sveuČiliŠte u splitu pomorski fakultet u splitu...
TRANSCRIPT
SVEUČILIŠTE U SPLITU
POMORSKI FAKULTET U SPLITU
DIPLOMSKI RAD
MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
Nikša Škovrlj
Split, prosinac 2006.
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
ii
REPUBLIKA HRVATSKA
SVEUČILIŠTE U SPLITU
POMORSKI FAKULTET U SPLITU
ZAVOD: Za brodsku elektrotehniku, automatiku i komunikacije
STUPANJ: Stručni, dvogodišnji
KOLEGIJ: Brodska elektrotehnika
KANDIDAT: Nikša Škovrlj
TEMA: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU
SUSTAVA NI ELVIS
ZADANE TEZE:
1. Opisati sustav NI ELVIS
2. Mjeriti impedancije pojedinačnih trošila i serijskog RLC kruga
3. Pokazati vezu teorijskih vrijednosti s izmjerenima
4. Snimiti frekvencijsku karakteristiku zadanog serijskog RLC kruga
PREDSTOJNIK ZAVODA: MENTOR:
Doc. dr. sc. Radovan Antonić Mr. sc. Igor Vujović
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
iii
SAŽETAK:
U radu su opisani osnovni elementi i načelo rada edukacijskog laboratorijskog virtualnog
instrumenta (ELVIS). ELVIS se sastoji od radne stanice, prototip ploče, DAQ uređaja i
naprednog softvera. Izvršeno je mjerenje impedancije i frekvencijska analiza parametara u
serijskom RLC krugu. Svaki element kruga je pojedinačno analiziran. Mjerenja impedancije
su izvršena u frekvencijskom rasponu od 0 do 2000 Hz. Svi su dobiveni rezultati priloženi u
okviru rada. Također su svi rezultati prikazani tablično i matematički dokazani.
SUMMARY:
Basic elements and functioning principles of educational laboratory virtual instrumentation
suite (ELVIS) is described in this thesis. Parts of ELVIS are benchtop workstation,
prototyping board, DAQ device and sofisticated software. Measuring of impedance and
frequency analyis of series RLC circuit parametres has been performed. Each element of
circuit has been analyzed for itself. Measuring of impedance has been performed in frequency
range of 0 to 2000 Hz. All results have presented in the results chapter of the thesis. Also all
results have been presented by table and mathematicaly proved.
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
iv
SADRŽAJ:
1. Uvod 1
2. Pregled DAQ – sustava 2
2.1. Što je DAQ 2
2.2. DAQ hardware 3
2.3. LabVIEW 3
2.4. Virtualna instrumentacija 4
2.5. NI ELVIS pregled 4
3. NI ELVIS pregled 5
3.1. NI ELVIS hardver 6
2.2. NI ELVIS softver 6
4. Pregled hardvera 11
4.1. DAQ hardver 11
4.2. Spajanje signala 19
5. Mjerenje impedancije u serijskom RLC
krugu s pomoću NI ELVIS – a 22
6. Zaključak 37
7. Literatura 38
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
1
1. UVOD
NI1 ELVIS se sastoji od dvije osnovne komponente, a to su hardver i softver. U hardverski
dio spadaju radna stanica s pripadajućom prototip pločom, DAQ uređaj te kompjuterska
konfiguracija pomoću koje se prikazuju rezultati mjerenja. Softverski dio se sastoji od
programa za pokretanje i rad NI ELVIS-a . Da se pokrene NI ELVIS potrebno je prvo ugraditi
pripadajući DAQ uređaj na matričnu ploču, zatim instalirati program koji podržava rad DAQ
uređaja (NI DAQ-mx) te LabVIEW i konačno NI ELVIS softverski CD koji omogućavaju rad
ELVIS-a. Prilikom instalacije programa dobivenih od proizvođača trebalo je skidati neke
programe s Interneta kao što je LabVIEW 8.2 koji je naprednija verzija od dobivene uz
uređaj.
LabVIEW softver koji se koristi za interakciju s NI ELVIS radnom stanicom i DAQ
uređajem osigurava visoki nivo programske okoline za jednostavnu primjenu sofisticiranog
zaslona i analiziranja kapaciteta zaduženih za virtualnu instrumentaciju, a mogu se koristiti i
drugi programi u tu svrhu.
NI ELVIS može se koristiti u strojarstvu, fizici, biološkim znanstvenim laboratorijima, itd. NI
ELVIS je pogodan za korištenje u znanosti ne samo zbog ugrađenog softvera, već i zbog
oblikovanja signala s pomoću NI ELVIS hardvera. S pomoću NI ELVIS-a moguće je
obavljati većinu laboratorijskih vježbi bez upotrebe stvarnih instrumenata, što omogućava
jednostavnost izvršenja danih zadataka.
NI ELVIS je pogodan za podučavanje osnovnih elektroničkih sklopova u električnoj,
mehaničkoj i biomedicinskoj tehnici. Prednosti NI ELVIS-a su mogućnosti testiranja,
mjerenja i kapacitet čuvanja podataka potrebnih za ovakvo obučavanje. NI ELVIS
instrumenti, kao analizatori, nude instruktorima mogućnost podučavanja naprednih tečajeva u
analiziranju i procesuiranju podataka. U ovom radu su kroz prva tri poglavlja opisane osnovne
postavke i način rada ovog instrumenta. U prvom poglavlju je opisan pregled DAQ2 sustava
sa svim svojim elementima kao što su DAQ hardver i softver itd. U drugom i trećem
poglavlju opisan je pregled NI ELVIS-a kao i detaljni pregled DAQ hardvera. U četvrtom i
zadnjem poglavlju su prikazani rezultati mjerenja impedancije u serijskom RLC krugu te
uspoređeni s izmjerenim. Mjerenja su izvršena pri različitim vrijednostima frekvencije te svi
rezultati prikazani tablično i grafički.
1 National Instruments corp., http://www.ni.com
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
2
2. PREGLED DAQ – SUSTAVA
2.1. ŠTO JE DAQ ?
DAQ (postupak skupljanja podataka i njihove pretvorbe u strojno obradive signale) sustav
podrazumijeva mjerenje prirodnih pojava. Svijetlo, temperatura, tlak i sila su primjeri
različitih tipova signala koje DAQ sustav može mjeriti. DAQ je proces sakupljanja i mjerenja
električnih signala s pretvarača, te njihovo slanje i upisivanje u kompjuter za obradu. DAQ
može također uključivati i izlaze iz analognih ili digitalnih kontrolnih signala.
Osnovni dijelovi DAQ sustava uključuju sljedeće stavke:
• Pretvornik – uređaj koji pretvara fizikalne fenomene, kao npr. svijetlo, temperaturu,
tlak ili zvuk, u mjerljiv električni signal kao što su npr. napon ili struja.
• Kondicioniranje signala - hardver koji se može spojiti s DAQ uređajem da se signal
pretvori u oblik pogodan za mjerenje, poboljšanje točnosti ili smanjenje buke. U
većini slučajeva kondicioniranje signala uključuje pojačanje, pobuđivanje,
linearizaciju, izolaciju i filtriranje.
• DAQ hardver – hardver koji se koristi za mjerenje, analiziranje i potvrđivanje
podataka.
• Softver - NI aplikacijski softver je dizajniran da omogući lakše kreiranje i
programiranje aplikacija za mjerenje i kontroliranje.
2 Engl. Data acquisition
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
3
Slika 2.1. Standardni DAQ sustav
NI ELVIS ujedinjuje DAQ hardver i softver, dvije komponente DAQ sustava, u jedan
proizvod.
2.2. DAQ HARDVER
Kako DAQ uređaji koriste električne signale, pretvornici ili senzori moraju pretvarati neke
fizikalne pojave u električni signal. DAQ sustav može također proizvesti električni signal.
Tim signalima može se inteligentno upravljati mehaničkim sustavima ili osigurati pobudu za
mjerenje odziva s pomoću DAQ uređaja. Većina DAQ uređaja sadrži četiri osnovna elementa:
analogni ulaz (AI), analogni izlaz (AO), digitalni ulaz / izlaz (DIO) i brojčanik vremena.
2.3. LabVIEW
LabVIEW je grafički programski jezik, koji se uglavnom koristi za kreiranje testova, mjerenje
i automatske aplikacije. LabVIEW koristi ikone umjesto linija teksta za stvaranje aplikacija.
Za razliku od programa baziranog na tekstu, LabVIEW koristi programiranje na temelju tijeka
podataka, gdje tijek podataka određuje izvršenje. U LabVIEW-u gradi se korisnički vezni
sklop koristeći setove alata i objekata. Korisnički vezni sklop je poznat kao zaslon. Tada se
dodaje kod koristeći se grafičkim prikazivanjem funkcija za kontrolu objekata na zaslonu.
Blok dijagram sadrži taj kod. U nekim slučajevima blok dijagram sliči dijagramu toka.
Virtualni instrument (VI) je LabVIEW program koji modelira fizički izgled i funkcije
stvarnih instrumenata.
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
4
Fleksibilnost, jednostavnost modela i korištenje programskih mogućnosti s LabVIEW-om
čini ga traženim u vrhunskim fakultetskim laboratorijima. S LabVIEW-om može se brzo
kreirati aplikacije koristeći intuitivno grafičko razvijanje te dodajući vezni sklop trošila za
interaktivnu kontrolu. Znanstvenici i inženjeri mogu koristiti jednostavnost I/O
funkcionalnosti LabVIEW-a kroz analiziranje djelovanja.
LabVIEW se također može koristiti u učionicama za rješavanje čisto analitičkih i numeričkih
zadataka.
2.4. VIRTUALNA INSTRUMENTACIJA
Virtualna instrumentacija se definirana kao kombinacija mjernog i kontrolnog hardvera i
aplikacijskog softvera s industrijski standardiziranim kompjuterskim tehnologijama za
kreiranje korisničkih instrumentiziranih sustava.
Virtualna instrumentacija omogućava idealnu podlogu za razvijanje odgojno nastavnog plana
i provođenje znanstvenih istraživanja. Na tečajevima obrazovnih laboratorija, studenti izvode
različite eksperimente kombinirajući mjerenje, automatizaciju i kontrolu. Alati i sustavi
korišteni u ovim situacijama su fleksibilni i prilagodljivi. U istraživanjima okruženja virtualna
instrumentacija omogućava fleksibilnost koju istraživač mora imati da bi mijenjao sustav pred
nepredviđenim potrebama. Istraživanje i obrazovanje zahtjeva također ekonomičnost
programa.
Da bi se komponente sustava virtualne instrumentacije mogle ponovno koristiti (bez kupovine
dodatnog hardvera ili softvera), virtualna instrumentacija je ekonomičan izbor. Nadalje,
sustavi mjerenja moraju biti fleksibilni kako bi se susreli s budućim proširenjem potreba.
Jednostavnost modela virtualne instrumentacije omogućava jednostavno dodavanje novih
funkcija.
2.5. NI ELVIS PREGLED
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
5
NI ELVIS hardver osigurava funkcijski generator i promjenjivi izvor napajanja na radnoj
stanici. NI ELVIS LabVIEW SFP3 u kombinaciji s funkcionalnošću DAQ uređaja osigurava
rad sljedećih SFP instrumenata:
• Generator proizvoljnog valnog oblika
• Analizator frekvencije
• Digitalni sabirni čitač
• Digitalni sabirni pisač
• Digitalni multimetar (DMM)
• Analizator promjenjivosti signala (DSA)
• Funkcijski generator (FGEN)
• Analizator impedancije
• Osciloskop
3. NI ELVIS PREGLED
NI ELVIS povezuje hardver i softver u jedan kompletan laboratorijski niz. Ovo poglavlje
omogućava pregled komponenata hardvera i softvera NI ELVIS-a, te otkriva kako ga
koristiti u različitim radnim okruženjima.
3 Engl. Soft front panel (prednja ploča zaslona s pripadajućim virtualnim instrumentima)
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
6
Slika 3.1. NI ELVIS sustav
1. Kompjutersko pokretanje LabVIEW-a 4. NI ELVIS prototip ploča
2. DAQ uređaj 5. NI ELVIS radna ploča
3. 68-pin E/M serijski kabel
3.1. NI ELVIS HARDWARE
3.1.1. NI ELVIS RADNA STANICA
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
7
Zajedno, radna stanica i DAQ uređaj, stvaraju kompletan laboratorijski sustav. Radna stanica
omogućava povezanost i funkcionalnost. Kontrolna ploča radne stanice omogućava
jednostavno korištenje upravljačkih dugmadi funkcijskog generatora i promjenjivog izvora
napajanja te osigurava povezanost u formi BNC jednopolnih povezivača NI ELVIS –
osciloskop SFP i NI ELVIS – DMM SFP ( digitalni multimetar ).
NI ELVIS softver upućuje signale u NI ELVIS radnu stanicu između SFP instrumenata. Npr.
može se uputiti izlazni signal funkcijskog generatora prema određenom kanalu DAQ uređaja
i konačno zatražiti podatke na željenom kanalu osciloskopa. Radna stanica također sadrži
zaštitnu ploču da zaštiti DAQ uređaj od mogućih šteta nastalih eventualnim laboratorijskim
pogreškama.
3.1.2. NI ELVIS PROTOTIP PLOČA
Prototip ploča se spaja s radnom stanicom. Ona omogućava prostor za građenje
elektroničkog sklopa te dopušta spajanje potrebno za pristup signala za opću primjenu. Može
se koristiti sustav prototipa ploče zamjenjivog s NI ELVIS radnom stanicom.
3.2. NI ELVIS SOFTWARE
NI ELVIS softver, kreiran u LabVIEW-u, sadrži prednosti virtualne instrumentacije. Softver
uključuje SFP uređaje i LabVIEW za programiranje NI ELVIS hardvera.
3.2.1. SFP UREĐAJI
NI ELVIS je opremljen sa SFP uređajima, kreiranim u LabVIEW-u i izvornim kodom
instrumenta. Izravno se ne može izmijeniti izvršne datoteke, ali se može povećati
funkcionalnost ovih instrumenata izmjenjujući LabVIEW kod. Ovi instrumenti su virtualni
instrumenti (VIS).
TRAKE ZA POKRETANJE INSTRUMENATA
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
8
NI ELVIS uređaj za pokretanje instrumenata omogućuje pristup NI ELVIS softver uređajima.
Uređaj se pokreće pritiskom na tipku koja odgovara traženom instrumentu. Ako je NI ELVIS
softver ispravno konfiguriran i radna stanica odgovarajuće spojena na DAQ uređaj, sve tipke
bi trebale biti spremne za rad.
Ako postoji problem s konfiguracijom, kao npr. kada je NI ELVIS radna stanica isključena s
DAQ kartice, sve tipke instrumenta su nedostupne, a dostupna opcija je pritisak na
«configure» dugme. Neki instrumenti obavljaju istovremeno operacije koristeći izvore NI
ELVIS hardvera i DAQ uređaja te stoga ne mogu izvoditi program istovremeno. Ako se dva
instrumenta pokreću s preklapajuće funkcije, one se ne mogu izvršiti u isto vrijeme te će NI
ELVIS softver dijagnosticirati kvar opisujući smetnju (konflikt). Instrument s kvarom je
onesposobljen i neće funkcionirati dok se smetnja ne otkloni.
GENERATOR PROIZVOLJNOG VALNOG OBLIKA
Ovaj napredni stupanj SFP instrumenta koristi AO (analog output) kapacitet NI ELVIS-a
(DAC 0 i DAC 1). Također se mogu kreirati različiti tipovi signala koristeći editor za
proizvodnju valnog oblika koji je uključen u NI ELVIS softver.
Kako tipični DAQ uređaj ima dva analogna izlaza, mogu se istovremeno proizvesti dva valna
oblika. Može se birati neprestani izlazni signal ili pojedinačni izlazni signal. Maksimalna
veličina izlaznog signala generatora određena je maksimalnom mjerom nadopune (obnove)
DAQ uređaja povezanog s NI ELVIS hardverom.
ANALIZATOR FREKVENCIJE
Kombinirajući frekvenciju vremenske baze funkcijskog generatora i AI4 kapaciteta DAQ
uređaja, analizator frekvencije je potpuno funkcionalno raspoloživ s NI ELVIS-om. Može se
vidjeti frekvencijsko područje instrumenta u linearnom i logaritamskom prikazu.
DIGITALNI SABIRNI ČITAČ
4 Engl. Analog input (analogni ulaz)
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
9
Ovaj instrument očitava digitalne podatke s NI ELVIS ulazne digitalne sabirnice DI5. Oba
se mogu kontinuirano očitavati sa sabirnice ili se mogu pojedinačno očitavati.
DIGITALNI SABIRNI PISAČ
Ovaj instrument obnavlja (nadopunjuje) NI ELVIS digitalni sabirni izlazni signal DO6 s
određenog korisnika digitalnog uzorka (oblika, dijagrama zračenja). Ručno se može izrađivati
oblik ili izabrati određene oblike kao npr. linearni porast signala. Ovaj instrument može
kontinuirano zapisivati oblik izlaznog signala ili samo izvršiti zapis određenog dijela izlaznog
signala. Izlazni signal digitalnog sabirnog pisača ostaje zakočen sve dok se instrument ne
ugasi ili pojavi drugi oblik izlaznog signala. Razine napona izlaznog signala NI ELVIS DO
sabirnice su TTL kompatibilne.
DIGITALNI MULTIMETAR (DMM)
Ovaj opće korišteni instrument može izvršiti mjerenja:
• istosmjernog i izmjeničnog napona,
• istosmjerne i izmjenične struje,
• otpora,
• kapaciteta,
• induktiviteta.
DMM se može spojiti s NI ELVIS prototipom ploče ili s pomoću kratkospojnice s pločom
radne stanice.
ANALIZATOR PROMJENJIVOSTI SIGNALA
5 Engl. Digital input (digitalni ulaz)6 Engl. Digital output (digitalni izlaz)
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
10
Ovaj instrument koristi analogni ulazni signal DAQ uređaja za obavljanje mjerenja te može
kontinuirano obavljati mjerenja ili ih pojedinačno pretraživati. Također, mogu se primijeniti
brojna filtriranja signala.
FUNKCIJSKI GENERATOR ( FGEN)
Ovaj instrument osigurava mogućnost biranja izlaznog signala valnog oblika (pravokutan,
trokutasti, sinusoidalni), selekciju (izbor) amplitude i postavke frekvencije. Instrument nudi
DC postavke regulacijskog odstupanja, frekvencije vremenske baze, amplitudnu i
frekvencijsku modulaciju.
ANALIZATOR IMPEDANCIJE
Ovaj instrument je osnovni analizator impedancije koji mjeri otpor i reaktanciju za pasivne
dvopole na zadanoj frekvenciji.
OSCILOSKOP
NI ELVIS osciloskop SFP ima dva kanala i osigurava skaliranje i položaj ugađanja
(namještanja) dugmadi zajedno s promjenjivom vremenskom bazom. Također može se
izabrati izvor okidnog signala i način postavki. Ovisno o DAQ uređaju spojenom na NI
ELVIS hardver, može se birati između digitalnog ili analognog okidanja. NI ELVIS
osciloskop SFP može se spojiti preko prototipa ploče ili preko BNC konektora sa zaslona
radne stanice.
FGEN ili DMM signali mogu biti interno usmjereni prema ovom instrumentu. Uzimanje
uzorka osciloskopa određeno je maksimumom brzine uzimanja uzorka DAQ uređaja
instaliranog u kompjuter.
DVOŽIČNI I TROŽIČNI STRUJNO-NAPONSKI ANALIZATORI
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
11
Ovi instrumenti omogućuju spajanje dioda i tranzistora, provjeravanje njihovih parametara te
pregled naponsko-strujnih karakteristika. Dvožični instrument nudi punu fleksibilnost u
postavljanju parametra, kao npr. napona i opsega struje te može računati podatke na datoteci.
Trožični instrument nudi osnovne postavke struje za mjerenje na NPN tranzistorima. Oba
instrumenta imaju kursore za veću točnost mjerenja.
PROMJENJIVI IZVORI NAPAJANJA
S ovim SFP uređajima može se kontrolirati pozitivni ili negativni izlazni signal promjenjivog
izvora napajanja. Negativni izvor napajanja izlaznog signala može biti između -12 i O [V], a
pozitivni izvor napajanja izlaznog signala može biti između 0 i +12 [V].
MOGUĆNOST KALIBRIRANJA NI ELVIS-a
NI ELVIS 2.0 ili kasniji software uključuju mogućnost rekalibracije funkcijskog generatora i
promjenjivih izvora napajanja.
4. PREGLED HARDVERA
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
12
u ovom poglavlju opisuju se komponente hardvera NI ELVIS-a, uključujući DAQ uređaj,
radnu stanicu i prototip ploču.
4.1. DAQ HARDVER
NI ELVIS je dizajniran za interakciju s NI DAQ uređajima, koji su jako visokih performansi,
multifunkcionalno analogni, digitalni i vremenski usklađivani I/O uređaji. Funkcije koje
podržava DAQ uključuju AI, AO, DIO i vremensko usklađivanje I/O (TIO).
Za korištenje NI ELVIS-a, DAQ uređaji instalirani u kompjuter, spojeni s hardverom moraju
udovoljiti minimumu sljedećih potraživanja:
• 16 analognih ulaznih kanala,
• dva analogna izlazna kanala,
• osam digitalnih ulazno-izlaznih prijenosnih linija,
• dva brojčanika vremena.
4.1.1. KORIŠTENJE DAQ HARDVERA U PREMOSNOM MODU
Komunikacija između NI ELVIS-a i kompjutera odvija se preko osam DIO prijenosnih linija
DAQ uređaja. Komunikacijski prekidač kontrolira usmjeravanje DIO linija u kompjuter. Pri
izvođenju normalnih operacija prekidač je u normalnom modu (načinu rasprostiranja valova) i
DIO linije su usmjerene u NI ELVIS hardver, omogućujući kontrolu softvera. Kada je
prekidač postavljen u bypass (premošćenom) modu svjetlo s LED diode pored prekidača je
upaljeno. Ne postoji mogućnost promjene komunikacije dok se ne upotrijebi NI ELVIS-
Enable Communications Bypass VI (ovlašteni komunikacijski premosnik), istovremeno
prebacujući prekidač u premosni mod. Nakon što se prekidač prebaci i pokrene
komunikacijski premosnik DIO, linije su usmjerene na DI linije na prototipnoj ploči. Kada se
komunikacijski prekidač nalazi u premosnom modu funkcijski generator i promjenjivi izvori
napajanja su dostupni preko ručne kontrole. Brojači AI i AO s DAQ uređaja dostupni su
također. SFP instrumenti upozoravaju kada je komunikacijski prekidač u premosnom modu.
4.1.2. NI ELVIS RADNA STANICA
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
13
Slika 4.1. Dijagram upravljačke podloge na radnoj stanici
Upravljačka podloga sastoji se od:
• Sustava uključivanja LED (na slici označeno s brojem 1)
• Prekidača uključivanja prototipne ploče (na slici označeno s brojem 2)
• Komunikacijskog prekidača (na slici označeno s brojem 3)
• Upravljanja promjenjivim izvorima napajanja (na slici označeno s brojem 4)
• Upravljačke funkcije generatora (na slici označeno s brojem 5)
• Konektora DMM (na slici označeno s brojem 6)
• Konektora osciloskopa (na slici označeno s brojem 7)
Radna stanica sadrži sljedeće kontrole i indikatore:
• Sustav uključivanja LED - pokazuje kada je NI ELVIS uključen.
• Prekidač uključivanja prototipne ploče - kontrolira napajanje na prototip ploči.
• Komunikacijski prekidač - omogućava rad uređaja u normalnom ili premosnom modu.
Postavljanje omogućava direktan pristup DAQ uređaju DIO linija.
• Upravljanje promjenjivim izvorima napajanja.
Upravljati promjenjivim izvorima napajanja može se preko upravljanja hardverom na radnoj
ploči (ručni način rada) ili upravljanjem preko NI ELVIS SFP promjenjivih izvora napajanja
(softverski mod). Upravljanja opisana u sljedećim dijelovima mogu se koristiti kada su
promjenjivi izvori napajanja u ručnom modu.
Upravljanje negativnog napajanja :
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
14
• Ručni prekidač - upravlja uvijek kada je negativan izvor u ručnom modu ili softver
modu.
• Dugme reguliranja napona - upravlja izlaznim signalom negativnog izvora. Negativan
izvor izlaznog signala može biti između –12 i O [V].
Upravljanje pozitivnog napajanja :
• Ručni prekidač - upravlja uvijek kada je pozitivan izvor u ručnom modu ili softver
modu.
• Dugme reguliranja napona - upravlja izlaznim signalom pozitivnog izvora. Pozitivan
izvor izlaznog signala može biti između O i +12 [V].
Upravljanje funkcijskim generatorom
Upravljati funkcijskim generatorom može se preko dugmadi i prekidača na prednjoj ploči
radne stanice (ručni mod) ili preko NI ELVIS – SFP funkcijskog generatora (softver mod).
Upravljanja opisana u sljedećim dijelovima mogu se koristiti kada je funkcijski generator u
ručnom modu.
• Ručni prekidač – prebacuje funkcijski generator iz ručnog u softver mod ili obrnuto.
• Izbornik funkcije – odabire koji je tip valnog oblika generiran.
NI ELVIS može proizvesti sinusni, trokutasti i pravokutni valni oblik.
• Amplitudno dugme - pokazuje visinu amplitude proizvedenog valnog oblika.
• Frekvencijsko dugme - postavlja frekvencijsko područje koje funkcijski generator
može proizvesti.
• Dugme za precizno ugađanje frekvencije – obavlja finu regulaciju frekvencije
izlaznog signala funkcijskog generatora.
DMM spojnici
Spajajući različite signale na DMM terminale na prototipu ploče i na DMM spojnike na
upravljačkoj ploči radne stanice, spajaju se ukratko, što može dovesti do oštećenja kruga na
prototipu ploče.
Strujna jednopolna utičnica
HI - pozitivan ulaz za sve DMM funkcije, osim mjerenja napona
LO - negativni ulaz za sve DMM funkcije, osim mjerenja napona.
Naponska jednopolna utičnica
HI- pozitivan ulaz za naponska mjerenja.
LO- negativan ulaz za naponska mjerenja.
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
15
Spojnici osciloskopa
Spajajući različite signale na terminale osciloskopa na prototipu ploče i na spojnike na
upravljačkoj ploči radne stanice, jednako kao i kod DMM–a, moguće je oštećenje kruga na
prototipu ploče zbog njihovog kratkospojnog spajanja.
• CH A BNC (jednopolna utičnica za kanal A) - ulaz kanala A osciloskopa.
• CH B BNC (jednopolna utičnica za kanal B) - ulaz kanala B osiloskopa.
• Okidač BNC (jednopolna utičnica okidnog sklopa) - ulaz preklopnika osciloskopa.
4.1.3. NI ELVIS ZAŠTITNA PLOČA
NI ELVIS štiti DAQ uređaj instaliran u radnom kompjuteru s pomoću zaštitne ploče
smještene unutar NI ELVIS radne stanice. Ova zamjenjiva zaštitna ploča omogućava
kratkospojnu zaštitu od stranih vanjskih signala. Pomicanjem pokretne ploče omogućava se
brza zamjena dijela koji nije u funkciji sa zamjenskom jedinicom. Komponente na zaštitnoj
ploči mogu se nabaviti kod prodavača elektroničke opreme te se stoga može servisirati
zaštitna ploča bez slanja na popravak.
4.1.4. NI ELVIS PROTOTIP PLOČA
U ovom dijelu opisuje se NI ELVIS prototip ploča i kako je koristiti za spajanje sklopova
preko NI ELVIS-a. Također će se opisati i signali koji se mogu spojiti na NI ELVIS s
prototip ploče te spojnike koje se može koristiti za spajanje. Prototip ploča se spaja s radnom
stanicom sa standardnim PCI spojnikom, tako da se može kreirati korisničke krugove za
interakciju s NI ELVIS-om. Prototip ploča šalje sve signale terminalima (krajnjim uređajima)
NI ELVIS-a za korištenje kroz distributere na obje strane područja ispitne ploče. Svaki signal
ima svoj red, a redovi su grupirani prema funkcijama.
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
16
1. AI, osciloskop, i programabilna funkcija I/O signalni redovi.
2. DIO signalni redovi
3. Redovi LED dioda
4. D-SUB spojnik
5. Brojač/ vremena, korisnik- oblikovanje I/O, i DC izvori napajanja signalnih redova.
6. DMM, AO, funkcijski generator, korisnik-oblikovanje I/O, promjenjivi izvor napajanja i DC izvori
napajanja signalnih redova.
7. Napajanja LED dioda
8. BNC spojnici
9. Jednopolna utičnica
Slika 4.2. Prototip ploča radne stanice
NAPAJANJE PROTOTIP PLOČE
Prototip ploča pruža napone napajanja od -15 do +15 [V]. Ovi rasponi napona mogu se
koristiti za izgradnju mnogih zajedničkih sklopova.
ZNAČENJE SIGNALA S PROTOTIPA PLOČE
Tablica 4-1 opisuje signale na NI ELVIS prototip ploči. Signali su grupirani prema sekcijama
funkcionalnosti, gdje su locirani na prototip ploči.
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
17
Tablica 4.1. Značenje signala
IME SIGNALA TIP OPIS
ACH<0..5>+ OPĆENITO AI Kanali analognog ulaznog signala od 0 do 5
(+) - pozitivan diferencijalni ulazni signal
prema AI kanalima.
ACH<0..5>- OPĆENITO AI Kanali analognog ulaznog signala od 0 do 5
(-) - negativan diferencijalni ulazni signal
prema AI kanalima.
AI SENSE OPĆENITO AI Analogni ulazni osjet - referenca za
analogne kanale u neporedbenom
nesimetričnom (NRSE) modu.
AI GND OPĆENITO AI Temeljni analogni ulazni signal
(uzemljenje) referenca temeljnog AI za
DAQ uređaj.
CH<A..B>+ OSCILOSKOP Kanali osciloskopa A i B (+) - pozitivni
ulazni signal za kanale osciloskopa.
CH<A..B>- OSCILOSKOP Kanali osciloskopa A i B (-) - negativni
ulazni signal za kanale osciloskopa.
TRIGGER OSCILOSKOP Okidni signal osciloskopa - okidni signal
ulaznog signala za osciloskop, poredben za
AI GND.
PFI<1..2>PFI <5..7> PROGR. FUNKC. I/O Ulazni signal programibilne funkcije (PFI)
od 1 do 2 i od 5 do 7- programabilne
funkcije I/O DAQ uređaje.
SCANCLK PROGR. FUNKC. I/O Pin 46 spojen na pin pretraživača CLIC.
RESERVED PROGR. FUNKC. I/O Pin 45 spojen s EXTSTORBE pinom serije
E DAQ uređaja ili PFI 10 serije uređaja.
3- WIRE DMM Izvor trožičnog napona za DMM za
mjerenja na tranzistorima.
CURRENT HI DMM Pozitivan ulazni signal za DMM za sva
mjerenja osim mjerenja napona.
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
18
CURENT LO DMM Negativan ulazni signal za DMM za
mjerenja osim mjerenja napona.
VOLTAGE HI DMM Pozitivni napon – pozitivan ulaz za DMM
voltmetar.
VOLTAGE LO DMM Negativni napon – negativni ulaz za DMM
voltmetar.
DAC<0..1> ANALOGNI IZLAZI Analogni izlaz za kanale 0 i 1 – izlazi
pojačala DAQ uređaja.
FUNC_OUT FUNKCIJSKI
GENERATOR
Izlaz iz funkcijskog generatora.
SYNC_OUT FUNKCIJSKI
GENERATOR
Sinkronizirani izlaz – TTL signal iste
frekvencije kao izlaz funkcijskog
generatora.
AM_IN FUNKCIJSKI
GENERATOR
Ulaz amplitudne modulacije – ulaz u
amplitudni modulator funkcijskog
generatora.
FM_IN FUNKCIJSKI
GENERATOR
Ulaz frekvencijske modulacije – ulaz
frekvencijskog modulatora funkcijskog
generatora.
BANANA<A..D> KORISNIČKI
KONFIGUIRANI I/O
Jednopolna utičnica od A do D – spojnici s
jednopolnom utičnicom.
BNC<1..2>+ KORISNIČKI
KONFIGUIRANI I/O
BNC spojnici 1 i 2 (+) – spojnici s BNC
pinom.
BNC<1..2>- KORISNIČKI
KONFIGUIRANI I/O
BNC spojnici 1 i 2 (-) – spojnici s BNC
pinom.
SUPPLY + PROMJENJIVI
IZVORI NAPAJANJA
Pozitivni izlazni napon od 0 do 12 [V].
GROUND PROMJENJIVI
IZVORI NAPAJANJA
Uzemljenje - uzemljenje prototipa ploče.
SUPPLY - PROMJENJIVI
IZVORI NAPAJANJA
Negativni izlazni napon od – 12 do 0 [V].
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
19
+ 15 V ISTOSMJERNI
IZVORI NAPAJANJA
Izvor istosmjernog napona
+15 [V] prema referentnom ground signalu.
- 15 V ISTOSMJERNI
IZVORI NAPAJANJA
Izvor istosmjernog napona
- 15 [V] prema referentnom ground signalu.
+ 5 V ISTOSMJERNI
IZVORI NAPAJANJA
Izvor istosmjernog napona
+5 [V] prema referentnom ground signalu.
DO<0..7> DIO Digitalne izlazne linije od 0 do 7 – izlaz
sabirnice pisača.
WR ENABLE DIO Pokretanje pisača.
LATCH DIO Sklop za pohranjivanje podataka – aktivan
mali signal koji signalizira kada su podaci
spremni na DO<0..7>.
GLB RESET DIO Resetiranje – aktivni mali signal koji se
koristi za resetiranje svih postavki NI
ELVIS-a.
RD ENABLE DIO Aktivni mali signal koji pokazuje da su
podaci pročitani s DI<0..7>.
DI<0..7> DIO Digitalne ulazne linije od 0 do 7 – ulazni
signal za sabirnicu čitača.
ADDRESS<0..3> DIO Adresa linija od 0 do 3.
CTR0_SOURCE BROJAČI Brojač nultog izvora.
CTR0_GATE BROJAČI Brojač nultih vrata.
CTR0_OUT BROJAČI Brojač nultog izlaza.
CTR1_GATE BROJAČI Brojač jedinica vrata.
CTR1_OUT BROJAČI Brojač jedinica izlaza.
FREQ_OUT BROJAČI Pin 1 – spojen s FREQ_OUT pinom na
DAQ uređaju.
LED<0..7> KORISNIČKI
KONFIGUIRANI I/O
LED – ulazi za LED diode.
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
20
4.2 SPAJANJE SIGNALA
Ovaj dio daje informacije o mogućnostima spajanja signala između NI ELVIS-a i DAQ
uređaja.
4.2.1. VAŽNOST UZEMLJENJA
Budući da su analogni signali diferencijalni točka uzemljenja mora se postaviti negdje u
putanji signala. Sve dok je signal koji se mjeri referentan s jednim od pinova NI ELVIS
uzemljenja mjerenje je ispravno. Ako se mjeri izolirani izvor, kao npr. Baterija, jedan kraj
signala treba biti spojen s NI ELVIS uzemljenjem. Terminali za signale NI ELVIS uzemljenja
smješteni su na nekoliko lokacija na prototip ploči. Svi ovi signali spojeni su zajedno.
4.2.2. SPAJANJE ANALOGNIH ULAZNIH SIGNALA
NI ELVIS prototip ploča ima šest različitih raspoloživih AI kanala - ACH<0..5>. Ovi ulazni
signali direktno su povezani s ulaznim kanalima DAQ uređaja. NI ELVIS također ima dva
pina uzemljenja AI SENSE i AI GND koji su spojeni s DAQ uređajem. Tablica 4-2 prikazuje
kako su ulazni kanali NI ELVISA raspoređeni prema ulaznim kanalima DAQ uređaja.
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
21
Tablica 4.2 Raspored analognih ulaznih signala
NI ELVIS ulazni kanal DAQ ulazni kanal
ACH0+ AI 0
ACH0- AI 8
ACH1+ AI 1
ACH1- AI 9
ACH2+ AI 2
ACH2- AI 10
ACH3+ AI 3
ACH3- AI 11
ACH4+ AI 4
ACH4- AI 12
ACH5+ AI 5
ACH5- AI 13
AISENSE AI SENSE
AIGND AI GND
DMM strujni naponski ulazi su dostupni na prototipu ploče zajedno s dodatnim terminalom za
mjerenje trožilnih elemenata (tranzistor). Diferencijalni ulazi voltmetra označeni su kao
VOLTAGE HI i VOLTAGE LO. Ostale funkcije DMM-a dostupne su kroz pinove
CURRENT HI i CURRENT LO.
Ulazi osciloskopa, dostupni na prototipu ploče, označeni su kao CH<A..B>+, CH<A..B>-, i
TRIGGER. CH<A..B> su direktno spojeni na kanale DAQ uređaja ACH 3 i ACH 4.
4.2.3. SPAJANJE ANALOGNIH IZLAZNIH SIGNALA
NI ELVIS osigurava pristup dvama DAQ uređajima na DAC0 i DAC1 terminalima. Ovi
kanali se koriste kod NI ELVIS hardvera za generator proizvoljnog valnog oblika. Izlazni
signal na DAQ uređaju je međuspremljen i zaštićen NI ELVIS hardverom.
DC izvori napajanja daju izlazni statički napon ±15 V i +5 V. Pristup funkcijskom generatoru
na prototip ploči uključuje nekoliko dodatnih terminala uz izlazni signal funkcijskog
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
22
generatora, FUNC_OUT. SYNC_OUT izlazni signal je TTL – kompatibilni vremenski signal
iste frekvencije kao i izlazni valni oblik. AM_IN i FM_IN signali upravljaju amplitudnom
(AM) i frekvencijskom modulacijom (FM). Ovi signali su u funkcijskoj vezi s upravljanjem
finom frekvencijom i amplitudom na radnoj ploči.
Promjenjivi izvori napajanja osiguravaju ugađanje napona izlaznog signala od 0 do +12 V na
izvoru terminala. Pin uzemljenja omogućava povezivanje na isto uzemljenje DC izvora snage.
4.2.4. SPAJANJE DIGITALNIH I/O SIGNALA
NI ELVIS osigurava sabirnicu digitalnog ulaznog signala (DI) i digitalnog izlaznog signala
(DO). Sabirnice ulaznog i izlaznog signala su 8-bitne sabirnice koje su upravljane NI ELVIS-
om dok je u softverskom načinu rada. Kada se komunikacijski prespojnik premjesti u mod
premošćenja, DI<0..7> biva direktno povezan s digitalnim linijama DAQ uređaja.
DO<0..7> su digitalni izlazni signali NI ELVIS-a na prototip ploči. Izlaz logičke sabirnice je
+5 V TTL za visoku razinu i 0 V TTL za nisku razinu. DI<0..7> su digitalni signali ulaznog
signala NI ELVIS sa prototip ploče. Minimalni napon za logičku visoku razinu je 2.0 V.
Maksimalan napon za nisku razinu je 0.8 V. Kada je u ručnom modu, logička visoka i niska
razina ovise o DAQ uređaju. Adresna sabirnica je 8-bitna sabirnica koja se koristi za
komunikaciju na prototipu ploče. Neka zajednička korištenja adresnih linija su digitalne
kontrolne linije za prijenosne releje, multipleksore ili jednostavno, kontrolne linije niske
struje.
Prototip ploča osigurava pristup brojaču ulaznih signala DAQ uređaja, koji su također
pristupačni preko softvera. Ovi ulazni signali korišteni su za brojenje TTL signala i rubne
detekcije. Signal FREQ_OUT ekvivalentan je FREQ_OUT signalu DAQ uređaja.
Prototip ploča osigurava nekoliko različitih korisničko oblikovanih konektora: četiri
jednopolne utičnice, dva BNC konektora i dva SUB konektora. Svaki pin konektora ima vezu
s distribucijskim zonama na prototip ploči.
Osam LED dioda brinu se za općeniti digitalni izlazni signal. Anoda svake LED diode
povezana je s distribucijskom zonom preko otpornika od 220 Ω i svaka je katoda povezana s
uzemljenjem.
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
23
5. MJERENJE IMPEDANCIJE U SERIJSKOM RLC KRUGU SPOMOĆU NI ELVIS-a
Cilj rada je izvršiti mjerenja u serijskom RLC krugu s pomoću NI ELVIS SFP virtualnih
instrumenata kao što su DMM (digitalni multimetar) i analizator impedancije (Impedance
Analyzer). Najprije će se pojedinačno izmjeriti vrijednosti upotrebljenih elemenata te ih
usporediti s naznačenim. Elementi upotrebljeni u ovoj vježbi su nominalnih vrijednosti:
1. otpornik – R = 1 kΩ
2. kondenzator – C = 2.2 μF
3. zavojnica – L = 1.2 mH / 0.37 A
Slika 5.1. Mjerenje otpora s pomoću DMM-a
Na slici 5.1. vidi se da je rezultat mjerenja otpornika s pomoću DMM-a približno jednak
vrijednosti otpora naznačenog na otporniku te se u daljnjem razmatranju može zanemariti ovo
malo odstupanje.
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
24
Slika 5.2. Mjerenje kapaciteta kondenzatora s pomoću DMM-a
Na slici 5.2. vidi se da je izmjereni kapacitet približno jednak naznačenoj vrijednosti na tijelu
kondenzatora. U daljnjem razmatranju može se uzeti u obzir naznačena vrijednost kao
relevantan podatak.
'
Slika 5.3. Mjerenje induktiviteta s pomoću analizatora impedancije
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
25
Na slici 5.3. koja je dobivena korištenjem impedancije analyzer-a točno se vide vrijednosti
radnog otpora, vrijednosti reaktancije, fazni kut između njih i njihova amplituda. Nazivne
vrijednosti mjerenog induktiviteta su 1.2H/0.37A. Budući da je izmjeren kapacitivni otpor od
7.75 kΩ iz toga se može izračunati vrijednost induktiviteta i usporediti ga s naznačenom
vrijednosti.
HLHz
kL
LfXL
kXR
kZ
L
L
234.1100014.32
75.72
?94.85
75.799,563
78,7
=××
Ω=
×××==
°=Ω=Ω=Ω=
π
ϕ
Slika 5.4. Mjerenja kapaciteta s pomoću analizatora impedancije
Na ovoj slici vidi se odnos otpora unutar kondenzatora nazivne vrijednosti 2.2 µF. Uočava se
da postoji radni otpor i negativna reaktancija koji međusobno zatvaraju neki kut. Može se
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
26
izračunati kapacitet kondenzatora na osnovu dobivenih rezultata. Kondenzator nije idealan,
već sadrži i radni otpor.
FCHz
C
CfX
XR
Z
C
C
µ
π
ϕ
295.238.69100014.32
12
118.8738.69
42.347.69
=Ω×××
=
×××=
°−=Ω=
Ω=Ω=
Slika 5.5. Mjerenje otpora s pomoću analizatora impedancije
Na gornjoj slici se vidi rezultat mjerenja otpornika s pomoću analizatora impedancije. Fazni
kut gotovo jednak nuli te se može smatrati da se radi o čistom otporniku čija se izmjerena
vrijednost malo razlikuje od nazivne vrijednosti koja iznosi 1 kΩ.
Ω= kR 998.0
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
27
Slika 5.6. Primjer upotrebe osciloskopa
Na slici 5.6. se vidi rezultat mjerenja napona s pomoću osciloskopa.
Sljedeće slike prikazuju vrijednosti radnog otpora, negativne i pozitivne reaktancije te fazni
kut između napona i struje u serijskom RLC krugu pri različitim vrijednostima frekvencije.
Frekvencija se mijenja u rasponu od 0 do 2000 Hz.
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
28
Slika 5.7. Rezultat dobiven pri f = 0 Hz
Sa slike se vidi da je fazni kut nešto manji od - 90˚ pri frekvenciji od 0 Hz. Razlog odstupanja
faznog kuta je zbog toga što kondenzator nije čisto kapacitivno trošilo već ima i mali radni
otpor što se vidi iz slike 5.4.
Slika 5.8. Rezultat mjerenja pri f=10Hz
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
29
Slika 5.9. Rezultat mjerenja pri f=20Hz
Slika 5.10. Rezultat mjerenja pri f=50Hz
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
30
Slika 5.11. Rezultat mjerenja pri f=100Hz
Slika 5.12. Rezultat mjerenja pri f=200Hz
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
31
Slika 5.13. Rezultat mjerenja pri f=500Hz
Slika 5.14. Rezultat mjerenja pri f=1000Hz
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
32
Skika 5.15. Rezultat mjerenja pri f=1500Hz
Slika 5.16. Rezultat mjerenja pri f=2000Hz
Sa ovih slika se vidi da se s povećanjem frekvencije mijenja i fazni kut između napona i struje
i to u rasponu od približno -90o do približno +90o . Fazni kut nikada ne dostiže ove krajnje
vrijednosti zbog neidealnosti upotrebljenih elemenata. Zavojnica i kondenzator nisu čisto
induktivna ili kapacitivna trošila već posjeduju i radni otpor. Pri frekvenciji od približno 96
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
33
Hz serijski RLC krug je u rezonanciji odnosno kapacitivni i induktivni otpori su jednaki te je
ukupan otpor u krugu jednak radnom otporu. U tom trenutku je struja u krugu maksimalna i
ograničena je jedino s radnim otporom trošila.
LLL jXRZ +=
CCC jXRZ −=
CL ZZRZ ++=
( ) ( )XcXjRRRZ LCL −+++=
( )Ω+=
Ω−×+++=
62.768041.1565
83.691075.742.399.563998 3
jZ
jZ
Hzf
f
HFf
CLf
CfLfjZ
44165365.9623.12.2102
1234076.11016.22090702
1
12
212998
0
30
120
0
=××××
=
××××=
×=××
×××
−×××+=
−
−
π
π
π
ππ
Tablica 5.1. Ovisnost impedancije i faznog kuta o frekvenciji
f(Hz) 0 10 20 50 100 200 500 1000 1500 2000
R(kΩ) 1.04 1.06 1.05 1.05 1.07 1.08 1.19 1.62 2.17 2.99
X(kΩ) -17.03 -7.25 -3.47 -1.08 1.086 1.24 3.76 7.66 11.61 15.63
Z(kΩ) 17.06 7.33 3.63 1.51 1.07 1.64 3.94 7.83 11.71 15.91
ϕ(°) -86.49 -81.65 -73.25 -46,65 5.83 48.76 72.49 78.05 79.33 79.18
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
34
Slika 5.17. Odnos impedancije i frekvencije u RLC krugu
Slika 5.18. Odnos faznog kuta i frekvencije u RLC krugu
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
35
Slika 5.19. Odnos djelatnog otpora i frekvencije u RLC krugu
Slika 5.20. Odnos reaktivnog otpora i frekvencije u RLC krugu
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
36
Slika 5.21. Odnos impedancije i frekvencije u RLC krugu
Slika 5.22. Odnos reaktivnog otpora i frekvencije u RLC krugu
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
37
Slika 5.23. Odnos djelatnog otpora i frekvencije u RLC krugu
Slika 5.24. Odnos faznog kuta i frekvencije u RLC krugu
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
38
6. ZAKLJUČAK
Koristeći se NI ELVIS-om pri izradi ovog rada uvidjele su se sve prednosti i dobre strane
ovog uređaja pri radu u elektroničkim laboratorijima u odnosu na klasične stvarne
instrumente. Neke od tih prednosti su jednostavnost u radu (naravno kada se savlada vještina
korištenja NI ELVIS-a), brzina, multifunkcionalnost, ekonomičnost i točnost u radu.
Zahvaljujući svojoj hardverskoj i softverskoj konfiguraciji omogućava spajanje različitih
elektroničkih krugova na prototip ploči radne stanice te njihovo analiziranje uz pomoć
kompjutera i naprednog softvera. Zbog svoje univerzalnosti NI ELVIS omogućava postizanje
visokog stupnja točnosti prilikom mjerenje i analiziranja.
S ekonomskog gledišta, koje je uvijek jedan od bitnijih faktora NI ELVIS je također u
prednosti pred dosad korištenim instrumentima, jer objedinjuje svojstva i funkcije velikog
broja drugih instrumenata.
Analizirajući rezultate dobivene korištenjem NI ELVIS-a u ovoj vježbi vidi se da rezultati
RLC kruga nisu čisto omski, induktivni ili kapacitivni otpori već su kombinacija nekih od
ovih otpora. Vidi se da se rezonantna frekvencija dobivena mjerenjem podudara s
frekvencijom dobivenom matematičkim putem. Mala odstupanja u rezultatima dobivena
računskim putem, odnosno mjerenjem, su rezultat neidealnosti upotrebljenih elemenata.
Nikša Škovrlj: MJERENJA U SERIJSKOM RLC KRUGU S POMOĆU SUSTAVA NI ELVIS
39
LITERATURA
(1) Paton, B., Dalhousie University, Intruducion to NI ELVIS, March 2004 Edition / Part
Number 323777B – 01
(2) NATIONAL INSTRUMENTS, LabVIEW 7 Express, April 2003 Edition / Part Number
350777B – 01
(3) NATIONAL INSTRUMENTS, NI Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite
(NI ELVIS), User Manual, September 2005 / 323363C – 01
(4) NATIONAL INSTRUMENTS, VI Logger / Getting Started with VI Logger, May 2003
Edition / Part Number 322821B – 01
(5) Kuzmanić, I., Krčum, M., Osnove brodske elektrotehnike i elektronike, Split, 1996. / isbn
953 – 96105 – 8 – 3