitom dojde k chybě zaokrouhlením hodnoty – kvantizací)n = počet bitů A/Č převodníku – čím více bitů – 8, 10, 12, 16 – tím více hladin a tedy menší chyba zaokrouhlení
- z chyb obsluhy zůstává při ruční volbě možnost nastavení nevhodného rozsahu(samotné přečtení čísla je bezchybné)
Výchylka MP při měření se mění po malých kvantech – skocích (nespojitě)
Číslicové (digitální) zobrazení – na zobrazovači – displeji- vícemístný sedmisegmentový zobrazovač s LED- vícemístný sedmisegmentový zobrazovač typu LCD(doplňující údaj – páskem z dílků – bargraf – u ČPM – nejčastěji u LCD)Výhodou číslicového zobrazení je rychlá (a přesná) orientace o ustálené hodnotě
![Page 7: Číslicové měřicí přístroje](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022033008/56815a5a550346895dc78990/html5/thumbnails/7.jpg)
Ukázka analogového a číslicového zobrazení
Obr. 1 Obr. 2
![Page 8: Číslicové měřicí přístroje](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022033008/56815a5a550346895dc78990/html5/thumbnails/8.jpg)
- počet míst číslicového zobrazovačeod 2 do 8, používá se i „půlté“ místo – jednička (např. 3,5 místný = max. zobrazená hodnota je 1999)souvisí s rozlišovací schopností a přesností ČMP
- rozlišovací schopnost (Resolution)nejmenší změna měřené veličiny, kterou přístroj zobrazí jako změnu o jedničku
- přesnost (Accuracy)je deklarována výrobcem pro různé veličiny, různé rozsahy a různá kmitočtová pásma
- citlivost (Sensitivity)nejmenší hodnota veličiny, kterou přístroj změří – na kterou reaguje, u stejnosměrného voltmetru jde o rozlišovací schopnost na nejnižším rozsahu
Základní parametry číslicových měřicích přístrojů
![Page 9: Číslicové měřicí přístroje](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022033008/56815a5a550346895dc78990/html5/thumbnails/9.jpg)
- vstupní impedancebývá 107 až 109 Ω pro stejnosměrná měření,106 paralelně s kapacitou asi 40 pF při měření střídavého napětíčím vyšší hodnota, tím menší zátěž měřeného obvodu
- měřicí rozsahy- typ měřené veličiny (U, I, R, C, f, T, …)- počet rozsahů (4 až 6)- hodnoty rozsahů- přepínání rozsahů (manuální, automatické)
Př. ČMP – měření stejnosměrného napětí – 5 rozsahů 200 mV, 2 V, 20 V, 200 V, 1000 V
- typ A/Č převodníku (např. integrační, aproximační, sigma – delta, …)
Základní parametry číslicových měřicích přístrojů – pokračování
![Page 10: Číslicové měřicí přístroje](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022033008/56815a5a550346895dc78990/html5/thumbnails/10.jpg)
- rychlost měřenípočet měření za sekundu, bývá od 1/s po 10 000/s- automatické funkce
- volba rozsahu- autokalibrace (aut. korekce analogových vstupních obvodů přístroje)- automatický diagnostický test (po zapnutí přístroje)
- časová stálost(jak dlouho výrobce zaručí deklarované parametry přístroje – základním je přesnost po kalibraci – 24 h, 3 měsíce, 1 rok)- programovatelnost
- schopnost přístroje umožnit propojení do automatizovaného měřicího systému
- souvisí úzce s jeho konektivitou – zda má rozhraní pro připojení PC nebo dalších měřicích přístrojů (RS 232C, IrDa, USB, LAN – Ethernet, GPIB – IEEE488)
Základní parametry číslicových měřicích přístrojů – pokračování
![Page 11: Číslicové měřicí přístroje](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022033008/56815a5a550346895dc78990/html5/thumbnails/11.jpg)
- jde o kombinovaný měřicí přístroj pro měření více veličin - alespoň tří (napětí U, proud I, odpor R), ale častěji i více- základní provedení
- ruční – kapesní – malý, odolný, pohotovostní přístroj určený pro časté přenášení, měření více veličin v jednom přístroji výhodné (např. nepotřebujeme 3 různé přístroje pro měření např. U, I, R)
- laboratorní – stolní – větší, s větším počtem míst na displeji a s vyšší přesností měření, není tak mobilní, není tak robustní konstrukce
Čím se multimetry od sebe liší?- provedením a měřenými veličinami- měřicími rozsahy a přesností měření- nabízenými funkcemi- odolností vůči vnějším vlivům- komfortem obsluhy- cenou
Multimetr
![Page 12: Číslicové měřicí přístroje](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022033008/56815a5a550346895dc78990/html5/thumbnails/12.jpg)
Multimetr měří obvykle tyto elektrické veličiny:- napětí – U [V]- proud – I [A]- odpor – R [Ω]
Další veličiny, které moderní multimetry měří:Kapacita – C [F] (kapacita kondenzátoru)Teplota – T [°C]Frekvence – f [Hz]střída pulzu [%]vodivost – G [S]indukčnost – L [H]
Multimetr – pokračování
![Page 13: Číslicové měřicí přístroje](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022033008/56815a5a550346895dc78990/html5/thumbnails/13.jpg)
Multimetr – blokové schéma
Obr. 3
![Page 14: Číslicové měřicí přístroje](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022033008/56815a5a550346895dc78990/html5/thumbnails/14.jpg)
Princip číslicového multimetru - měřený signál je převeden na napětí (platí pro jiné veličiny než napětí)- dále je zesílen elektronickým zesilovačem na požadovanou úroveň(naopak větší napětí je zmenšeno napěťovým děličem, střídavé je usměrněno)- následuje převod napětí na číslo v A/Č převodníku- zobrazení výsledku na číslicovém zobrazovači (displeji)
Řídicí obvody multimetru- jsou důležitou součástí multimetru - prošly vývojem, který dospěl k větší integraci a specializaci (od logických členů typu AND, OR apod. až k jednočipovým mikropočítačům)Specializací se rozumí skutečnost, že mikropočítačů je v multimetru obvykle několik – každý je zaměřen na určitou oblast činnosti.
Díky aplikaci mikropočítačů v multimetru jsou tyto přístroje vybaveny mnoha funkcemi, které činí práci s nimi komfortnější.
Multimetr – pokračování
![Page 15: Číslicové měřicí přístroje](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022033008/56815a5a550346895dc78990/html5/thumbnails/15.jpg)
Které funkce má multimetr díky zabudovaným jednočipovým mikropočítačům?- Automatická změna rozsahu (lze ji ale vypnout – přejít tak na ruční režim) (pro co nejpřesnější měření bez přetížení přístroje)- tlačítka SAMPLE a HOLD slouží k uchování poslední měřené hodnoty v paměti- ukládání měřené veličiny do paměti v nastaveném časovém intervalu s vyhodnocením min., max. a průměrné hodnoty- bargrafgrafické zobrazení naměřených hodnot jako sloupcový graf- tester vodivosti – signalizuje, (i zvukově), zda testované body vodivě spojeny- měření teploty (vyžaduje příslušný teplotní snímač)- měření frekvence a periody – čítač impulsů (menší rozsah asi do 100 – 200 kHz)- další automatické funkce (autokalibrace, autotesty, …)- programovatelnost (přenos naměřených dat, propojení s PC a jinými přístroji)
Multimetr – pokračování
![Page 16: Číslicové měřicí přístroje](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022033008/56815a5a550346895dc78990/html5/thumbnails/16.jpg)
Příklad stolního multimetru: Fluke 8846A – přesný laboratorní 6,5 místný multimetrPozn.: přesnost je vyjádřena chybou z naměřené hodnoty (z měření) a z rozsahu – vše v procentechMěří
- stejnosměrné napětíRozsahy: 100 mV až 1 000 VMax. rozlišení: 100 nVPřesnost: 0,0024 + 0,0005 (% z naměř. hodnoty + % z rozsahu)
- střídavé napětíRozsahy: 100 mV až 1 000 VMax. rozlišení: 100 nVPřesnost: 0,06 + 0,03 %Frekvence: 3 Hz až 300 kHz
- odporRozsahy: 10 Ω až 1 GΩMax. rozlišení: 10 µΩPřesnost: 0,010 + 0,001 %
Multimetr – pokračování
![Page 17: Číslicové měřicí přístroje](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022033008/56815a5a550346895dc78990/html5/thumbnails/17.jpg)
Dále měří- stejnosměrný proud
Rozsahy: 100 µA až 10 AMax. rozlišení: 100 pAPřesnost: 0,050 + 0,005 %
- střídavý proudRozsahy: 100 mA až 10 AMax. rozlišení: 100 pAPřesnost: 0,10 + 0,04 %Frekvence: 3 Hz až 10 kHz
- kapacita kondenzátoruRozsahy: 1 nF až 0,1 FMax. rozlišení: 1 pFPřesnost: 1 %
- frekvence (perioda) TeplotaRozsahy: 3 Hz až 1 MHz Rozsahy: -200 až +600 °CMax. rozlišení: 1 µHz Max. rozlišení: 0,01 °CPřesnost: 0,01 % Přesnost: 0,06 °C
Snímač: platinový
Multimetr Fluke 8846A – pokračování
![Page 18: Číslicové měřicí přístroje](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022033008/56815a5a550346895dc78990/html5/thumbnails/18.jpg)
Multimetr Fluke 8846A
Obr. 4
![Page 19: Číslicové měřicí přístroje](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022033008/56815a5a550346895dc78990/html5/thumbnails/19.jpg)
Kontrolní otázky
1. 6,5 místný číslicový voltmetr zobrazí na displeji 199 V takto:a) 199,0000 Vb) 199,000 Vc) 199,00 V
2. Na parametr počet měření za jednotku času (typicky za 1 sekundu) má vliv:a) Typ veličiny, kterou měříme (U, I, R)b) Provedení číslicového měřicího přístrojec) Typ A/Č převodníku v číslicovém měřicím přístroji použitý
3. Programovatelnost číslicového měřicího přístroje znamená:a) Možnost manuálního nastavení různých funkcíb) Možnost zapojit jej do automatizovaného měřicího řetězce (řízeného
např. počítačem)c) Možnost na něm spustit některý z programů
![Page 20: Číslicové měřicí přístroje](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022033008/56815a5a550346895dc78990/html5/thumbnails/20.jpg)
1. 6,5 místný číslicový voltmetr zobrazí na displeji 199 V takto:a) 199,0000 Vb) 199,000 Vc) 199,00 V
Kontrolní otázky – správné odpovědi – červeně
2. Na parametr počet měření za jednotku času (typicky za 1 sekundu) má vliv:a) Typ veličiny, kterou měříme (U, I, R)b) Provedení číslicového měřicího přístrojec) Typ A/Č převodníku v číslicovém měřicím přístroji použitý
3. Programovatelnost číslicového měřicího přístroje znamená:a) Možnost manuálního nastavení různých funkcíb) Možnost zapojit jej do automatizovaného měřicího řetězce (řízeného
např. počítačem)c) Možnost na něm spustit některý z programů
![Page 21: Číslicové měřicí přístroje](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022033008/56815a5a550346895dc78990/html5/thumbnails/21.jpg)
Seznam obrázků: Obr. 1: vlastní, foto, analogový panelový voltmetr střídavýObr. 2: vlastní, foto, číslicový klešťový ampérmetr-voltmetrObr. 3: vlastní, blokové schéma multimetruObr. 4: vlastní, foto stolního přesného multimetru Fluke 8846A
![Page 22: Číslicové měřicí přístroje](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022033008/56815a5a550346895dc78990/html5/thumbnails/22.jpg)
Seznam použité literatury:
[1] Vitejček, E.: Elektrické měření, SNTL, Praha, 1974
[2] Fiala, M., Vrožina, M., Hercik, J.: Elektrotechnická měření I, SNTL, Praha, 1986
![Page 23: Číslicové měřicí přístroje](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022033008/56815a5a550346895dc78990/html5/thumbnails/23.jpg)
Děkuji za pozornost