Elektrotechnika elektronika miernictwoFranciszek Gołek (golek@ifd.uni.wroc.pl)

www.pe.ifd.uni.wroc.pl

Wykład 13

Pomiar.Wstęp, sensory i przetworniki ADC i DAC

Pomiar.Każdy z nas już po urodzeniu porównuje (świadomie lub nie) rozmiary tego co widzi.Gdziekolwiek spojrzeć: czy to będzie badanie medyczne, czy eksploracja kosmosu, ustawianie robotów przy taśmie produkcyjnej, czy w końcu badanie materii w zderzaczach (np. w CERN) to wszędzie mamy do czynienia z pomiarem.Pomiar pozwala nam zrozumieć obserwowane zjawiska, odkrywać prawa natury i dzięki nim rozwijać technologie i modyfikować nasze otoczenie.Historycznie starożytni duchowni egipscy byli pierwszymi skrupulatnymi obserwatorami natury a w szczególności nieba i dzięki temu wynaleźli 365-dniowy kalendarz.

Metrologia jest dziedziną wiedzy związaną z pomiarami wszelkiego rodzaju wielkości.

W miernictwie, podobnie jak w całym światowym przemyśle i komercji, obowiązują normy (ang. standardy).

Światowym forum standaryzacji (norm) jest ISO(ISO - International Organization for Standardization) powstało w 1947 roku z siedzibą w Genewie. Członkami ISO są 163 kraje w tym Polska.Norma (standard) to: document, established by consensus and approved by a recognized body, that provides, for common and repeated use, rules, guidelines, or characteristics for activities and their result, aimed at the achievement of the optimum degree of order in a given context (ISO guide 2) (http://www.iso.org).

Choć słowo „pomiar” może mieć wiele znaczeń to jednak zgodnie z międzynarodową organizacją standaryzacji ISO można je zdefiniować jako ewaluację (określenie) dowolnej wielkości poprzez jej porównanie z wielkością tego samego typu uznaną za jednostkową.

W każdym kraju znajduje się odpowiedni urząd zajmujący się standaryzacją, pomiarem i jednostkami miary. U nas jest to Główny Urząd Miar (GUM ) w Warszawie i jemu podwładne ośrodki w kilku innych miastach.

Aparatura PomiarowaDo realizacji jakiegokolwiek pomiaru niezbędna jest odpowiednia aparatura.Aparatura powinna spełniać odpowiednie normy by być dopuszczoną do powszechnego użytku. Aparatura powinna spełniać przede wszystkim normy dotyczące bezpieczeństwa użytkowników.Przyrządy powinny być regularnie kalibrowane poprzez odpowiednie sprawdzenie i porównanie z odpowiednimi wzorcami. Precyzja i dostępność do wzorców jest jednym z ważniejszych zagadnień metrologii. W tym zakresie rozwijany jest serwis, który oferuje wzorce i kalibrację przyrządów online. Serwis ten znany jest jako iCals - Internet Calibration Services

Działanie aparatury pomiarowej można postrzegaćjako „kanał” wymiany informacji pomiędzy obiektami badanymi (mierzonymi, monitorowanymi itp..) a obiektami gromadzącymi informację (pamięć, ekrany, wyświetlacze itp..). Taki kanał spełnia trzy główne funkcje:a) akwizycja danych, b) przetwarzanie danych i c) dystrybucja danych.

SensoryRolą sensorów jest zamieniać wielkości fizyczne na inne wielkości, zwykle wielkości elektryczne, które są łatwo i precyzyjnie mierzone przez „miernik” a zatem umożliwiają tzw. akwizycję danych.Zatem sensory są uzupełnieniem naszych zmysłów. Obecnie najdokładniej potrafimy mierzyć częstotliwość F i czas T (okres 1/F) co zachęca do poszukiwania rozwiązań zamieniających mierzoną wielkość na częstotliwość (lub okres) sygnału elektrycznego.

Sensory i nastawnikiW technice, technologii i przemyśle do kontaktu elektroniki z naturą stosowane są systemy elektroniczne, w których obok sensorów mają zastosowanie tzw. nastawniki (manipulatory, siłowniki itp.).

Sensory, nastawniki i interfejsyObecnie dominuje i dynamicznie się rozwija metrologia oparta na przyrządach z rozmaitymi interfejsami pozwalającymi na komunikację z komputerem. Komunikacja może odbywać się w oparciu o rozmaite protokoły, których lista jest dłuższa niż lista rodzajów interfejsów (RS 232, IEEE 488, USB, GPIB, Bluetooth, UWB; 802.11a/b/g Wi-Fi; GPRS; ZigBee; 802.15.4; IEEE P1451.5, niestandardowe RF itd.).

Przykładowy schemat układu do badania obiektu elektronicznego lub innego.

Sensory, nastawniki, interfejsy, kondycjonery i kontrolery

Oczywistym jest, że każdy sensor wymaga kalibracji, która zapewnia pomiar na odpowiednim poziomie dokładności.Ważną cechą sensora jest jego czułość. Istotna jest też liniowość i zakres działania. Rysunek ilustruje definicję czułości sensora.

Sensory - wybrane przykładyUdoskonalanie i poszukiwanie nowych sensorów stało się odrębną dziedziną naukowo-techniczną zwaną sensoryką.Sensoryka oferuje długą i ciągle rosnącą listę sensorów pozwalających zamieniać poszczególne wielkości fizyczne na sygnały elektryczne.

Pomiar temperatury: Termoelement (termopara), bolometr (układ o minimalnej pojemności cieplnej wykonany z nadprzewodnika lub półprzewodnika zmieniający oporność przy zmianie temperatury pod wpływem znikomych ilości ciepła lub promieniowania), termometr oporowy, termistor, bimetale, diody, tranzystory, rezonator kwarcowy, pirometr, termometr akustyczny,

Termometr akustyczny,

Pomiar oświetlenia: Fotodioda, fototranzystor, fotorezystor, fotopowielacz, Pomiary wibracji akustycznych i mechanicznych: Mikrofony (dynamiczne, pojemnościowe, piezoelektryczne), czujniki sejsmometryczne.Pomiar siły: Tensometr, dynamometr, mikrodźwignia z układem optycznym.Pomiar natężenia pola magnetycznego: Cewka indukcyjna, halotron, półprzewodnikowy Gaussotron, kompas.Pomiar ciśnienie: Tensometr na membranie, mikrofon pojemnościowy, głowice ciśnieniowe i próżniowe, barometry.Pomiar przesunięcia: Potencjometr, Indukcyjny czujnik przesunięcia, optyczny czujnik przesunięcia na kodzie kreskowym, laserowy czujnik przesunięcia, piezoelektryczny czujnik przesunięcia, pojemnościowy czujnik przesunięcia.

Pojemnościowy czujnik przesunięcia

Pomiar stężenia gazu lub toksyn: Rezystor ceramiczny, tranzystor MOSFET, rezonator kwarcowy z warstwą selektywnie sorbującą gaz, komórki elektrochemiczne, układy MOS, przewodzące polimery i chemorezystory, detektory promieniowania i cząstek w spektrometrach.Pomiar wilgotności: Kondensator z dielektrykiem pochłaniającym wodę, układy cienkowarstwowe i rezystory pochłaniające wodę, rezonatory kwarcowe z układem chłodzącym Peltiera.Pomiar promieniowania jonizującego: Licznik Geigera, scyntylatory, komory pęcherzykowe, dozymetry stałociałowe, fotopowielacze, powielacze elektronowe.Prędkość przepływu: Anemometr, Nadajnik/odbiornik ultradźwiękowy, turbinka, czujnik z gorącym drutem, czujnik membranonwy.I wiele innych. MEMS (microelectromechanical systems)Są to miniaturowe elektromechaniczne urządzenia wykonywane technologią układów scalonych. Działają jako sensory ciśnienia, przyspieszenia lub innej wielkości fizycznej będąc jednocześnie częścią układu scalonego (sensor na chipe). Kondensator różnicowy jako akcelerometr.

Sensor ciśnienia

Głowica Bayarda-Alperta Do pomiaru ciśnienia w komorach próżniowych najczęściej stosowane są głowice jonizacyjne Bayarda-Alperta (kiedyś w obudowie szklanej, obecnie metalowej). Gorąca katoda emituje elektrony, które przyspieszane są do anody o dodatnim potencjale (np.+300V). Elektrony jonizują napotkane molekuły gazu resztkowego. Wyprodukowane jony zbierane są przez kolektor o potencjalebliskim 0V. Pomiar tego jonowego prądu pozwala naokreślanie ciśnień od 10-3 do10-11mm Hg (zanieczyszczeniewnętrza komory przez dotyk palcem wydłuża czasuzyskiwania ciśnienia rzędu10-11mm Hg!)

Analizatory składu gazu. Analizator z kwadrupolowym filtrem mas. Analizator wyposażony w powielacz elektronowy może mierzyć parcjalne ciśnienia od 10-4 do 10-14 Torr. Źródłem jonów jest jonizator w którym elektrony (prąd 2 mA, energia 70eV) z rozgrzanej katody są przyspieszane do objętości otoczonej siatką o potencjale około 70 V. Oscylując w obszarze siatki jonizują spotkane tam atomy i molekuły. Powstałe jony aby dostać się do detektora muszą przejść przez otwór w elektrodzie wejściowej i przestrajalny kwadrupolowy filtr mas.

TermoparyNa złączu dwu różnych metali powstaje mały skok potencjału zależny od temperatury złącza. Takie złącze nazywa się termoparą lub termoelementem. Złącze wykonuje się przez zespawanie lub zgrzanie końcówek cienkich drutów z odpowiednich metali lub stopów. Zwykłe skręcenie końcówek nie zdaje egzaminu. Termopary, w odróżnieniu od wielu innych termometrów, mierzą różnicę temperatur (tj. temperaturę względną) i wymagają dobrze określonego temperaturowo punktu odniesienia aby mierzyć daną temperaturę. Klasyczny układ do pomiaru temperatury składający się z dwu złączy jest pokazany na rysunku (układ różnicowy). Użycie tylko jednego złącza powiększa błąd pomiaru o wartość pochodzącą z niedokładnego określenia temperatury zacisków miliwoltomierza, która staje się temperaturą odniesienia dla takiego układu („z jedną termoparą”). W przypadku układu klasycznego (tj. termopary różnicowej) wkład do całkowitej mierzonej siły termoelektrycznej, pochodzący od zacisków miliwoltomierza, jest zerowy tak długo jak długo temperatury obu zacisków są sobie równe. Dokładność pomiaru temperatury zwykle wynosiokoło 1oC. Warto pamiętać, że każdytermometr mierzy temperaturę własnegosensora. Zatem należy zadbać ozrównanie temperatury złącza ztemperaturą próbki. Tzw. kotwiczenieprzewodów termopary w temperaturzepróbki jest tu bardzo pomocne.

Termopara w układzie klasycznym (zwana czasem termoparą różnicowa) generuje siłę termoelektryczną, która jest zwykle monotoniczną funkcją różnicy temperatur złączy. Większą dokładność uzyskuje się przez kalibrację termopary (pomiar napięć termopary w dobrze odtwarzalnych temperaturach) i przybliżenie złożoną funkcją nieliniową (np. wielomianem) zależności temperatury od zmierzonego napięcia termopary. Złącze odniesienia powinno być “zakotwiczone” w stałej dobrze określonej temperaturze np. w mieszaninie wody z lodem w termosie. Można też zastosować mały pojemnik o stabilizowanej temperaturze i stosować go zamiast wody z lodem. Przy pomiarze napięcia termopary należy pamiętać o zastosowaniu miliwoltomierza o odpowiednio dużej oporności wejściowej by uniknąć błędu wynikającego z obciążenia źródła sygnału o niezerowej oporności wewnętrznej. Należy zaznaczyć iż liczne firmy produkują rozmaite układy i przyrządy do pomiaru temperatury. Termopary dzięki małym rozmiarom złącza pomiarowego i małej pojemności cieplnej preferowane są w pomiarach temperatury małych obiektów i w pomiarach punktowych.

Typy termoelementów (termopar), zakres temp. i ich średni wsp. temp. T Miedź – Konstantan (tj. CuNi), 10 – 700 K, 42 µV/K J Żelazo – Konstantan, 100 – 1000 K, 51.7 µV/K E Chromel (tj. NiCr) – Konstantan, 100 – 1300 K, 60.9 µV/K K Chromel – Alumel (tj. NiAl), 100 – 1600 K, 40.5 µV/K S Platyna – Platyna/Rod 10%, 300 – 1800 K, 6.4 µV/KR Platyna – Platyna/Rod 13%, 300 – 1900 K, 6.4 µV/KB Platyna/Rod 6% – Platyna/Rod 30%, 300 – 1800 K, 6.4 µV/KG Wolfram - Wolfram/Ren 26%, 300 – 3000 K, D Wolfram/Ren 3% - Wolfram/Ren 25%, 300 – 3000 K, C Wolfram/Ren 5% - Wolfram/Ren 26%, 100 – 3000 K, 15µV/K

Ważniejsze punkty kalibracyjne dla termometrii.Punkty potrójne: 13.8033 K – H2, 24.5561 K – Ne, 54.3584 – O2, 83.8058 K – Ar,234.315 K – Hg, 273.16 K – H2O.Oraz 302.9146 K – p. topnienia Ga, 429.7485 K – p. zestalania In, 505.078 K – p. zestalania Sn, 692.677 K – p. zestalania Zn, 933.473 K – p. zestalania Al, 1234.93 K – p. zestalania Ag, 1337.33 K – p. zestalania Au.

Innym przetwornikiem do pomiaru temperatury jest rezystancyjny termometr platynowy. Jest to uzwojenie drutu z bardzo czystej platyny, której współczynnik temperaturowy wynosi około 0.4% / oC. Odznacza się dużą stałością w czasie a charakterystyki poszczególnych egzemplarzy pokrywają się z krzywą standardową z błędem nie większym niż 0.02 – 0.2oC. Stosowane są do pomiaru w zakresie -200oC do +1000oC. Przy tego typu termometrach należy unikać wpływuoporności styków poprzez stosowanie cztero-kontaktowej metody pomiaru.Niepożądane dodatkowe skoki potencjałuwystępują na zaciskach prądowych,przez które prowadzony jest znanyi stabilizowany prąd. Natomiast dokładnąwartość skoku potencjału na samymoporniku mierzymy wykorzystując zaciskinapięciowe. (Tu obwód woltomierza„nie łapie”niepożądanych napięć)

PirometryKlasyczny pirometr pozwala nabezkontaktowy pomiar temperatury.Jest to urządzenie umożliwiające obserwowanie żarzącego się obiektu przez lunetkę i porównywanie jego koloru z kolorem świecenia umieszczonego wewnątrz pirometru drucika żarowego. Wartość temperatury odczytuje się ze skali pirometru po doprowadzeniu, w wyniku zwiększania wartości prądu przez drucik żarowy, do jednakowej jasności świecenia drucika i obserwowanego obiektu. Pirometrami optycznymi można mierzyć temperatury w zakresie 750oC do 3000oC, z błędem 4oC przy dolnej granicy zakresu i do 20oC przy jego górnej granicy. Są produkowane pirometry pracujące w podczerwieni i pokrywające zakres temperatur -30oC do 5400oC. Zastosowanie odpowiednich sensorów, układów optycznych (z laserem do korekty współczynnika emisyjności) oraz układów elektronicznych zapewnia automatyczny pomiar po wycelowaniu pirometru na badany obiekt.

Fotopowielacz jest wyjątkowo przydatny do pomiaru b. małych natężeń światła. W rurze próżniowej fotopowielacza foton światła padając na fotokatodę (powierzchnię pokrytą metalami alkalicznymi), wytrąca z niej elektron. Elektron przyspieszany polem elektrycznym uderza w kolejną elektrodę, zwaną dynodą, powodując wybijanie elektronów wtórnych. Te ponownie przyspieszane wytrącają dalsze elektrony z kolejnych dynod (typowe ilości dynod: 8 do 16). W rezultacie jeden foton a następnie jeden elektron generuje porcję nawet 108 elektronów co pozwala na detekcję nawet pojedynczych fotonów. Impuls napięcia wywołany taką ilością ładunku w jednej chwili docierającego do anody może osiągać wielkość rzędu 10mV i jest dobrze rejestrowany układami elektronicznymi. Do zasilania elektrod fotopowielacza stosuje się zwykle dzielnik napięcia w taki sposób aby między sąsiednimi dynodami panowało napięcie około 100V. Sprawność fotokatod przekracza zwykle 25%. Do wyjścia fotopowielacza podłącza się wzmacniacz z integratorem lub licznikiem. Gdy natężenie światła jest duże i impulsy ładunku na anodzie przestają być dobrze rozdzielone, wtedy zamiast zliczania impulsów mierzy się prąd anody (do pomiaru takiego prądu zwykle stosujemy tzw. uzmiennianie np. przez periodyczne przerywanie wiązki światła - czoperowanie). Należy pamiętać, że nawet w całkowitej ciemności w obwodzie anody fotopowielacza płynie pewien niewielki prąd zwany “prądem ciemnym”. Powstaje on w wyniku termicznej emisji elektronów z fotokatody i z dynod. Prąd ten można zmniejszyć do wartości poniżej 1 impulsu na sekundę obniżając temperaturę fotopowielacza. Uwaga: fotopowielaczy z doprowadzonymi napięciami zasilającymi nie można wystawiać na światło dzienne, grozi to pogorszeniem parametrów a nawet uszkodzeniem samego fotopowielacza (niszczące są zbyt duże natężenia prądów).

Fotopowielacze i powielacze elektronowe. (pierwsze fotopowielacze powstały w latach 1930-1934)Fotopowielacze zwykle mogą zliczać fotony w szerokim zakresie długości fali 180 nm do 900 nm. Otwarte (bez okienka i nie posiadające „własnej próżni”) fotopowielacze umieszczone w badawczych systemach próżniowych mogą być używane do detekcji w znacznie szerszym zakresie - aż do promieniowania rentgenowskiego włącznie.Układ dynod z anodą (bez fotokatody) nazywany powielaczem elektronowym stosowany jest do detekcji elektronów i jonów (obu znaków). Sygnały napięciowe z fotopowielaczy i powielaczy elektronowych są zwykle kierowane do liczników, integratorów lub fazo-czułych woltomierzy (fazo-czuły woltomierz tzw. „lock-in” stosowany jest przy uzmiennianiu sygnału). W przypadku stosowania licznika lub integratora należy zadbać o to aby amplitudy impulsów były większe od amplitudy szumu tak aby ustalając napięcie progowe detekcji (w obwodzie dyskryminacji licznika lub integratora) miedzy amplitudą szumu a amplitudą sygnału można było rejestrować sygnał bez zakłóceń. Problem ten staje się trudny gdy w laboratorium mamy czynne niektóre typy laserów (Q-switched lasers) lub inne układy niewłaściwie (gwałtownie) przełączające dużą moc jak np. niektóre piece do hodowli roślin. Uwaga: fotopowielacze i powielacze -elektronowe są zasilane wysokimi napięciami rzędu 1 - 2 kVniebezpiecznymi dla zdrowia i życia (praca przy wysokich napięciach wymaga doświadczenia, nigdy nie pracuj sam!). Przy zestawieniu układu pomiarowego należy sprawdzić kształt i czas trwania pojedynczego impulsu. Groźne są tzw. oscylacje-dzwonienia i zbyt długi czas trwania impulsu. Impulsy możemy kształtować między innymi przez dobór stałej czasowej RC w obwodzie anody i dołączenie dodatkowego tzw. ograniczającego kawałka kabla zakończonego opornikiem o małej oporności (<50Ω). Należy sprawdzić czy czas narostu impulsu na anodzie powielacza jest krótszy od czasu propagacji sygnału przez ten ograniczający kabelek (czas propagacji sygnału przez 0.5m kabla wynosi około 10ns). Powielacze rurkowe. Obecnie do detekcjielektronów i jonów stosowane są powielacze z tzw. ciągłą dynodą tj. powielaczerurkowe „CEM” (channeltron electronmultiplier) szklane i nieco lepsze ceramiczne. Natomiast do wzmacniania obrazustosujemy płytki „MCP” o wzmocnieniu do 104

(Micro channel electron multiplier plates).

Fotopowielacze, powielacze i wzmacniacze obrazu.http://www.burle.com/cgi-bin/byteserver.pl/pdf/ChannelBook.pdfhttp://216.239.59.104/search?q=cache:dWbIHOgD148J:www.proxitronic.de/prod/bv/eein.htm+plates+image+electron+multipliers&hl=pl

Przetworniki DAC i ADC Ze względu na przewagę (pod wieloma względami) elektroniki cyfrowej nad analogową mamy do czynienia z dość powszechnym stosowaniem przetworników analogowo cyfrowych (ADC) i cyfrowo analogowych (DAC).Przetworniki te są łącznikiem (interfejsem) między analogowym światem zjawisk fizycznych a elektroniką współczesną (cyfrową).Przetworniki DAC i ADC są zatem istotnymi podzespołami oprzyrządowaniaw miernictwie, sterowaniu i kontroli. Poprzez przetworniki możemy komputerowo sterować zasilaczami uzyskując pożądany przebieg napięcia lub prądu, kontrolować i sterować rozmaite procesy technologiczne. Ważne parametry przetworników to: częstotliwość konwersji, liczba bitów (czyli precyzja), zakres napięć, szumy własne.

Przykład sygnału analogowego (a) i jego odpowiednik cyfrowy (b) z tzw. częstotliwością próbkowania fs = 1/Ts, Ts – odstęp czasu między próbkami (okres próbkowania).

Przetworniki D/AZadaniem przetwornikówcyfrowo analogowych (DAC)jest zamiana liczb (w kodzie binarnym) na napięciaproporcjonalne do wartościtych liczb.Na rys. pokazano ideę jednegoz wielu typów przetworników.Jest to tzw. drabinka R-2R. Stany 1 i 0 na poszczególnych liniach szyny (tu 4-bitowej) decydują o włączeniu bądź nie, odpowiedniego przełącznika. Przez rezystory 100k płyną stałe prądy niezależnie od położenia przełączników (bo przełączenia są między ziemią i wirtualną ziemią) o wartościach proporcjonalnych do wagi poszczególnych bitów. Suma tych prądów, które są włączone do wejścia wzmacniacza operacyjnego oczywiście musi przepływać przez opornik 50k nad wzmacniaczem i na wyjściu wzmacniacza mamy już napięcie proporcjonalne do wartości przetwarzanej „liczby”. Przetworniki takie, sterowane mikroprocesorami mogą generować rozmaite przebiegi napięciowe.

Konwersja analogowo-cyfrowaUkłady A/D (ADC, A/C) zamieniają sygnał analogowy na sygnał cyfrowy.Najważniejsze parametry: 1) Szybkość przetwarzania - może być określona na wiele sposobów:a) czas przetwarzania - określający czas konieczny do jednego całkowitego przetworzenia wartości analogowej na wartość cyfrową, b) częstotliwość przetwarzania - która jest maksymalną częstotliwością z jaką mogą następować kolejne przetworzenia sygnału wejściowego z zachowaniem określonej rozdzielczości i dokładności w całym zakresie przetwarzania, c) szybkość próbkowania - określona przez liczbę próbek, które mogą być przetworzone w jednostce czasu. Ważnym jest aby częstotliwość próbkowania fP≥2fmax. 2) Rozdzielczość przetwornika - definiowana jest jako liczba bitów słowa wyjściowego, określa zdolność do rozróżniania sygnałów analogowych doprowadzonych do wejścia przetwornika. W przetworniku 8 bitowym możliwe jest 28

= 256 różnych wartości. Jeżeli zakres przetwarzanego napięcia wynosi 10 V, to wartość najmniej znaczącego bitu (LSB) odpowiada sygnałowi 10V/256 = 39 mV. Znaczy to, że przetwornik może rozróżnić sygnały różniące się od siebie o 39 mV.Przetworniki 24 bitowe (224=16777216) rozróżnia zmiany mniejsze od 1 µV. Przy doborze (zakupie) układu A/D pod uwagę bierzemy: a) szybkość, b) precyzję, c) impedancję wejściową, d) zakres wartości przetwarzanych napięć wejściowych. Uwaga. W przetwornikach A/C najczęściej stosowane są kody: BINARNY Z PRZESUNIĘCIEM lub U2.

Przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC) typu flash.Konwersja z koderem priorytetu.(Uwaga, 8-bitowy przetwornik musizawierać 255 komparatorów).Lepiej zastosować 2 przetworniki4 – bitowe zawierające po 15 komparatorów).

Śledzący ADCZawiera przetwornik DAC, komparator i licznik typu up/down (w górę i w dół). Jest stosunkowo szybki gdy zmiany konwertowanego napięcia są małe.

Przetwornik typu SAR – Successive Approximation Register(S/H – sample and hold)

Przetwornik typu dual-slope (podwójne zbocze) stosowany w miernikach cyfrowych, multimetrach.

Dzięki zamianie pomiarunapięcia na pomiar czasuuzyskuje się dobrąprecyzję pomiaru.

AliasingJest to efektzbyt wolnegopróbkowaniasygnału i możemieć miejsce przykonwersji A/D.Zgodnie z zasadą Nyquiata-Shannona próbkowanie musi być wykonywane z częstotliwością większą niż podwojona maksymalna częstość w spektrum badanego sygnału: fpr>2fmax. Mając zadaną szybkość próbkowania mówimy o połowie częstotliwości próbkowania fpr/2 nazywanej częstotliwością Nyquista fN = fpr/2 jest ona graniczną wartością dla badanych sygnałów. To znaczy sygnały o częstotliwości fsyg wyższej niż fN będą rozpoznawane błędnie jako sygnały o częstotliwości aliasu.

Częstotliwość aliasu fA = | najbliższa sygnałowi całkowita wielokrotność częstotliwości próbkowania – częstotliwość sygnału |.Przykładowo dla fpr = 100 Hz i fsyg = 520 Hz otrzymamy: falias= | 5⋅100 – 520 | Hz = | -20 | Hz = 20 Hz (jest to wygenerowanie artefaktu – czegoś czego nie ma w badanym sygnale!). Zatem każdy złożony sygnał zawierający składniki o częstotliwościach wyższych niż fN dla danego przetwornika A/D będzie zapisany jako zniekształcony. Wynika z tego, że powinniśmy próbkować maksymalnie szybko (często) ale wtedy olbrzymia ilość próbek wymaga olbrzymiego zapasu pamięci.

E-E-M Lista 13.1. Jak szybki przetwornik ADC należy zastosować aby przetworzyć przebieganalogowy, zawierający składowe o częstotliwościach do 15 kHz?2. Ilu bitowego przetwornika należy użyć aby mierząc napięcia od 0 do 5 Vuzyskać rozdzielczość 1 mV.3. Jaka jest czułość termopary gdy wiadomo, że dla temperatur: 273.16 K(pp H2O) i 234.315 K (pp Hg) wykazała ona siły termoelektryczne odpowiednio0 V i -2,366 mV.4. Oblicz maksymalną częstość zliczeń powielacza w układzie jak na rysunkuwiedząć,że R = 300 kΩ, C = 10 pF. Oszacować wielkość zliczanych impulsówprzy założeniu, ze powielacz elektronowy wykazuje wzmocnienie 108.