Как проверить работу электросчетчика | ЛЕНИНГРАДСКИЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ЗАВОД
Чтобы понять, правильно ли работает ваш домашний прибор учета, не обязательно сразу вызывать электрика для проверки. Некоторые базовые действия может выполнить каждый, они не сложнее, чем купить счетчик электроэнергии.
Способ №1: Проверить схему подключения прибора учета
Первое, что необходимо сделать при возникновении сомнений правильности работы электрического счетчика, – проверить схему его подключения. Если вы сами устанавливали прибор учета, то эта задача покажется вам простой. Однако даже если счетчик подключал сторонний мастер, а вы не особо разбираетесь в вопросах электрики, то и в этом случае вы можете проверить схему подключения самостоятельно.
Как правило, все счетчики в современных домах имеют схожие характеристики и алгоритмы подключения. Найдите информацию и схему для своего прибора учета в интернете и сверьте с подключением у себя дома. Если у вас возникнут серьезные сомнения в правильности увиденной дома схемы, вызывайте профессионального электрика, он поможет исправить сложившуюся ситуацию
Способ №2: Разобраться с «самоходом»
Второй простой способ понять, что счетчик работает правильно, – выяснить, подвержен ли прибор учета «самоходу».
Суть этого явления достаточно проста – диск (если у вас индукционный прибор учета) или индикатор (если электронный) вращается или моргает даже тогда, когда на сеть нет никакой нагрузки. Наличие «самохода» не зависит от цены счетчика электроэнергии, однако в старых и некачественных моделях такое явление встречается чаще. Чтобы понять, подвержен ли ваш прибор этой проблеме, необходимо оставить во включенном положении только вводной автомат, а все отходящие в щитке квартиры – отключить. Если «самохода» нет, то в индукционном счетчике диск не совершит больше одного оборота, а в электронном – индикатор моргнет не более одного раза за пятнадцать минут.
Способ №3: Рассчитать погрешность
Это один из наиболее сложных, но верных методов определения правильности работы прибора учета. Чтобы разобраться с погрешностью, необходимо произвести расчет по следующей формуле: E=(PxTxA/3600-1)x100%. В этой формуле E – погрешность, она измеряется в процентах. Чтобы получить остальные данные, необходимо вычислить:
- P – мощность ламп накаливания (измеряется в киловаттах).
Для этого возьмите три лампы по 100Вт – таким образом в расчете будет фигурировать 300Вт. - T – время полного оборота диска индукционного счетчика или одного интервала между импульсами светового индикатора (измеряется в секундах). Включите только упомянутые три лампы, выключив предварительно все другие приборы, и при помощи секундомера вычислите, за сколько секунд индукционный счетчик совершает пять оборотов, а в случае с электронным – сколько секунд занимает 10 интервалов между импульсами индикатора.
- A – передаточное число. Оно указано на лицевой стороне каждого счетчика.
Для этого возьмите три лампы по 100Вт – таким образом в расчете будет фигурировать 300Вт.Подставьте все значения в формулу и получите процент погрешности. Если он не больше десяти, то счетчик работает правильно.
Правильность работы счетчика зависит от многих факторов, очень часто – от цены, за которую вы купили счетчик электроэнергии. Выбирайте качественную модель и вам не придется проверять работу прибора.
Проверка счетчика электроэнергии hand made. Статьи компании «ЭлМисто, предприятие»
Доступно о самостоятельной поверке электросчетчиков
Сегодня мы представляем Вам очень полезную и познавательную статью, прочитать которую будет интересно, без преувеличения, практически всем.
Дело в том, что, регулярно покупая в свои квартиры и дома различную бытовую технику, причем немалой мощности, мы довольно серьезно повышаем ежедневное потребление электроэнергии. А далее, каждый месяц мы производим оплату за электроэнергию по показаниям нашего домашнего индукционного или электронного электросчетчика.
Если вдруг у Вас возникло подозрение, что электросчетчик считает неправильно, то Вы можете самостоятельно проверить его, не вызывая контроллера или инспектора.
Проверка электросчетчика — это сравнение двух показаний: реальное (фактическое) показание потребления электрической энергии и показание, которое мы списываем со счетчика.
В первую очередь необходимо знать и проверить схему подключения электросчетчика.
2. СамоходСамоход — это явление, когда диск индукционного счетчика или световой индикатор у электронного счетчика без остановки начинают вращаться или моргать при отсутствии нагрузки и наличии напряжения на электросчетчике.
Проверяется это легко. Нужно оставить включенным вводной автомат (расположен перед электросчетчиком) и отключить все отходящие автоматы в квартирном щитке.
Внимательно наблюдаем за диском или световым индикатором электросчетчика. Если самоход у электросчетчика отсутствует, то диск совершит не более 1 полного оборота, а световой индикатор за 15 минут должен моргнуть всего 1 раз.
Во всей квартире отключаем все электрические приборы из розеток (телевизор, холодильник, компьютер, телефон и т.д.) и включаем все отходящие автоматические выключатели в квартирном щитке.
В качестве электрического прибора воспользуемся лампой накаливания, мощность которой мы точно знаем. Для примера возьмем 3 лампы накаливания мощностью 100 (Вт) каждая по которым и будем проверять свой счетчик.
Использовать для проверки электросчетчика электродвигатели и энергосберегающие лампы запрещено, т.к. они дают искажение в измерении.
Применив секундомер, засекаем время при включенной нагрузке 3 х 100 (Вт):
5-ти оборотов диска индукционного счетчика
10-ти интервалов между импульсами светового индикатора электронного счетчика
Передаточное число — это количество оборотов диска индукционного счетчика или импульсов электронного счетчика за 1 (час) при нагрузке 1 (кВт).
Единица измерения:
у индукционных счетчиков: [оборотов/1кВт*ч], [об/kW*h], [r/kW*h]
у электронных счетчиков — [imp/kW*h], [имп/кВт*ч]
Передаточное число Вашего электросчетчика Вы можете посмотреть на его лицевой стороне.
Расчет погрешности работы электросчетчика определим по следующей формуле:
В качестве примера для расчета погрешности индукционного счетчика воспользуемся картинкой выше, т.
е. с передаточным числом А = 600 (r/kw*h).
Суммарная мощность ламп накаливания составляет: P = 300 (Вт) = 0,3 (кВт).
Время, полученное за 5 полных оборотов диска составляет: T ‘ = 102,5 (с).
Время одного полного оборота диска: T = T ‘ / 5 = 102,5 / 5 = 20,5 (с).
Полученная погрешность: Е = (0,3 х 20,5 х 600/3600 — 1) х 100% = 2,5%.
Вывод: в данном примере электросчетчик работает с торможением на 2,5%.
7. Пример расчета погрешности электронного счетчика электрической энергииВ качестве примера для расчета погрешности электронного счетчика воспользуемся картинкой выше, т.е. с передаточным числом А = 3200 (imp/kW*h).
Суммарная мощность ламп накаливания составляет: P = 300 (Вт) = 0,3 (кВт).
Время, полученное за 10 интервалов между импульсами светового индикатора составляет: T ‘ = 36,4 (с).
Время одного интервала между импульсами: T = T ‘ / 10 = 36,4 / 5 = 3,64 (с).
Полученная погрешность: Е = (0,3 х 3,64 х 3200/3600 — 1) х 100% = -2,93%.
Вывод: в данном примере электросчетчик работает с опережением на 2,93%.
Если полученная Вами погрешность не превышает 10%, то электросчетчик можно считать исправным.
Если после проверки электросчетчика своими силами, Вы обнаружите, что у него большая погрешность и переплата за электроэнергию получается существенная, то замените электросчетчик на новый. Как правильно выбрать и купить электросчетчик мы Вам уже рассказывали в предыдущих статьях (переходите по указанным ссылкам).
Если Вы своим расчетам не доверяете, то можно вызвать представителя метрологической службы. За определенную сумму они проведут все расчеты и выдадут предписание, если счетчик не пройдет проверку.
Проявляется контроль над использованием счетчиков регулярными проверками устройств – обязательной процедурой, подтверждающей его работоспособность и годность.
Нужно понимать, что возможно проведение внепланового осмотра и тестирования без подготовки устройства владельцем в случае подозрения на некорректную работу прибора.
Обычно современные устройства рекомендуется проверять в случае отсутствия непредвиденных ситуаций раз в 10 лет. Механические устройства нуждаются в проверке каждые 8 лет.
Вариантов повлиять на работу дискового счетчика больше, чем на работу современного электронного. Просверливание тонких отверстий для засовывания иглы, разбитие стекла для засовывания фотоплёнки – давно известные способы, призванные затормозить диск, уменьшить количество его оборотов и тем самым снизить количество потребляемых кВт. Возможно также подключение «левой» замаскированной проводки, ослабление винта напряжения и другие способы воровства. Всё это будет выявлено даже постфактум, когда уже не используется. А дальше идёт проверка электротехнической исправности.
Современные электросчетчики имеют весьма большую точность, и с ними меньше проблем. Однако остались ещё приборы с классом точности 2,5 – это максимально допустимая погрешность. Они в ходе поверки должны быть заменены, поскольку уже не соответствуют современным требованиям.
С разрешения владельца дома и в его присутствии, при снятом напряжении на квартирном щитке, надо произвести «прослушивание» всех участков строительных конструкций в помещениях, где наиболее вероятна установка скрытых розеток или токоприемников. При выявлении параллельного ввода обязательно его проверить и продемонстрировать его работоспособность владельцу. Скрытая проводка (мимо учета) не всегда означает постоянное использование электроэнергии без учета. К скрытой проводке зачастую прибегают в определенное время, подключая всю внутридомовую сеть мимо учета. «Эффективность» скрытой проводки возрастает, когда Потребитель использует ее для уменьшения показаний электросчетчика посредством фазосдвигающего трансформатора. Подобный результат достигается при использовании земли в качестве нуля с включением мощных токоприемников. Различие состоит в том, что во втором случае не требуется дублирование проводок. Изменив на вводе порядок чередования фазного и нулевого проводников и, отключив нуль сети, сносно заземленный металлический стержень, а то и обыкновенная водопроводная труба, соединенные с нулевым проводом внутренней проводки, исполнят роль нуля сети не хуже штатного. При такой схеме использование фазосдвигающего трансформатора чрезвычайно упрощено, а то и вовсе не обязательно. Если во время проведения обследования счетчика будет обнаружено движение диска в обратную сторону при целой пломбе ЭСО, (что бывает исключительной удачей для проверяющего), можно с полной уверенностью констатировать о наличии фазы в третьей клемме расчетного электросчетчика и применения Потребителем фазосдвигающего трансформатора. Но чаще бывает, при тех же условиях, что Потребитель, имея фазу в третье клемме, включил мощный токоприемник, что по-своему тоже показательно. | Проверяя фазировку счетчика, было установно, что фаза чудесным образом оказалась в третьей клемме, несмотря на то, что несколькл месяцев назад счетчик был сфазирован верно. При проведении фазировки счетчика делается соответствующая отметка в расчетной книжке и оформляется Протокол (Приложение 3), что является подтверждением проведен-ной технической проверки. |
Не исключается при проведении обследования выявление самохода электросчетчика. Основной причиной возникновения самохода является длительная токовая перегрузка счетчика.
Определение самохода выполняется в соответствии с Приложением №5.
Обследуя ответвление в дом, необходимо обратить внимание на расположение проводов ввода. В данном случае отчетливо видно, что ввод выглядит не вполне надлежаще: Провода ответвления соединены с ответвлением наскоро. | Изменение порядка чередования фазного и нулевого проводников сделано на вводе. | |||
Примечание: Фазосдвигающий трансформатор внешне ничем не отличается от обыкновенного аппарата для понижения напряжения 220\42\36\24\12В. Принципиальное различие состоит в специальном соединении первичной и вторичной обмоток, которые у обыкновенного трансформатора, как известно, не имеют электрической связи. Прокатный вариант «отмоточника» имеет ручку для переноса (ил.1), а для собственных нужд – замаскирован под обыкновенный стабилизатор в стиле «ретро» (ил.2). Во внешнем виде со стандартным изделием имеет различие: на сетевой вилке всегда есть условные обозначения, указывающие фазу или нуль сети (во избежание КЗ, при случайном включении фазы на нуль и наоборот), а также всего один выходной провод, подключаемый к заземленной конструкции. Провод имеет снятую изоляцию на 30-50 мм от среза или «крокодильчик» | 1 | 2 | ||
Поток мощности, направленный в обратную сторону посредством упомянутого прибора, (а при использовании мощных токоприемников – и без его помощи) заставит вращаться диск счетчика справа налево (В обратную сторону). Как правило, соединение заземляющего устройства с внутренней сетью выполняется в какой-либо розетке, через которую в большинстве случаев используют фазосдвигающий трансформатор или мощные токоприемники. Такая розетка очень часто заметно отличается от других выгоревшими токосъемными отверстиями. Иногда на ней выполнено условное обозначение возле одного из отверстий в виде точек, чёрточек, цветных отметок – для различия нуля и фазы.
Типовым инструментом использования земли в качестве нуля является проводник с «крокодильчиками» на концах или просто многожильный проводник со снятой изоляцией с двух концов. По длине проводника и местоположению заземленного элемента можно предположить – с большой долей достоверности, – какой из токоприемников применялся. Практика показывает, что такие токоприёмники устанавливаются стационарно: электрические плиты, электрокалориферы, ночники, переноски. Известен случай монтажа фазосдвигающего трансформатора в корпусе радиолы «Мелодия» с вполне «законным» заземлением корпуса аппарата.
J Своевременная выдача Предписания Абоненту на переустройство ввода видимым способом и контроль за его исполнением – эффективная профилактическая мера по предупреждению безучетного пользования электроэнергией с применением инженерных устройств. (Приложение №2).
L Наличие двух расчетных электросчетчиков при двух вводах на одно домовладение одного Абонента, предоставляет такому Потребителю уникальную возможность абсолютно «легального» хищения электроэнергии. Применяя такую схему, Абонент по желанию включает или выключает электросчетчик. Даже при соблюдении Абонентом требований по устройству ввода, не допускающим его дублирования.
Поэтому наличие двух вводов на одного Потребителя – недопустимо. Существование двух вводов на одно нотариально разделенное надвое домовладение гипотетически не исключает электрической связи между электросчетчиками. И надо признать бессилие практической науки в выявлении названного способа хищения. Проверенная жизнью, такая схема абсолютно безопасна в эксплуатации и невыявляема до какого-нибудь случайного стечения обстоятельств.
Данный способ с полной уверенностью нельзя отнести к традиционным, так как он не связан с трудоёмким монтажом скрытой проводки и не требует внешнего вмешательства в работу счетчика и измененная схема включения самого счетчика на клеммных зажимах оставляет пломбу ЭСО нетронутой. Косвенным доказательством его применения могут служить нарушенная фазировка у одного из счетчиков (обязательное условие) и установка автоматических выключателей (пробок) также и в нулевом проводнике.
Параллельное соединение фазы и нуля от разных счетчиков могут быть сделаны через коммутирующие аппараты схемы где угодно (обеспечивая жизнеспособность схемы), но ввиду простоты самой схемы, роль этих самых аппаратов могут выполнять стационарные «автоматы» («пробки»), установленные на квартирном щитке. А «встреча» независимых фазы и нуля может происходить в обыкновенной розетке через «переноску».
Обследуя электросчетчик, обязательно надо проверить его работу, поочередно отключая и включая автоматические выключатели при постоянно включенной нагрузке. Иной причины остановки диска с отключением фазного или нулевого автоматов, при наличии напряжения во внутренней распределительной сети, как применение описанной схемы, быть не может! J Наиболее полным решением данной проблемы, среди прочих предложений, служит недопущение установки в нулевых проводах отходящей от счетчика проводки автоматических выключателей или предохранителей.Правильная постоянная фазировка счетчика (фаза в первом зажиме, нуль сети – в третьем зажиме) может быть достигнута лишь при выборочном контроле после выполнения Потребителем соответствующего Предписания или выполненной работником ЭСО фазировки. Выявленное нарушение схемы включения счётчика (фаза в третьей клемме) при последующем контроле обязывает работника ЭСО оформить двусторонний Акт (при наличии документального подтверждения предыдущей фазировки).
J При составлении Акта, как и при всех посещениях бытовых потребителей в сельской местности, включая снятие контрольных показаний, обязательным является присутствие представителя Сельского совета и его подпись в оформляемых документах. В случае обоснованных сомнений в объективности учета электроэнергии по определенному адресу (применение Потребителем фазосдвигающего трансформатора или использование земли в качестве нуля при умышленном нарушении фазировки счетчика) должна быть произведена замена эксплуатируемого счетчика на реверсивный, что со временем станет милым сюрпризом для Потребителя.Реализация трёхфазных электронных счётчиков электроэнергии на основе MSP430F677x. Окончание. (SLAA577)
Сигналы напряжения и тока
ΣΔ-преобразователь имеет архитектуру с полностью дифференциальным входом, и на каждый ΣΔ-вывод могут подаваться отрицательные входные сигналы; поэтому для переменного входного напряжения не требуется никакого сдвига по уровню (в отличие от несимметричных или псевдодифференциальных преобразователей).
Выход каждого ΣΔ-преобразователя — это целое число со знаком, а все паразитные составляющие постоянного тока или смещения в этих ΣΔ-преобразователях удаляются с помощью следящего фильтра постоянных составляющих. Отдельные оценки постоянной составляющей для всех напряжений и токов получаются, соответственно, с помощью этого фильтра и отсчётов напряжения и тока. Затем это значение вычитается из каждого отсчёта напряжения и тока.
Результирующие отсчёты мгновенных значений напряжения и токов используются для формирования следующих промежуточных результатов:
- Накопленных значений квадратов напряжений и токов, которые используются для расчётов Vдейств и Iдейств, соответственно.
- Накопленных отсчётов энергии для расчёта активной энергии.
- Накопленных отсчётов энергии с использованием тока и напряжения, сдвинутого по фазе на 90°, — для расчёта реактивной энергии.
Эти накопленные значения обрабатываются приоритетным процессом.
Компенсация фазы
Если в качестве датчика используется трансформатор тока (ТТ), то он вносит дополнительный фазовый сдвиг в сигналы тока. Пассивные элементы входных цепей сигналов тока и напряжения также могут вносить свой фазовый сдвиг. Относительный фазовый сдвиг между отсчётами напряжения и тока необходимо компенсировать, чтобы обеспечить точные измерения. ΣΔ-преобразователи имеют регистры программируемой задержки (×24PREx), которые можно применять в том или ином канале. Эта встроенная функция (регистр PRELOAD) используется для реализации требуемой компенсации фазы. На рисунке 9 показано использование регистра PRELOAD для задержки отсчётов в определённом канале.
Рисунок 9. Компенсация фазы с помощью регистра PRELOAD
Разрешающая способность дробной задержки зависит от входной частоты (fIN), OSR и частоты дискретизации (fS).
В данном случае, при входной частоте 60 Гц, значении OSR, равном 256, и частоте дискретизации 4096, разрешение одного разряда регистра предварительной загрузки (PRELOAD) составит порядка 0,02° при максимальном значении 5,25° (максимум 255 шагов). Поскольку взятие отсчётов в семи каналах запускается общим сигналом запуска, часто используется метод, когда задержка, равная 128, вводится во все каналы, а затем увеличивается или уменьшается относительно этого базового значения. Это позволяет варьировать задержку в ту или иную сторону для компенсации опережения или отставания по фазе. На практике в данном устройстве это означает ограничение компенсации значением ±2,62°. При использовании ТТ, которые вносят фазовый сдвиг, превышающий это максимальное значение, необходимо предусмотреть задержку отсчётов вместе с задержкой дробной части. Такую компенсацию фазы можно также изменять в ходе эксплуатации, чтобы учитывать уход параметров ТТ из-за температуры, но для этого необходимо обеспечить остановку преобразований в ΣΔ-преобразователях.
Измерение частоты и отслеживание периода
Мгновенные значения напряжения каждой фазы накапливаются в 48-разрядных регистрах. В отличие от напряжения, мгновенные значения тока, активной мощности, реактивной мощности накапливаются в 64-разрядных регистрах. Счётчик отслеживания периода и счётчик отсчётов отслеживают количество накопленных отсчётов. Когда накапливается количество отсчётов, формируемых примерно за одну секунду, фоновый процесс сохраняет эти регистры с накопленными значениями и уведомляет приоритетный процесс о необходимости расчёта усреднённых значений, таких как действующие значения и значения мощности. Для запуска усреднения в приоритетном процессе используются границы периода, поскольку при этом получаются очень стабильные результаты.
Для измерения частоты применяется линейная интерполяция между отсчётами напряжения при пересечении нулевого уровня. На рисунке 10 показаны отсчёты вблизи точки пересечения нулевого уровня и процесс линейной интерполяции.
Рисунок 10. Измерение частоты
Поскольку шумовые выбросы также могут приводить к появлению погрешности, в данном устройстве используется контроль скорости изменения для отфильтровывания возможных искажённых сигналов и обеспечения гарантии того, что две интерполируемые точки действительно являются точками, между которыми происходит пересечение нулевого уровня. Например, если имеется два отрицательных отсчёта, шумовой выброс может сделать один из них положительным, и полученная таким образом пара из положительного и отрицательного отсчётов будет выглядеть как пара отсчётов, между которыми происходит пересечение нулевого уровня.
Получаемые в результате значения длительности периодов пропускаются через предварительный фильтр низких частот для дополнительного сглаживания изменений от периода к периоду. Этим обеспечивается стабильное и точное измерение частоты, устойчивое к воздействию шумов.
Формирование импульсов светодиодов
В электрических счётчиках потребляемая энергия обычно измеряется в долях киловатт-часов (кВт•ч), и каждой доле соответствует импульс. Эту информацию можно использовать для точной калибровки любого счётчика, чтобы обеспечить впоследствии точность измерений.
Как правило, измерительный элемент (MSP430) отвечает за формирование импульсов, пропорциональных потреблённой электроэнергии. Чтобы решать обе эти задачи эффективно, формирование импульсов должно быть точным, с относительно малым дрожанием. Хотя дрожание по времени и не является признаком низкой точности, оно может указывать на невысокую общую точность счётчика. Следовательно, дрожание надо устранить путём усреднения.
В данном устройстве для формирования импульсов учёта потреблённой электроэнергии используется средняя мощность. Средняя мощность (рассчитываемая приоритетным процессом) накапливается в каждом ΣΔ-прерывании, распределяя энергию, накопленную за предыдущий кадр длительностью в 1 с, равномерно по каждому прерыванию в текущем 1-секундном кадре. Это эквивалентно преобразованию в энергию. После того как накопленное значение энергии становится выше порога, формируется импульс. Вышеуказанное количество энергии, превысившее этот порог, сохраняется, а новое количество энергии в следующем цикле прерывания добавляется к нему. Поскольку средняя мощность, как правило, имеет стабильное значение, такой способ формирования импульсов энергии является очень надёжным, и при этом отсутствует дрожание.
Порог определяет минимальный «шаг» учёта электроэнергии, который задаётся изготовителем счётчика и является постоянной величиной. Обычно это значение задаётся в «импульсах/кВт•ч» или просто в кВт•ч. На каждый такой минимальный шаг должен формироваться один импульс.
Например, в данном устройстве число импульсов, формируемых на кВт•ч, задано равным 6400 для активной и реактивной составляющих электроэнергии. В этом случае минимальное учитываемое количество энергии составляет 1/6400 кВт•ч. Импульсы учёта электроэнергии формируются на определённом выводе, откуда их можно снять, а также подаются на светодиоды на плате. Для формирования импульсов используются выводы порта ввода/вывода общего назначения.
В демонстрационном модуле (EVM) светодиоды маркированы “LED1”, “LED2”, “LED3” и “LED_ACT” и соответствуют потреблённой активной энергии фазы A, фазы B, фазы C и общей сумме по трём фазам соответственно.
Светодиод “LED_REACT” соответствует суммарной реактивной энергии по трём фазам. Количество импульсов на кВт•ч и ширина каждого импульса конфигурируются в программном обеспечении. На рисунке 11 показана блок-схема формирования импульсов.
Рисунок 11. Формирование импульсов для индикации потребления электроэнергии
Средняя мощность измеряется в единицах, равных 0,01 Вт, а порог в 1 кВт•ч определяется как
Конфигурация счётчика электроэнергии
Файлы заголовка используются для инициализации и конфигурирования счётчика электроэнергии для выполнения нескольких функций измерения.
Некоторые из возможных вариантов, которые может сконфигурировать пользователь, перечислены в файле, который называется emeter-3ph-neutral-6779.h и находится в папке emeter-ng. В нем содержатся макроопределения, которые используются при штатной работе счётчика.
Демонстрационный пример счётчика электроэнергии
Демонстрационный модуль (EVM) счётчика электроэнергии для описываемого здесь устройства имеет микропроцессор MSP430F677x и демонстрирует измерения электроэнергии. Полная демонстрационная платформа состоит из модуля EVM, который можно легко подключить к любой испытательной системе, метрологического программного обеспечения и графического пользовательского интерфейса ПК, который будет использоваться для просмотра результатов и проведения калибровки.
Общее описание демонстрационного модуляДемонстрационный модуль имеет в своём составе микроконтроллер MSP430F6779, ЖК-индикатор, светодиодные индикаторы, аналоговые цепи для измеряемого тока и напряжения, интерфейсы RS-232 для связи с инструментальным компьютером и JTAG для подключения эмулятора и, в зависимости от исполнения, конденсаторный или импульсный блок питания. Принципиальную и монтажную схемы модуля можно найти в комплекте поставки или на сайте www.ti.com.
Загрузка примера программыИсходный код разработан в среде IAR с использованием компилятора IAR версии 6.х. При использовании более ранних версий файлы проекта не откроются. Если использовать для загрузки проекта версии, вышедшие после 6.x, система предлагает создать резервную копию, пользователь должен щёлкнуть на YES, чтобы продолжить работу. Метрологическое программное обеспечение для учёта электроэнергии состоит из трех частей: инструментарий, в который входит библиотека в основном математических подпрограмм, основной код программы, состоящий из исходного текста и файлов заголовка, и графический интерфейс пользователя, используемый для калибровки.
Открытие проекта
В папке emeter-ng имеется несколько файлов проекта, следует использовать файл проекта для описываемого здесь устройства под названием emeter-6779.ewp. В папке emeter-toolkit имеется соответствующий файл проекта emeter-toolkit-6779.ewp. При первом использовании рекомендуется полностью обновить оба проекта, выполнив следующие действия:
- Открыть окно IAR.
- Найти и загрузить проект emeter_toolkit_6779.ewp.
- Выбрать вариант Rebuild All.
- Закрыть текущую рабочую область и открыть основной проект emeter-6779.ewp.
- Выбрать вариант Rebuild All и загрузить этот проект в MSP430F6779.
Результаты и калибровка
Просмотр результатов на ЖКИ
Переключение индикации различных измеряемых параметров на ЖКИ происходит примерно каждые две секунды. Для каждого измеряемого параметра, выводимого на индикацию на ЖКИ, фактически на индикаторе отображаются три элемента: соответствующая параметру фаза, один или два символа, указывающих, какой именно параметр выводится на индикацию, и фактическое значение этого параметра. Фаза параметра появляется в верхней строке жидкокристаллического индикатора. Она может принимать значения A, B, C и t, означающие фазу A, фазу B, фазу C и общую сумму этих фаз соответственно. Условное обозначение параметра появляется слева во второй строке ЖКИ. Справа от условного обозначения параметра на индикацию выводится фактическое значение параметра.
В таблице 1 показаны различные измеряемые параметры, которые выводятся на индикацию на ЖКИ, и соответствующие единицы измерения, в которых они представляются. В столбце «Условное обозначение» указывается, какой символ соответствует тому или иному измеряемому параметру. В столбце «Комментарии» содержится краткое пояснение по выводимым на индикацию измеряемым параметрам.
Таблица 1. Параметры, выводимые на индикацию
| Наименование параметра | Условное обозначение | Единицы измерения | Комментарии |
| Напряжение | Вольты (В) | – | |
| Ток | Амперы (A) | ||
| Активная мощность | Ватты (Вт) | – | |
| Реактивная мощность | Вольт-амперы реактивные (ВАр) | – | |
| Полная мощность | Вольт-амперы (ВА) | – | |
| Частота | Герцы (Гц) | – | |
| Коэффициент мощности | Постоянное значение в диапазоне от 0 до 1 | Символы используются, если нагрузка определена как емкостная Символы используются, если нагрузка определена как индуктивная |
|
| Общая потреблённая активная энергия | ICO «минимальное учётное количество» | Каждые 10 минимальных учётных количеств увеличивают значение в разряде десятых долей на 1 |
|
| Общая потреблённая реактивная энергия | ICO «минимальное учётное количество» | Каждые 10 минимальных учётных количеств увеличивают значение в разряде десятых долей на 1 |
Чтобы запустить графический интерфейс пользователя, выполните следующие действия:
- Подключите демонстрационный модуль к ПК кабелем RS-232.
- Войдите в папку /Source/GUI и откройте файл calibration-config.xml в текстовом редакторе.
- В поле port name на вкладке meter укажите COM-порт ПК, подключённый к счётчику.
- Откройте файл calibrator.exe, который находится в папке /Source/GUI. Если COM-порт в файле calibration-config.xml был изменён на предыдущем шаге на СОМ-порт, реально подключённый к демонстрационному модулю, то на экране должен появиться графический интерфейс пользователя.
При правильном подключении левая верхняя кнопка будет зелёной. Если есть проблемы с подключением или если программа сконфигурирована неправильно, кнопка будет красной. После того как графический интерфейс пользователя запущен, результаты можно просматривать, нажимая зелёную кнопку.
Просмотр результатов
После нажатия зелёной кнопки на экране появляется окно результатов, как показано на рисунке 12. Пожалуйста, обратите внимание, что после значения коэффициента мощности следует L или C, чтобы указать индуктивную или емкостную нагрузку соответственно.
Рисунок 12. Окно результатов
Калибровка
Калибровка является основным фактором, определяющим эксплуатационные характеристики счётчика, и каждый счётчик в обязательном порядке должен пройти эту процедуру. Изначально счётчики могут иметь разную точность из-за того, что кристаллы микросхем отличаются друг от друга, чувствительные элементы имеют определённые погрешности, а также имеются другие допуски на параметры пассивных элементов. Чтобы исключить эти влияния, каждый счётчик подлежит калибровке. Для точного выполнения калибровки необходимы точный тестовый источник переменного тока и эталонный счётчик. Источник должен быть способен формировать любое требуемое напряжение, ток и фазовые сдвиги (между V и I). Для расчёта погрешностей измерения эталонный счётчик играет роль интерфейса между источником и калибруемым счётчиком. В этом разделе рассматривается простой и эффективный способ калибровки нашего 3-фазного демонстрационного модуля.
Графический интерфейс пользователя, который используется для просмотра результатов, можно с лёгкостью использовать для калибровки демонстрационного модуля. В ходе калибровки параметры, называемые калибровочными коэффициентами, изменяются программным обеспечением, чтобы добиться наименьшей погрешности измерения. У данного счётчика имеется четыре основных калибровочных коэффициента для каждой фазы: коэффициент масштабирования напряжения, коэффициент масштабирования тока, коэффициент масштабирования мощности и коэффициент компенсации фазы. Коэффициенты масштабирования напряжения, тока и мощности преобразуют измеренные значения в метрологическом программном обеспечении в величины, используемые в быту, выраженные в вольтах, амперах и ваттах соответственно. Коэффициент компенсации фазы используется для того, чтобы скомпенсировать все фазовые сдвиги, внесённые датчиками тока и другими пассивными элементами.
Когда в память счётчика загружается код программы (имеющийся в файле *.zip), в качестве этих калибровочных коэффициентов загружаются значения, принятые по умолчанию (макроопределения смотрите в разделе «Конфигурация счётчика электроэнергии»). Эти значения в ходе калибровки изменяются с помощью графического интерфейса пользователя. Калибровочные коэффициенты хранятся в памяти INFO_MEM, и поэтому должны оставаться без изменения при перезапуске счётчика. Но если программа в ходе отладки загружается заново, калибровочные коэффициенты вновь заменяются значениями по умолчанию, и счётчик необходимо калибровать заново. Один из способов сохранения значений калибровочных коэффициентов заключается в том, чтобы воспользоваться кнопкой «Калибровочные коэффициенты счётчика», показанной на рисунке 13. В этом окне отображаются самые последние значения и их можно использовать, чтобы напрямую заменять макроопределение этих коэффициентов в исходном коде.
Рисунок 13. Окно калибровочных коэффициентов
Калибровка любых коэффициентов масштабирования называется коррекцией коэффициента усиления. Калибровка любых коэффициентов компенсации фазы называется коррекцией фазы. На протяжении всего процесса калибровки тестовый источник переменного тока должен быть ВКЛЮЧЕН, счётчик должен быть подключён надлежащим образом, а импульсы учёта энергии должны подаваться на эталонный счётчик.
Калибровка коэффициента усиленияОбычно коррекцию коэффициента усиления для сигналов напряжения и тока можно выполнить одновременно для всех фаз. Но для коррекции коэффициента усиления значения активной мощности нужно знать погрешность измерения энергии (в %) эталонного счётчика по каждой отдельной фазе. Кроме того, при проведении калибровки измерения активной мощности какой-нибудь из фаз, две другие фазы должны быть отключены. Обычно для отключения фазы достаточно отключить только сигналы тока.
Калибровка коэффициента усиления сигналов напряжения и токаЧтобы откалибровать показания напряжения и тока, нужно выполнить следующие действия:
- Подключить графический интерфейс пользователя для просмотра результатов измерения напряжения, тока, активной мощности и других измеряемых параметров.
- Сконфигурировать тестовый источник для подачи требуемого напряжения и тока на все фазы. Убедиться в том, что точки калибровки напряжения и тока имеют нулевой фазовый сдвиг между напряжением и током каждой фазы. Например: 230 В, 10 А, 0° (коэффициент мощности=1). Обычно эти значения одинаковы для всех фаз.
- Нажать кнопку «Калибровка вручную», показанную на рисунке 12, чтобы открыть окно, показанное на рисунке 14.
Рисунок 14. Окно калибровки вручную
- Рассчитать корректировочные значения для каждого напряжения и тока. Корректировочные значения, которые необходимо ввести в поля для напряжения и тока, рассчитываются по формулам: где значение наблюдаемое (valueobserved) — это значение, измеряемое счётчиком TI, а значение требуемое (valuedesired) — это точка калибровки, сконфигурированная в тестовом источнике переменного тока.
- После расчёта коррекции (%) для всех напряжений и токов, ввести эти значения без изменений (±) в поля «Напряжение» и «Ток (низкое значение)» для соответствующих фаз.
- Щёлкнуть на кнопке «Обновление счётчика», после чего наблюдаемые значения напряжений и токов в графическом пользовательском интерфейсе должны сразу же установиться равными требуемым напряжениям и токам.
Калибровка коэффициента усиления активной мощности
Обратите внимание на то, что это пример для одной фазы. Указанные действия необходимо повторить для других фаз.
После проведения коррекции коэффициента усиления для напряжения и тока необходимо скорректировать коэффициент усиления для активной мощности.
Рисунок 15. Окно калибровочных коэффициентов
Коррекция коэффициента усиления для активной мощности выполняется не так, как в случае напряжений и токов. Хотя в принципе можно рассчитать коррекцию (%), взяв показания активной мощности (индицируемые на тестовом источнике переменного тока), но это не самый точный способ, и его применять не следует.
Наилучший вариант — получить значение коррекции (%) непосредственно из погрешности измерения активной мощности эталонного счётчика. Эта погрешность получается путём подачи импульсов учёта энергии на эталонный счётчик. Помните о том, что эту погрешность необходимо снять для каждой фазы отдельно при отключённых других фазах. Для проведения калибровки активной мощности нужно выполнить следующие действия.
- Выключить счётчик и подключить выход импульсов учёта энергии счётчика к эталонному счётчику. Сконфигурировать эталонный счётчик для измерения погрешности активной мощности на основании этих входных импульсов.
- Включить тестовый источник переменного тока.
- Повторить пункты с 1 по 3 из предыдущего раздела с такими же напряжениями, токами и фазовыми сдвигами 0°, которые использовались в предыдущем разделе.
- Отключить фазы, которые не калибруются в данный момент, установив ток этих фаз равным 0 А.
- Получить погрешность в % для измерения эталонного счётчика. Обратите внимание: это значение может быть отрицательным.
- Ввести погрешность, полученную в предыдущем пункте, в поле «Активная мощность (низкое значение)» соответствующей фазы в окне графического интерфейса пользователя. Эта погрешность уже является значением коррекции (%) и не требует никакого расчёта.
- Щёлкнуть на кнопке «Обновление счётчика», и значения погрешностей эталонного счётчика должны сразу же установиться близкими к нулю.
Обратите внимание на то, что это пример для одной фазы. Указанные действия необходимо повторить для других фаз.
После проведения коррекции коэффициента усиления, необходимо выполнить калибровку фазы. Как и в случае калибровки коэффициента усиления активной мощности, для выполнения коррекции одной фазы другие фазы должны быть отключены. Чтобы провести калибровку коррекции фазы, нужно выполнить следующие действия:
- Если тестовый источник переменного тока выключался или изменялась его конфигурация, следует выполнить пункты 1-3 из раздела калибровки коэффициента усиления напряжения и тока, используя такие же значения напряжений и токов, что и в этом разделе.
- Отключить все фазы, которые не калибруются в данный момент, установив ток этих фаз 0 А.
- Изменить фазовый сдвиг только калибруемой фазы на ненулевое значение; обычно выбирают +60°. После этого эталонный счётчик будет показывать другую погрешность измерения активной мощности в %. Обратите внимание: это значение может быть отрицательным.
- Если это значение не близко к нулю или неприемлемо, следует провести коррекцию фазы, выполнив следующие действия:
- а) ввести значение, обновив поле “Фаза (низкое значение)” калибруемой в данный момент фазы. Обычно вводят небольшое ± целое число, чтобы погрешность была близка к нулю. Кроме того, при фазовом сдвиге более 0 (например, +60°) положительная (отрицательная) погрешность потребует положительного (отрицательного) числа в качестве коррекции;
- б) щёлкнуть на кнопке “Обновление счётчика” и отследить значения погрешности на эталонном счётчике;
- в) если эта погрешность измерения (%) не обеспечивает достаточной точности, провести тонкую настройку путём увеличения/уменьшения на 1 на основании вышеизложенных пунктов a) и б). Примечание. После определённой точки эта тонкая настройка будет приводить только к тому, что погрешность будет колебаться вокруг нуля. Необходимо выбрать значение, обеспечивающее наименьшую абсолютную погрешность;
- г) после этого изменить фазу на -60° и проверить, остаётся ли погрешность приемлемой. В идеале погрешности должны быть симметричны при одинаковых фазовых сдвигах опережения и запаздывания.
После проведения коррекции фазы калибровка одной фазы завершается. Обратите внимание на то, что калибровку коэффициента усиления и калибровку фазы выполняют последовательно для одной фазы, после чего переходят к другим фазам. Эти две процедуры необходимо повторять для каждой фазы, в отличие от калибровки напряжения и тока.
На этом заканчивается калибровка напряжения, тока и мощности всех трёх фаз. Новые калибровочные коэффициенты можно просмотреть, нажав кнопку «Калибровочные коэффициенты счётчика» в окне результатов измерения графического интерфейса пользователя, которое изображено на рисунке 12.
Можно также просмотреть конфигурацию счётчика, нажав кнопку «Функции счётчика» (только как пример).
Результаты измерения
В этой статье результаты измерения показаны для суммарного потребления активной энергии по трём фазам. На рисунке 16 показаны результаты, полученные с помощью EVM430-F6779 в динамическом диапазоне 2000:1 при использовании установленных на плате трансформаторов тока. В таблице 2 указаны значения погрешности. Замена трансформаторов тока демонстрационного модуля может дать лучшие эксплуатационные характеристики.
Рисунок 16. Зависимость погрешности измерения электроэнергии от тока при использовании специализированных ТТ в модуле EVM430-F6779
Таблица 2. Погрешность измерения электроэнергии
при использовании специализированных ТТ
в модуле EVM430-F6779 (%)
| Ток, A | 0° | 60° | -60° |
| 0,05 | 0,002 | 0,23 | -0,1743 |
| 0,1 | 0,017 | 0,2025 | -0,1713 |
| 0,25 | 0,0115 | 0,233 | -0,1993 |
| 0,5 | -0,003 | 0,2073 | -0,199 |
| 1 | 0,0057 | 0,201 | -0,1803 |
| 2 | -0,0015 | 0,18 | -0,197 |
| 5 | -0,0113 | 0,1217 | -0,1473 |
| 10 | -0,01 | 0,0853 | -0,0773 |
| 20 | -0,002 | 0,0307 | -0,041 |
| 30 | 0,0063 | 0,0087 | -0,003 |
| 40 | 0,0047 | -0,0047 | 0,0177 |
| 50 | -0,001 | -0,039 | 0,046 |
| 60 | -0,002 | -0,0547 | 0,064 |
| 70 | 0,009 | -0,0607 | 0,0717 |
| 80 | 0,0013 | -0,0723 | 0,0767 |
| 90 | 0,0083 | -0,078 | 0,091 |
| 100 | 0,012 | -0,0787 | 0,0963 |
На рисунке 17 показаны результаты в том же динамическом диапазоне, полученные при использовании высококачественных ТТ в том же диапазоне токов. В таблице 3 указаны значения погрешности. Все результаты получены при калибровке в точке 230 В 10 А 50 Гц.
Рисунок 17. Зависимость погрешности измерения электроэнергии от тока при использовании высококачественных ТТ
Таблица 3. Погрешность измерения электроэнергии
при использовании высококачественных ТТ (%)
| Ток, А | 0° | 60* | -60° |
| 0,05 | 0,0535 | 0,192 | 0,0023 |
| 0,1 | 0,049 | 0,1863 | -0,0317 |
| 0,25 | 0,038 | 0,149 | -0,0493 |
| 0,5 | 0,0467 | 0,1407 | -0,0363 |
| 1 | 0,052 | 0,138 | -0,03 |
| 2 | 0,0383 | 0,1297 | -0,057 |
| 5 | 0,037 | 0,096 | -0,0243 |
| 10 | 0,0357 | 0,0957 | -0,006 |
| 20 | 0,0133 | 0,0847 | -0,0173 |
| 30 | 0,028 | 0,0693 | 0,009 |
| 40 | 0,0267 | 0,035 | 0,0137 |
| 50 | 0,014 | 0,0063 | 0,0283 |
| 60 | 0,025 | 0,017 | 0,0597 |
| 70 | 0,0517 | 0,0263 | 0,075 |
| 80 | 0,0617 | 0,025 | 0,0863 |
| 90 | 0,068 | 0,0257 | 0,0957 |
| 100 | 0,048 | 0,009 | 0,096 |
SA6034
% PDF-1.4 % 2 0 obj > / OCGs [92 0 R] >> / Pages 3 0 R / Type / Catalog / ViewerPreferences 88 0 R >> эндобдж 90 0 объект > / Шрифт >>> / Поля 96 0 R >> эндобдж 91 0 объект > поток application / pdf
Основы проверки точности счетчиков энергии
Измерение энергии никогда не делалось для развлечения. Это требует денег, поэтому необходимо проверить точность счетчика.
Раньше без всякой электроники это было действительно сложно. Вам нужен был источник напряжения / тока с высокой стабильностью, откалиброванные ваттметры и откалиброванные секундомеры.
Источник работал от трансформатора с регуляторами тока, напряжения и фазового сдвига.
Сначала отрегулируйте напряжение и ток.Затем вы считываете мощность по ваттметрам.
Счетчики, подключенные к испытательному стенду, нужно было тестировать один за другим.
Каждый счетчик имеет постоянную счетчика, указывающую номер. оборотов на кВтч.
Представьте себе однофазный счетчик с постоянной 75 об / кВтч. Мы настроили напряжение на 230 В и ток на 10 А . Коэффициент мощности равен 1.
Мы видим на ваттметре мощность 2300 Вт .
Теперь мы можем рассчитать теоретическое время одного оборота на основе постоянной счетчика.
P = мощностьc = постоянная счетчика
Теоретическое время одного оборота при мощности 2300 Вт составляет 20,87 с. (Обратите внимание, у нас не было калькулятора, в лучшем случае мы рассчитывали с помощью логарифмической линейки.)
Следующий шаг: Останавливаем время на один оборот. На вращающемся диске электромеханического счетчика нанесена цветная отметка. Как только метка окажется перед измерителем, вы запускаете часы и останавливаете их, как только метка достигает того же положения после одного оборота.
Допустим, вы останавливаете время 21.1 секунда.
Теперь мы используем общую формулу для процентной ошибки:
Итак, мы приходим к ошибке +1,1% . Глюкометр работает быстрее, чем должен быть. В то время счетчики обычно имели класс точности 2, так что это ПРОЙДЕН.
Как видите, существует множество факторов влияния, которые могут испортить результат измерения, например,
- неточное показание ваттметра
- нестабильность источника (стрелка ваттметра движется во время теста)
- неточное показание секундомера
- слишком поздняя или слишком ранняя остановка времени
- ошибки округления в расчетах
Время остановки особенно усложняло жизнь тестерам счетчиков.Таким образом, уловка заключалась в том, чтобы остановить время на несколько оборотов, чтобы минимизировать человеческую ошибку при запуске / остановке.
Если у вас есть портативное оборудование, такое как наш калибратор RS350 с переключателем пуска / останова, вы можете сравнить результаты ошибок с результатами использования сканирующей головки.
Малое упражнение
На анимации ниже мы видим вращающийся диск однофазного счетчика (вид сверху без корпуса счетчика). Этот счетчик имеет постоянную величину 100 об / кВтч. Он работает с нагрузкой 3450 Вт.
Вы уже рассчитали теоретическое время работы на один оборот (10.43 с).
Используйте синхронизированный со спутником секундомер смартфона, чтобы проверить погрешность счетчика.
Оставьте комментарий со своим результатом 🙂
НАЧНИТЕ
В одном из следующих блогов мы увидим, насколько проще и быстрее становится тест счетчика с современным тестовым оборудованием и программным обеспечением для тестирования. Основы остаются прежними.
Спасибо за внимание.
Оцените и поделитесь
Учебные пособия по измерителю мощности – Измерение
Yokogawa надеется, что ее измерители мощности внесут вклад в мир более чистого и эффективного использования энергии.Приведенное ниже руководство предназначено для помощи в измерении мощности.
Измерение
- Энергосбережение
- Теория электроэнергии
- Измерение отключений сети
- Приложения для измерения мощности и энергии
- Измерение мощности для энергосберегающего оборудования
Теория электроэнергии
Что такое электроэнергия
- Определение: Мощность за 1 час с использованием электроэнергии
- Изображение: Стоимость энергии для выполнения такой работы, как перемещение, освещение и отопление
Что такое Wh
- Определение: рабочая нагрузка электрической энергии
Электроэнергия постоянного тока (в статическом состоянии)
- В случае реального оборудования, управляемого постоянным током, входной уровень как постоянного напряжения, так и постоянного тока нестабилен.Следовательно, требуется измеритель мощности для измерения не только сигнала постоянного тока, но и входного переменного тока (переходного сигнала).
Электропитание переменного тока в состоянии синусоиды
В условиях синусоидальных входов мощность переменного тока рассчитывается по трем параметрам, таким как напряжение, ток и фазовый угол между этими формами сигналов. Фазовый угол определяется теоретически в зависимости от полного сопротивления нагрузки. Также входная частота влияет на погрешность измерителя мощности.
Импеданс идеальной нагрузки классифицируется как ниже
Сопротивление идеальной нагрузки классифицируется следующим образом:
- Сопротивление (без разницы фаз между V&A)
- Реактивное сопротивление (фаза тока с задержкой)
- Емкость (фаза прямого тока)
Коэффициент мощности
Определение: Отношение мощностей к введенной кажущейся мощности Отношение между параметрами электроэнергии (однофазное)
Примечание: ошибка коэффициента мощности
- Ошибка коэффициента мощности (разница в задержке фазового угла между входной цепью напряжения и цепью тока)
- Общая ошибка, включая ошибку коэффициента мощности
Погрешность измерения мощности рассчитывается путем суммирования погрешности измерения напряжения, погрешности измерения тока и погрешности фазового угла.
Входной сигнал искажен (форма волны)
Пик-фактор: отношение значения ПИКОВ к среднеквадратичному значению
Пик-фактор измерительного прибора и введенной формы волны
- Введенная форма сигнала: характеристика формы сигнала (измеренная функциональным измерителем мощности)
- Измерительный прибор: Спецификация (допустимый пик-фактор) измерителя мощности при условии отображения номинального значения диапазона на ДИСПЛЕЕ
Например: Condition – установка диапазона 2Arms и отображение 2Arms (номинальное значение диапазона)
Если спецификация измерителя мощности CF = 3, 2Arms * 3 = 6Arms * 3 = 6Arms допустимо для измерения.Таким образом, если входной сигнал составляет 0,2 Arms (10% диапазона), можно измерить 6Apk / 0,2Arms = 20 раз. В данном случае CF равен 20.
Мощность искаженного сигнала
Когда напряжение (также ток) состоит из постоянной составляющей, основной составляющей и многих гармонических составляющих, форма волны выражается следующим образом;
В этом состоянии мощность искаженного сигнала представляет собой сумму эффективной мощности идентичных частотных компонентов, содержащихся в напряжениях и токах, как показано ниже;
Следовательно, если формы сигналов напряжения и тока и эти частотные составляющие показаны, как показано на рисунке ниже, мощность рассчитывается с использованием ограниченных частотных составляющих частотного диапазона тока (более узкий частотный диапазон).Достаточно более узкой полосы пропускания.
RMS и истинное RMS
Истинное среднеквадратичное значение (вычисление среднеквадратичного значения): значение переменного напряжения или переменного тока, которое имеет такое же энергопотребление, как и значение постоянного напряжения / тока, когда оно вводится в чистое сопротивление. Например, 1Vrms и 1Vdc могут иметь одинаковую энергию. Выражение приведено ниже.
RMS (вычисление выпрямленного среднего): недорогой метод измерения или расчета для получения того же значения, что и метод истинного среднеквадратичного значения при условии синусоидального входа. Выражение приведено ниже.
Когда вводится синусоидальный сигнал, нет разницы между среднеквадратичным и истинным среднеквадратичным значением. Однако, если это искаженная форма сигнала, результат расчета будет другим. Это проблема.
В Японии JEMA (Японская ассоциация электрического машиностроения) решила использовать метод расчета RMS (Rectified MEAN) для измерения выходного напряжения инвертора типа PWM. Поскольку значение пропорционально выходному крутящему моменту приводимого в действие двигателя. Это важно для их уточнения.
Измерение трехфазной мощности
Трехфазная электрическая мощность может быть рассчитана как сумма каждого значения мощности с использованием трех отдельных измерителей мощности.
Кроме того, Theory of Brondel сообщила, что n-фазная электрическая мощность может быть измерена с помощью n-1 единиц измерителей мощности. Поэтому трехфазную мощность измеряют двумя измерителями мощности. Этот метод называется методом двух измерителей мощности и популярен в Японии.
- Трехфазная трехпроводная система (измерение 3-х напряжений, 3-х токов)
- Трехфазная трехпроводная система (измерение 2 напряжения, 2 тока)
Причины проблем при измерении трехфазной электрической мощности
Неправильное подключение (возникает часто.)
Влияние высокочастотного синфазного напряжения двигателя с инверторным приводом (в зависимости от случая для решения этой проблемы требуется ноу-хау).
Управляемость мощности
Измерение мощности и энергии
Импульсный источник питания
Импульсный источник питания адаптирован почти к бытовой технике и офисному оборудованию.
Введенная форма волны тока искажена, как импульсная волна, а также форма волны напряжения искажена в той же точке, что и ток.Он включает в себя так много гармонических составляющих из-за схемотехники типа конденсаторного входа.
Требования к измерителю мощности;
- Точное измерение в случае большой формы волны пик-фактора
- Широкий диапазон частот до компонентов искаженной формы входного сигнала
- Точность и линейность при малом токе на входе
Двигатель с инверторным приводом
Тип инвертора: ШИМ является основным методом, и ПАМ становится популярным
PWM (широтно-импульсная модуляция): скорость вращения двигателя регулируется с помощью изменения ширины импульса формы волны напряжения.И в ШИМ есть два типа методов. Один – это синусоидальная ШИМ, а другой – прямоугольная ШИМ. Синусоидальная или среднеквадратическая форма волны тока на входе двигателя.
PAM (Амплитудно-импульсная модуляция): Скорость вращения регулируется амплитудой напряжения. А форма сигнала как напряжения, так и тока квадратная. Следовательно, полоса частот измерительного прибора для тока требуется выше, чем у инвертора типа ШИМ.
Требования к измерителю мощности;
- Устойчивость к большим и высокочастотным синфазным напряжениям
- Широкий диапазон частот от постоянного тока до компонентов прямоугольной формы
Высокочастотная люминесцентная лампа
Инвертор для высокочастотной люминесцентной лампы
Обычно форма волны представляет собой треугольник или синусоидальную форму.А основная частота ниже 100 кГц. Также конверт вдвое превышает коммерческую частоту.
Требования к измерителю мощности;
- Устойчивость к большим и высокочастотным синфазным напряжениям
- Широкий диапазон частот от постоянного тока до компонентов несущей частоты
- Небольшие потери прибора (высокое сопротивление входа напряжения и низкое сопротивление входа тока
Измерение энергии (ватт-час)
Метод измерения колебаний электрической мощности (например: копировальный аппарат)
Требование счетчика мощности;
- Высокая точность и линейность от малой до большой мощности на одном диапазоне
- Высокая скорость отклика в зависимости от крутой формы входного сигнала
Разнообразие средств измерения мощности
Втч-метр индуктивного типа
Wh-метры индуктивного типа, основанные на принципе механического усреднения мгновенной мощности, измеряют электрическую энергию, потребляемую в доме, для выставления счетов.Гарантируется только коммерческие частоты 50/60 Гц.
1: катушка тока 2: короткое кольцо
3: подвижный диск 4: катушка регулировки фазы
5: сталь магнитного шунта 6: манганиновый резистор
7: катушка вторичного напряжения 8: катушка напряжения
Аналоговый указатель типа Измеритель мощности
Принцип: отталкивание магнитного поля, вызванное токами как неподвижных, так и подвижных катушек
Ограничения;
- Полоса частот (не может точно измерить компонент выше 400 Гц.)
- Динамический диапазон и точность, особенно при малом вводе
- Устойчивость к большим входным токам
Аналоговый тип расчета Цифровой измеритель мощности
Принцип: Метод нескольких аналоговых схем с временным разделением Схема умножения
Форма сигнала
Ограничения;
| ЙОКОГАВА 2533 |
Тип цифровой выборки Цифровой измеритель мощности
Принцип: метод цифровой фильтрации цифровых дискретизированных данных
Ограничения;
| YOKOGAWA WT2000 |
Метод измерения мощности для энергосберегающего оборудования
Точность измерения очень малого тока и мощности
Мы опасаемся, что в настоящее время в Японии мы не сможем получить какую-либо стандартную калибровку для малой мощности (условия малого тока) ниже 1 Вт (в режиме ожидания электрооборудования).Официальная калибровочная лаборатория JEMIC (Японская корпорация по контролю за электрооборудованием) может выполнять калибровку ниже только до 10 Вт. Поэтому компания Yokogawa попыталась показать ориентир точности для малой мощности как удар. Он состоит из суммирования погрешности напряжения, погрешности тока, погрешности фазового угла и специальной погрешности вычисления измерителя мощности.
Кроме того, все серии WT могут измерять небольшой ток ниже 2 или 3% от номинального значения диапазона, как показано на графике ниже. (Он показывает диапазон 500 мА для WT110.)
Пример ошибки линейности (0.Диапазон 5 А)
Электромонтажная техника для снижения потерь в КИП
Следует обратить внимание на снижение потерь в инструменте в случае измерения малой мощности ниже прибл. 0,5 Вт. Это вызывает сопротивление входной цепи напряжения. Если полное сопротивление составляет 1 МОм и входное напряжение 240 В, это влияет на +0,058 Вт, что составляет более 10% от целевого значения.
В таком случае мы должны проверить метод подключения, описанный в руководстве по эксплуатации, как показано ниже;
Рекомендуемый способ подключения для измерения малых токов
Искаженная форма волны (пик-фактор)
Если форма кривой тока искажена и имеет большую характеристику пик-фактора, например, импульсный источник питания конденсаторного типа, диапазон измерения тока должен быть выбран правильно.В противном случае измеренное значение будет неточным, потому что пиковая часть сигнала не учитывается или выбирается больший диапазон тока.
В таком случае программа Energy Star решает установить правильный диапазон после измерения пикового тока и выбора подходящего диапазона.
| Объект: телевизор, видеомагнитофон, компьютерный принтер, копировальный аппарат, факс |
Измерение Втч для оборудования с колебаниями мощности
Когда тренд уровня мощности (или тока) колеблется, как показано на рисунке ниже, некоторые измерители мощности не могут обнаруживать и измерять небольшое или быстрое изменение мощности (или тока).В частности, это влияет на функцию измерения ватт-часов (интегрирование). Следовательно, мы должны проверить нижний предел и время отклика измерителя мощности перед его использованием. Холодильник, ПК
Измерение полосы пропускания
Вообще говоря, формы сигналов напряжения и тока электрооборудования в последнее время искажаются. Следовательно, требуется широкая полоса измерения.
Чтобы измерить цель с точностью до 0,1%, треугольная форма волны требует измерения ширины полосы частот в 5 раз относительно основной частоты и в 200 или более раз для прямоугольной формы волны теоретически.Также следует обратить внимание на точность измерения на высоких частотах.
Однако ширина полосы частот зависит от полосы пропускания параметра более низкой частоты, как объясняется в этом документе. Следовательно, ширина полосы частот не является первым приоритетом для искаженного сигнала.
Влияние синфазного напряжения
синфазное напряжение; Он располагается между землей и целевым оборудованием, и колебательное напряжение обычно добавляется к клеммам Hi и Lo.
Если импеданс между контурами контуров Hi (R1 + Z1) и контурами Lo (R2 + Z2) различается, ток становится различным в двух контурах, и возникает дифференциальное напряжение между входными клеммами, что вызывает ошибку измерения.
| Входные клеммы напряжения закорочены и подключены к одной линии цели. И токовые входные клеммы открываются и подключаются в одну линию, как показано на правом рисунке. Влияние отображается как значение измерения в соответствии с приведенными ниже выражениями. |
Метод усреднения с использованием функции AVE
Некоторое оборудование, использующее метод прерывистой работы (или управления) для снижения энергопотребления в режиме ожидания, требует длительного измерения и функции усреднения до следующего колебания, как показано на рисунке ниже.
Как правило, измеритель мощности установил период измерения и цикл обновления. Следовательно, при измерении такого оборудования следует установить настройку самого длительного периода.А если этого недостаточно, следует включить функцию усреднения.
Важно установить период усреднения в соответствии с формой входного сигнала, например, PZ4000.
YOKOGAWA PZ4000
Период наблюдения входного сигнала
- Осциллограф (метод цифровой выборки)
- Измеритель мощности (как аналоговый расчет, так и метод цифровой выборки)
Как рассчитать точность измерения мощности
Электрическая мощность в ваттах никогда не измеряется напрямую никакими приборами; он всегда рассчитывается на основе измерений напряжения и тока.Самый простой пример этого – постоянное (неизменное) напряжение и ток: мощность в ваттах – это просто произведение постоянного напряжения и постоянного тока:Таким образом, точность измерения мощности (которая рассчитывается на основе отдельных измерений напряжения и тока) зависит от точности отдельных измерений V и I.
Например, вы можете использовать мультиметр для измерения напряжения и напряжения, а также для расчета мощности. Точность этих отдельных измерений обычно указывается как процент от показания плюс процент диапазона, который является смещением.(Обратите внимание, что «точность» здесь на самом деле означает «неточность», поскольку мы вычисляем погрешность, связанную с измерением.)
Давайте воспользуемся примером измерения 20 В постоянного тока и 0,5 постоянного тока, исходя из которого мы рассчитаем мощность, равную 10 Вт. Мы хотим чтобы узнать ошибку, связанную с этим измерением 10 Вт. Просматривая характеристики типичного мультиметра (например, популярного Keysight 34401A), мы находим следующие годовые характеристики:
Погрешность напряжения постоянного тока (диапазон 100 В): 0,0045% от показания + 0.0006% диапазона
Погрешность постоянного тока (диапазон 1 А): 0,1% от показания + 0,01% от диапазона
Погрешность (±), связанная с измерением напряжения (20 В):
Таким образом, когда показание измерения составляет 20,0000 В, фактическое напряжение может быть любым значением от 19,9985 В до 20,0015 В, поскольку с этим показанием связана ошибка 1,5 мВ.
Погрешность (±), связанная с измерением тока (0,5 А):
Итак, когда показание измерения равно 0.5 А, фактический ток может быть любым значением от 0,4994 А до 0,5006 А, поскольку с этим показанием связана ошибка 0,6 мА.
Теперь мы можем выполнить наихудший расчет ошибки, связанной с расчетным измерением мощности, которая является произведением напряжения и тока. Наименьшее возможное значение мощности является произведением наименьших значений V и I: 19,9985 В x 0,4994 A = 9,98725 Вт. Максимально возможное значение мощности является произведением наибольших значений V и I: 20,0015 В x 0,5006 A = 10.01275 Вт. Таким образом, ошибка (±), связанная с измерением мощности 10 Вт, составляет ± 12,75 мВт.
Вышеупомянутый метод грубой силы для определения значений наихудшего случая. Можно показать, что процент считывающей части ошибки измерения мощности может быть очень близко аппроксимирован суммой процентов ошибок считывания для V и I. Аналогичным образом можно показать, что часть смещения ошибки измерения мощности может быть очень близко аппроксимирован суммой показаний напряжения, умноженных на ошибку смещения тока, и текущих показаний, умноженных на ошибку смещения напряжения:
Применяя это уравнение к приведенному выше примеру для диапазонов 100 В и 1 А при 20 В, 0.5 А:
Итак, для 10 Вт получаем:
Как видите, это тот же результат, что и при использовании метода грубой силы. Разве не здорово, когда математика работает так, как вы ожидаете?!?!
Таким образом, ошибка, связанная с измерением мощности, вычисляемая как произведение измерения напряжения и тока, состоит из двух частей, как и ошибки V и I: часть в% от считываемого значения и часть смещения. Процент считывающей части близко аппроксимируется путем добавления% считываемой части для измерений V и I.Часть смещения близко аппроксимируется сложением двух произведений: показание напряжения, умноженное на ошибку смещения тока, и показание тока, умноженное на ошибку смещения напряжения. Это так просто!
3.13: процент ошибки – Chemistry LibreTexts
- Последнее обновление
- Сохранить как PDF
- Ошибка в процентах
- Сводка
- Соавторы и атрибуция
Сложное электронное оборудование может содержать несколько резисторов, которые контролируют напряжение и ток в электрической цепи.При слишком большом токе аппарат выходит из строя. И наоборот, слишком низкий ток означает, что система просто не будет работать. Значения резисторов всегда указываются с диапазоном погрешности. Резистор может иметь заявленное значение 200 Ом, но диапазон погрешности составляет \ (10 \% \), что означает, что сопротивление может быть где-то между 195 и 205 Ом. Зная эти значения, специалист по электронике может спроектировать и отремонтировать оборудование, чтобы убедиться, что оно функционирует должным образом.
Ошибка в процентах
Отдельное измерение может быть точным или неточным, в зависимости от того, насколько оно близко к истинному значению.3 \). Ошибка эксперимента – это разница между экспериментальными и принятыми значениями.
\ [\ text {Ошибка} = \ text {экспериментальное значение} – \ text {принятое значение} \]
Если экспериментальное значение меньше принятого значения, ошибка отрицательная. Если экспериментальное значение больше принятого значения, ошибка положительная. Часто ошибка указывается как абсолютное значение разницы, чтобы избежать путаницы с отрицательной ошибкой. Ошибка процентов – это абсолютное значение ошибки, деленное на принятое значение и умноженное на \ (100 \% \).3} \ times 100 \% = 9,26 \% \]
Если экспериментальное значение равно принятому значению, процентная погрешность равна 0. По мере уменьшения точности измерения увеличивается процентная погрешность этого измерения.
Резюме
- Приведены определения допустимых и экспериментальных значений.
- Показаны расчеты погрешности и ошибки в процентах.
Авторы и авторство
Фонд CK-12 Шарон Бьюик, Ричард Парсонс, Тереза Форсайт, Шонна Робинсон и Жан Дюпон.
– Inst Tools
Амперметр измеряет электрический ток. Он может быть откалиброван в амперах, миллиамперах или микроамперах. Для измерения тока амперметр должен быть включен последовательно с проверяемой схемой (как показано на рисунке 1 ниже).
Рисунок 1: Амперметр
Когда амперметр включен последовательно с цепью, он увеличивает сопротивление этой цепи на величину, равную внутреннему сопротивлению измерителя R m .
Приведенное ниже уравнение представляет собой математическое представление тока без установленного счетчика.
Приведенное ниже уравнение представляет собой математическое представление тока при установленном в цепи измерителе.
Точность амперметра K A – это отношение тока, когда измеритель находится в цепи, I w , к току, когда измеритель находится вне цепи, I o .
Приведенное ниже уравнение представляет собой математическое представление для определения точности амперметра (K A ).
Согласно законам замещения, приведенное ниже уравнение представляет собой математическое представление точности с использованием сопротивления цепи.
Процент погрешности нагрузки – это процент погрешности из-за эффектов нагрузки, возникающих в результате добавленного сопротивления измерителя.
Уравнение ниже представляет собой математическое представление ошибки загрузки в процентах.
% погрешности нагрузки = (1 – K A ) (100%)
Вторая ошибка амперметра – это ошибка калибровки.Ошибка калибровки – это ошибка, которая возникает из-за неточно маркированных циферблатов счетчика. Типичные значения погрешности калибровки по току полной шкалы составляют около 3 процентов.
Пример:
Амперметр с отклонением полной шкалы 10 мА и внутренним сопротивлением 400 Ом помещается в цепь с источником питания 20 В и резистором 2 кОм.
Рисунок 2: Точность амперметра
Находят:
- точность
- % ошибка загрузки
- истинный ток
- измеряемый ток
Расчет точности
К А = R / (Ro + Rm)
К А = 2000 / (2000 + 2000)
К А = 0.833 или 83,3%
Рассчитать% погрешности загрузки
% погрешности нагрузки = (1 – K A ) (100%)
% погрешности нагрузки = (1 – 0,833) (100%)
% погрешности загрузки = 16,7%
Рассчитать истинный ток
Io = 20/2000
Io = 0,01 A или 10 мА
Рассчитать измеренный ток
Iw = 20 / (2000 + 400)
Iw = 8,33 мА
Амперметр с полной шкалой I м можно шунтировать с помощью резистора R SH для измерения токов, превышающих I м (как показано на рисунке).Причина для шунтирования амперметра состоит в том, чтобы расширить диапазон амперметра и, таким образом, измерить токи, превышающие исходное значение полной шкалы.
Рисунок 3: Амперметр с шунтом
В соответствии с действующим законодательством Кирхгофа,
I SH = I T – I мПоскольку напряжение на шунте должно быть равно напряжению на амперметре, сопротивление шунта рассчитывается следующим образом:
Следовательно, входное сопротивление шунтированного амперметра связано с сопротивлением измерителя и шунта.Приведенное ниже уравнение представляет собой математическое представление этой взаимосвязи.
ПРИМЕЧАНИЕ. При вычислении точности для шунтированного амперметра используйте R m ‘вместо R m
Приведенное ниже уравнение представляет собой математическое представление взаимосвязи между входным напряжением и током на амперметре и значением входного сопротивления.
Пример:
Амперметр с сопротивлением 100 Ом измерителя и током отклонения полной шкалы 4 мА должен быть шунтирован для измерения токов от 1 до 20 мА.
Находят:
- R SH
- R м ‘
Решение:
R SH = (I м R м ) / (I m – R м )
R SH = 4 x 100 / (20-4)
R SH = 25 Ом
R м ‘= (I m R m ) / I T
R м ‘= 4 × 100/20
R м ‘= 20 Ом
Микроволны101 | Power Meter Measurements
Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу страницу, посвященную точке сжатия
Щелкните здесь, чтобы перейти на страницу линейной интерполяции для Excel
Щелкните здесь, чтобы перейти на страницу с описанием децибел
Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу страницу по метрологии
Вот ссылка на форум на веб-сайте TEGAM по теме калибровки датчиков мощности, который вы можете посетить, чтобы узнать больше по этой теме.По их словам:
КомпанияСовсем недавно мы запустили форум для метрологов, которые калибруют датчики мощности ВЧ. Цель состоит в том, чтобы предоставить подробную помощь по различным темам, с которыми наши клиенты сталкиваются на протяжении всего процесса калибровки. Это приводит к тому, что мы оказываем поддержку не только нашей продукции, но и оборудованию всех основных производителей. Мы хотели бы способствовать развитию форума.
TEGAM предоставила нам свое указание по применению для расчета коэффициента калибровки, которое отображается ниже на этой странице.Нажмите здесь, чтобы спрыгнуть!
Измеритель мощности – одно из самых полезных испытательных устройств в микроволновой лаборатории. Хорошо изучите его, и вы сможете охарактеризовать всевозможные нелинейные характеристики передачи мощности схемы, такие как усилители, смесители, ограничители и т.д. скалярный анализатор, но за небольшую часть стоимости оборудования. Вы можете найти бывшие в употреблении измерители мощности и датчики мощности HP на E-bay всего за несколько сотен долларов благодаря постоянно развивающейся индустрии беспроводной связи.
В этой главе Microwaves101 вы узнаете наиболее удобный и точный способ измерения определенных точек сжатия (P1dB, P2dB и т. Д.) Таких устройств, как усилители и микшеры, используя удивительно простой метод. Вы узнаете, как измерять и наносить на график такие данные, как:
1. Коэффициент усиления выходной мощности и КПД усилителя в зависимости от входной мощности на фиксированной частоте
2. Компрессия усилителя на один дБ в зависимости от частоты в различных точках смещения
3. Компрессия на один дБ смесителя в зависимости от частоты при разных мощностях гетеродина.
Кстати, здесь мы обсуждаем CW или измеритель средней мощности измерений. Мы опишем использование измерителей пиковой мощности позже. Если вас интересуют измерения пиковой мощности или другая тема, напишите нам!
Приступим. Вот индекс для этой страницы:
Основы измерителя мощностиГоловки силовые
Силовая установка силовых головок
Коэффициент калибровки
Калибровка измерителя мощности
Погрешности измерения измерителя мощности
Ошибки из-за стоячих волн
Ошибки из-за нелинейности силовой головки
Ошибки из-за конечной направленности ответвителя
Расчет коэффициента калибровки (новинка сентября 2010 года!)
«Лучшая установка» для измерения характеристик передачи мощности
Настройка силового испытательного стенда для DUT
Калибровка силового испытательного стенда
Подробный пример процедуры измерения
Безболезненное нахождение точек сдавливания
График характеристик передачи мощности
Измерение обратных потерь с помощью измерителей мощности
Основы измерителя мощности
Измерители мощностисегодня почти всегда цифровые.Они преобразуют аналоговый сигнал с сопротивлением 50 Ом в четырехзначное отображение мощности в ваттах, милливаттах или микроваттах или в децибелах милливаттах (дБм). Девять из десяти инженеров по СВЧ предпочитают децибелы для измерения мощности, и вы тоже сделаете это, если поймете, как думать в дБ.
Безусловно, лучшим измерителем мощности для вашей микроволновой испытательной установки является двойной измеритель мощности Hewlett Packard или (Agilent) 438A (или двойной измеритель мощности Keysight E4419B для тех из вас, у кого более современная лаборатория, поскольку E4419B заменил измеритель мощности 438A). метр).
Двойной измеритель мощности Keysight 438A позволяет проводить относительные измерения между двумя силовыми головками (A относительно B или B относительно A) без использования макулатуры или калькулятора. Эта функция позволяет автоматически отслеживать соотношение между входной и выходной мощностью устройства в диапазоне уровней мощности, а напрямую, , считывает компрессию усиления без построения Pin / Pout.
Другой весьма полезной особенностью HP438A является его способность снимать показания относительно показаний той же самой силовой головки , которые вы храните в памяти.Это делается нажатием кнопки «REL» (относительное измерение). Еще одна отличная особенность – это возможность добавлять смещения к любой из силовых головок. Это очень полезно, когда вам нужно исключить потери за пределами тестируемого устройства из ваших измерений (что почти всегда).
Головки силовые
Силовые головки – это датчики, которые преобразуют радиочастотные и микроволновые сигналы в аналоговые напряжения, которые считываются и регистрируются измерителем мощности. В силовых головках используются три типа датчиков.Первые два, термисторные и термопарные датчики, преобразуют «тепло» падающего сигнала в напряжение, пропорциональное мощности. Термисторные силовые головки считаются «старомодными»: если вы видите какие-либо из них в своей лаборатории, они подключены к старому аналоговому измерителю, например HP / Agilent 432A. Третий тип – это диодный детектор, который преобразует сигнал в постоянное напряжение. Диодные детекторы обеспечивают более низкий диапазон мощности, чем термисторные силовые головки (и более низкую максимальную безопасную мощность), поэтому, если вы используете силовую головку, которая измеряет до -75 дБмВт, скорее всего, вы используете силовую головку диодного детектора.Еще один намек на то, что вы используете диодный детектор, заключается в том, что компания Keysight использует суффикс «D» для обозначения диода, как в «8487D». Исключением из этого правила является устаревшая силовая головка диодного детектора 8484A.
Если вы хотите узнать больше о силовых головках, на веб-сайте Keysight есть отличное примечание по этой теме и еще миллиону других.
Для измерений измерителем мощности вам потребуется выбрать одну или несколько головок мощности. Широко доступные силовые головки Keysight серии 8480 показаны в следующей таблице (некоторые из них к настоящему времени могут быть устаревшими).Важно оставаться в пределах «наилучшего» диапазона отклика мощности усилителя («отбросьте нижние десять дБ и верхние пять дБ его диапазона»). Например, если указана мощность напора от -75 до -20 дБм, не пытайтесь использовать его ниже -65 дБм, иначе вы получите медленное время установления и нестабильные результаты.
Таблица 1. Примеры возможностей силовой головки Keysight, серия 8480 | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Номер модели HP | Диапазон частот | Указанный диапазон мощности (дБм) | Лучший диапазон мощности (дБм) | Максимальная входная мощность (дБм) | Разъем RF |
| 8481A | 10 МГц до 18 ГГц | -35 до +20 | -25 до +15 | 25 | N |
| 8481H | 10 МГц до 18 ГГц | -15 до +35 | -5 до +25 | 35 | N |
| 8482A | 100 кГц от до 4 ГГц | -35 до +20 | -25 до +15 | 25 | N |
| 8484A | 10 МГц до 18 ГГц | от -75 до -20 | от -65 до -25 | 20 | N |
| 8485A | 50 МГц от до 26.5 ГГц | -30 до +20 | -20 до +15 | 25 | 3,5 мм |
| 8487D | от 50 МГц до 50 ГГц | от -75 до -20 | от -65 до -25 | 20 | 2,4 мм |
| R8486A | от 26,5 до 40 ГГц | -30 до +20 | -20 до +15 | 25 | WR-28 |
Силовая установка силовых головок
Никогда не превышайте максимальную номинальную мощность используемых вами силовых головок.Стоимость замены силовой головки, взорванной из-за превышения максимальной мощности, составляет от 1 до 3 тысяч долларов, в зависимости от того, какую из них вы уничтожите. Вы всегда можете «увеличить» диапазон мощности силовой головки, добавив к ее входу аттенюатор, который можно убрать математически. Убедитесь, что выбранный аттенюатор также может справиться с мощностью. Обратите внимание, что «аттенюатор мощности для бедняков» всегда можно сконструировать из ответвителя и мощной нагрузки. Например, ответвитель 10 дБ с нагрузкой 10 Вт дает аттенюатор 10 дБ / 10 Вт, измеренный через связанный порт.
Калибровочный коэффициент
Силовые головки преобразуют РЧ-мощность в аналоговое напряжение, обычно в соответствии с квадратичной характеристикой. Калибровочный коэффициент (калибровочный коэффициент, или CF) силовой головки является мерой разницы между тем, что она в идеале измеряет, и тем, что она фактически измеряет независимо от уровня мощности в зависимости от частоты. Калибровочный коэффициент обычно составляет процентное значение меньше 100% (например, 97,5%, но в некоторых ситуациях калибровочный коэффициент может быть выше 100%. Ваша силовая головка будет иметь калибровочный коэффициент в зависимости от частоты прикреплен к нему.Надеюсь, метрологи не наклеят стикер на эти важные данные!
Опытный лабораторный крыс всегда настраивает силовую головку так, чтобы таблица калибровочных коэффициентов была доступна для чтения после завершения настройки измерения. Обратите внимание на такие детали!
Узнайте, как измеряются коэффициенты калибровки, здесь.
Интерполяция калибровочного коэффициента на частотах между точками данных
Посмотрите эту страницу!
Калибровка измерителя мощности
Перед тем, как начать калибровку измерителя мощности HP 438A, нажмите кнопку предварительной настройки, чтобы перевести измеритель в известное состояние.Это устраняет все смещения, фильтрацию и другие странные вещи, оставшиеся от последнего пользователя, которые могут испортить ваши измерения и испортить вам день. Согласно руководству HP, глюкометру требуется один час для прогрева для достижения полной точности. Съешьте еще один пончик.
Калибровка измерителя мощности – это двухэтапный процесс. Сначала следует обнулить счетчик. При обнулении счетчика убедитесь, что на него нет падающей РЧ-мощности, отключив все источники на столе. Обе силовые головки следует обнулять примерно каждые два часа во избежание дрейфа.Время от времени счетчик вежливо попросит вас «ПОЖАЛУЙСТА, НОЛЬ», это нормально. Опять же, просто убедитесь, что на силовой головке нет посторонних сигналов, когда вы обнуляете ее.
Вторая часть калибровки силовой головки – это «калибровка». Здесь измеритель мощности подает очень стабильный сигнал 50 МГц, 1000 мВт на силовую головку в качестве опорного уровня и внутренне регулирует усиление измерителя в соответствии с характеристиками конкретного датчика мощности. Начните с прикручивания силовой головки к выходу опорного генератора измерителя мощности.Используйте минимально возможное количество адаптеров (и никаких кабелей) между измерителем мощности и силовой головкой, но не беспокойтесь об этом, поскольку большинство вещей вносят незначительные потери на частоте 50 МГц. Для силовых головок с наивысшей чувствительностью, таких как 8484A и 8487D, вам потребуется вставить прецизионный аттенюатор 11708A 30 дБ / 50 МГц между силовой головкой и выходом опорного генератора, чтобы создать стабильный сигнал микроватт в 1.000 микроватт. Помните, что аттенюатор 11708A – это элемент калибровки , и НИКОГДА не следует использовать в испытательной установке.Затем нажмите кнопку «CAL ADJ». Затем введите калибровочный коэффициент 50 МГц, напечатанный на боковой стороне силовой головки (обычно 100%), нажмите «ENTER», и измеритель сделает свое дело. Если вы хотите проверить результаты шага калибровки (настоятельно рекомендуется для новичков!), Оставьте силовую головку подключенной к опорному генератору, введите калибровочный коэффициент на 50 МГц и снова включите генератор. Измеритель должен показывать 0,00 дБмВт или 1000 мВт. Процедуру калибровки необходимо выполнить для обеих силовых головок двойного измерителя мощности не более чем за 4 часа до измерения.
Наконец, вам необходимо ввести калибровочный коэффициент для той частоты работы, на которой вы будете проводить тестирование. Эта информация напечатана на боковой стороне силовой головки и обычно представляет собой число от 90% до 100%. Если вы используете неправильный калибровочный коэффициент на несколько процентов, ошибка обычно невелика. Например, если вы оставите калибровочный коэффициент на 100% после настройки калибровки, но он должен быть установлен на 98% для ваших измерений, ваши данные будут на 0,09 дБ меньше (равно 10xlog [0,98]). Если вы хотите быть сверхточным, вы можете интерполировать калибровочный коэффициент при измерении частот, которые попадают между точками калибровки, которые обычно составляют каждый гигагерц.
Одна вещь, которую следует учитывать, когда вы проводите измерения мощности в широком диапазоне частот … вместо того, чтобы вводить калибровочный коэффициент (-ы) каждый раз, когда вы меняете частоту, вы можете оставить калибровочный коэффициент, установленный на 100%, и внести поправки в данные позже в электронной таблице. Вы должны использовать электронную таблицу, чтобы отслеживать потери в сети ввода и вывода и другие вещи, не говоря уже о построении графиков данных, так что здесь нетрудно ввести калибровочные коэффициенты. Черт возьми, вы даже можете использовать его для надоедливой линейной интерполяции между откалиброванными частотными точками в электронной таблице! Способ исправить данные, полученные с использованием 100% CF, состоит в том, чтобы разделить измеренные данные (в ваттах, милливаттах или микроваттах, но не в дБмВт) на соответствующий калибровочный коэффициент в каждой частотной точке.
Погрешности измерения измерителя мощности
С помощью измерителя мощности легко получить данные о мощности. Получить точные и повторяемые данные не так-то просто, если вы не понимаете все проблемы, которые могут возникнуть, так что слушайте!
Ошибки из-за стоячих волн
Существенным источником ошибок при измерениях измерителя мощности является коэффициент стоячей волны, возникающий при ударе силовой головки о ИУ. КСВН силовой головки обычно низкий (например, от 1,18: 1 до 12,4 ГГц для силовой головки 8481A).Более серьезной проблемой обычно является ваше тестируемое устройство. Предположим, вы тестируете усилитель с КСВН 3,0: 1 (r = 0,5) с силовой головкой 1,18: 1 (r = 0,082). Поскольку у нас нет удобного греческого алфавита на этом веб-сайте, просто представьте, что предшествующее «r» было «rho» … Высокая и низкая ошибки могут быть рассчитаны как:
Ошибка мощности в восемь процентов – это значительная ошибка в 0,36 дБ. Вы можете избежать ошибок КСВ, если используете аттенюаторы на обеих сторонах тестируемого устройства, чтобы уменьшить его КСВ.Конечно, вам придется математически удалить эти потери из ваших окончательных данных.
Ошибки из-за нелинейности силовой головки
Как упоминалось ранее и описано в Таблице 1, важно, чтобы силовые головки работали в пределах их наилучшего диапазона мощности, чтобы уменьшить ошибки линейности. Вы можете определить ошибку линейности вашей установки, установив «сквозное» соединение вместо DUT, отображая соотношение мощности A / B, установленное относительно самой низкой входной мощности вашего эксперимента. Затем увеличьте входную мощность до максимальной, наблюдая за показаниями A / B.Если настройка выполнена правильно, вы не увидите ошибок более +/- 0,1 дБ в диапазоне мощности 20 дБ или более.
Замечание о вышеуказанном тесте на линейность … для тестируемых устройств со значительным усилением или потерями вы не будете проводить сравнение линейности тестовой установки с тестируемым устройством и без него, если вы не приложите дополнительные усилия. в это. Если вы характеризуете усилитель с усилением 20 дБ, вы можете протестировать усилитель с аттенюатором 20 дБ на его выходе. Тогда чистое усиление с и без ИУ будет примерно одинаковым (ноль дБ), так что вы можете использовать одну и ту же головку мощности в том же диапазоне мощности.Или вы можете поменять местами силовые головки между этапами калибровки и измерения. Не теряйте сон из-за “сквозной” проверки линейности, просто убедитесь, что держите силовые головки в пределах их “счастливого диапазона”.
Ошибки из-за конечной направленности ответвителя
Скоро в продаже!
Расчет калибровочного коэффициентаИз прикладной записки TEGAM 218
Щелкните здесь, чтобы перейти на новую страницу Metrology
Новинка сентября 2010 года! Ниже приводится описание того, как точно рассчитываются коэффициенты калибровки благодаря TEGAM.
При использовании измерителя ВЧ мощности с датчиком ВЧ мощности для измерения ВЧ мощности пользователь должен знать, что измерение является точным и прослеживается до известного стандарта. Все диодные, термоэлектрические и термисторные датчики мощности имеют калибровочные коэффициенты, связанные с конкретными частотами, которые используются для обеспечения точного измерения мощности. Технические специалисты и инженеры используют эти калибровочные коэффициенты при проведении измерений; но откуда на самом деле берутся эти калибровочные коэффициенты?
Калибровочный коэффициент датчика оконечной мощности, если это датчик замещения постоянного тока, связывает изменение мощности замещения постоянного тока с общей мощностью РЧ, падающей на датчик.Для этой цели под падающим сигналом понимается вся радиочастотная волна, распространяющаяся к плоскости отсчета датчика, включая мощность, которая впоследствии отражается. На схеме потока сигналов падающая мощность равна P i = | a l | 2 .
Калибровочный коэффициент настройки калибровки сквозной мощности, опять же, если монитор является датчиком с замещением постоянного тока, связывает изменение замещаемой мощности постоянного тока в мониторе с мощностью, подаваемой из порта DUT в нагрузку точно с номинальной характеристикой. полное сопротивление системы, или Z 0 .Если мы думаем о сквозном порте DUT как о выходе выровненного генератора, то выход для идеальной нагрузки будет P gZ0 .
Так для оконечного датчика (с использованием нижнего индекса «M» после нумерации деталей Weinschel):
А для проходной стойки (буква «F» означает «сквозной»):
Где:
k M = Калибровочный коэффициент оконечной опоры
k F = Калибровочный коэффициент проходной опоры
P SubM = Концевая опора измеряемой мощности
P SubF = Проходная измеренная мощность крепление
При всех калибровках коэффициенты калибровки передаются от опорного контура на проходной штатив, а затем в тестируемое устройство.В некоторых процедурах эта передача происходит за один сеанс, а в других время экономится за счет однократной передачи в сквозной канал и последующего использования этого коэффициента калибровки сквозного соединения для калибровки DUT в течение некоторого времени.
В идеальном мире оконечный датчик представлял бы идеальную нагрузку, а затем, реорганизовав два вышеупомянутых определения с равной падающей и выходной мощностью, мы получили бы,
Поскольку датчики мощности всегда являются несовершенными нагрузками, требуется дополнительный анализ и иногда корректировка.
На рисунке 1 показана схема потока сигналов двух однопортовых устройств, соединенных вместе. Левый порт является «выходным» или «портом генератора» и обозначен на схеме индексом «g». Правый порт является «входным» или «загрузочным» портом и обозначается индексом «l». Из диаграммы ясно, что отражения порта, обозначенные гамма-векторами, обычно приводят к тому, что мощность, которую порт генератора будет выдавать в идеальную нагрузку, P gZ0 , не равна мощности P i, , падающей на нагрузку.Мы действительно должны принять во внимание комбинацию отражений или «совпадение портов», чтобы прийти к общему пониманию передачи калибровки.
Начните со схемы прохождения сигналов. В этом случае Генератор «g» представлен идеальным источником «s» и его отражением от порта, а датчик называется нагрузкой «l».
Рисунок 1 – Схема прохождения сигнала
Из диаграммы,
Но также,
Таким образом, подставляя второе уравнение в первое:
А затем переставить для сбора b g :
Теперь перепишем как power, подставив в P gZ0 = | b s | 2 , а Pi = | b g | 2 :
Вооружившись этим последним результатом и назвав стойку сквозной передачи (индекс F) «генератором» (индекс g), а конечный датчик (индекс M) – «нагрузкой» (индекс l) и подставив в определения для калибровочного фактора из предыдущего, мы получаем более общее уравнение для передачи между сквозным и оконечным датчиком:
Где:
km = Калибровочный коэффициент оконечной опоры
k F = Калибровочный коэффициент проходной опоры
P SubM = Концевая опора измеряемой мощности
P SubF = Проходная опора для измерения мощности
Гамма-коррекция, полные векторные данные, оконечное крепление
F = гамма-коррекция, полные векторные данные, сквозное крепление
Теперь в этом общем уравнении гамма-члены – это параметр рассеяния на отражении для соответствующего порта, указанного в нижнем индексе.Гамма – это комплексный вектор со скалярными значениями, обозначающими действительную и мнимую величины:
В общем уравнении переноса термин является скалярным термином «гамма-коррекция» или «согласование портов». Однако внутри скобок абсолютного значения находится векторное вычитание. Расширяя, чтобы сделать углы явными, это становится:
Где i представляет, или «мнимую» составляющую.
Абсолютное значение или длина вектора определяется формулой Пифагора, которая представляет собой квадратный корень из квадрата величин действительной и мнимой составляющих. Удобно, что мы ищем квадрат величины, поэтому нам не нужно беспокоиться о части квадратного корня. Наш поправочный член становится скаляром,
.Когда квадраты оцениваются, это расширяется до:
Отметив, что если мы соберем два члена, начинающиеся с, мы получим
Член всегда тождественно равен 1, поэтому окончательное упрощенное уравнение принимает вид
Или комбинируя этот результат с общим уравнением переноса,
Если мы посмотрим на скалярный результат члена несоответствия, то часть «1» – это то, что произошло бы, если бы хотя бы один из портов был «идеальным» или не имел отражения.В этом случае одно из значений равно нулю. Самый правый элемент имеет величину, которая обычно настолько меньше среднего члена, что ее можно игнорировать для большинства соединений.
Средняя часть ,, содержит основную часть влияния несовпадения портов. Поскольку она умножается на k, чувствительность к этому изменению равна k, или примерно 1. В передаче НЕИСПРАВЛЕНО эта часть представляет собой вероятную ошибку передачи. Поскольку мы не можем знать углы в нескорректированной передаче, мы позволяем cos () принимать пределы +/- 1 и говорим, что неопределенность неисправленной передачи равна.Это немного пессимистично, потому что это скорее наихудший случай, чем вероятность, но это то, что обычно делает отрасль. Если rhos не измерялся на скалярном анализаторе, мы должны использовать значения производителя для наихудшего случая.
В некоторых распространенных методах калибровки датчика мощности не всегда используется гамма-коррекция. Вероятно, можно было бы привести аргумент, что это разумная практика на более низких частотах. Обычно мы видим это на частотах 18 ГГц и ниже. Значение 0 будет вставлено, чтобы сделать эту часть формулы «1».
Таким образом, формула будет выглядеть так:
Эта редакция исходной формулы предполагает множество вещей, которые не обязательно верны. Вещи, которые не обязательно проявляются на более низких частотах, но обязательно будут проявляться на более высоких частотах, когда разъемы меняются с очень прочного разъема N-типа на более чувствительные разъемы 3,5 мм и 2,4 мм.
Глядя на рисунок 2, мы можем получить практическую визуализацию взаимосвязи между коэффициентом калибровки, гаммой и эффективной эффективностью.
Рисунок 2 – Взаимосвязь между калибровочным коэффициентом, гаммой и эффективной эффективностью
«Лучшая установка» для измерения характеристик передачи мощности
На рисунке 1 ниже показана очень полезная установка для измерения Pin / Pout, основанная на многолетнем опыте работы в лаборатории. Этот испытательный стенд можно автоматизировать с помощью LabView, если вам так хочется, но он вполне подходит для ручного сбора данных. Эта установка использует возможность измерения относительной мощности A / B двойного измерителя мощности, чтобы быстро находить точки сжатия тестируемого устройства (DUT), даже не отображая никаких данных.Установку можно использовать для измерения P1dB двухпортовых сетей (усилитель, лимитер, умножитель), а также трехпортовых сетей (преобразователи частоты, такие как смесители).
Рисунок 1. Стенд силовых испытаний в действии
Как показано на рисунке, вам понадобится один источник радиочастотного сигнала для измерений усилителя и два – для измерений смесителя. Помимо необходимости во втором источнике, существуют и другие ключевые различия между измерением усилителя и измерением смесителя. Например, вам нужно будет отслеживать потери входных и выходных сетей, а также калибровочные коэффициенты напора мощности на различных входных и выходных частотах (RF и LO) для измерений смесителя.
Убедитесь, что используемые вами источники способны обрабатывать частоты RF и LO, которые требуются вашему тестируемому устройству. Вам следует выбирать синтезированные генераторы развертки вместо устаревших разверток, чтобы минимизировать частотные ошибки. Хотя многие источники имеют встроенную функцию переменного аттенюатора, которая позволяет вам контролировать уровень мощности РЧ, вам следует рассмотреть возможность использования внешнего бесступенчатого аттенюатора для управления уровнем сигнала, как показано, поскольку таким образом вы можете быстро настроить сигнал на в пределах нескольких сотых дБ.Нам нравится использовать для этой цели волноводные пластинчатые аттенюаторы.
Источник сигнала 1 должен обеспечивать уровень мощности, необходимый для хорошего сжатия тестируемого устройства, а источник 2 должен обеспечивать надлежащий уровень мощности гетеродина для испытаний смесителя. Для высоких уровней мощности вы можете добавить усилители мощности к любому источнику, но вам, возможно, придется учитывать влияние широкополосного шума усилителя мощности на измерения, особенно если вы используете лампу бегущей волны (ЛБВ). Возможно, что еще более важно, вам придется учитывать влияние сигналов высокой мощности на каждый компонент в установке, чтобы вы ничего не поджаривали.Помните, если вы готовите какой-то компонент, рассмотрите возможность отправки нам фотографии останков для могильника в микроволновой печи!
Внутри входной сети ответвитель, следующий за источником 1, производит выборку входного сигнала для DUT. Аттенюатор A1 может использоваться для регулировки входной мощности для силовой головки A, чтобы установить ее в «лучший» диапазон (на 10–30 дБ меньше максимальной мощности). Он также служит для уменьшения ошибок КСВ на входе ИУ. Изолятор, который следует за входным соединителем, помогает уменьшить ошибки КСВ, если ваше ИУ имеет плохое входное соответствие.Это также предотвращает ошибки направленности, не позволяя отраженной мощности от DUT искажать показания измерителя мощности на головке питания A. Если вы используете ответвитель с высокой направленностью во входной сети, это должно решить проблему без необходимости использования изолятора. Убедитесь, что ответвитель и изолятор работают в требуемой полосе пропускания. Чтобы определить погрешность измерения входной сети из-за направленности, вы можете выполнить следующую проверку перед измерением тестируемого устройства. Вставьте согласованную нагрузку на 50 Ом в том месте, где должно было бы находиться тестируемое устройство, и подайте сигнал CW от источника 1.Обратите внимание на уровень мощности силовой головки A. Теперь снимите согласованную нагрузку и подключите короткое замыкание (если короткое замыкание отсутствует, обрыв цепи будет почти таким же хорошим). Максимальная ошибка направленности входной сети будет разницей в двух показаниях измерителя мощности. Здесь вы должны стремиться к ошибке менее 0,1 дБ.
Кабели A и B могут не понадобиться, они используются для удобства, а также для снятия механических напряжений. Если вы вообще не использовали какие-либо кабели, вы могли бы повесить ответвитель, DUT и обе силовые головки на выходном RF разъеме RF подметальной машины, что могло бы составить 50 дюйм-фунтов бокового крутящего момента на коаксиальном соединении с источником.Нам не нужно объяснять, почему это было бы плохо, не так ли?
В выходной сети аттенюатор A2 может использоваться для регулировки мощности на силовой головке B, чтобы удерживать ее в пределах “зоны наилучшего восприятия” во время измерений DUT. Например, если известно, что ваше ИУ обеспечивает выходную мощность в насыщенном режиме 30 дБмВт, вам может потребоваться аттенюатор на 20 дБ на выходе. Фильтр FL1 чрезвычайно важен для измерений смесителя, он предназначен для подавления утечек ВЧ и гетеродина, которые могут повредить показания силовой головки B. Вам нужно найти фильтр, который будет пропускать частоту ПЧ и отклонять частоты RF и LO (на 30, 40 или 50 дБ или более!). У вас нет такого фильтра в лаборатории? Построй!
Настройка силового испытательного стенда для DUT
Прежде чем измерять характеристики передачи мощности (входная и выходная мощность) нелинейного микроволнового устройства, вы должны иметь представление о том, чего ожидать.Посетите нашу страницу о нелинейных устройствах.
Как узнать, какие силовые головки, ответвители и аттенюаторы использовать? Первый шаг – узнать, что вы измеряете, и какие силовые головки доступны для измерения. Зайдите на веб-сайты производителя, прочтите спецификации и распечатайте их. Двумя наиболее важными параметрами для вашего тестируемого устройства являются усиление (или потери) и максимальная выходная мощность. Кроме того, решите, какой диапазон частот вас интересует. Проверьте свои кабели, адаптеры, силовые головки, ответвители, аттенюаторы и убедитесь, что все работает хорошо в пределах вашего частотного диапазона.Не знаете, где сломались ваши разъемы? Посетите нашу страницу о разъемах для СВЧ!
Следующие два абзаца требуют дальнейшего обсуждения, вернитесь в ближайшее время!
Начнем с выходной сети. Какова максимальная выходная мощность вашего тестируемого устройства? Вам необходимо организовать выходную сеть таким образом, чтобы эта мощность была примерно на 10 дБ ниже указанного диапазона вашей силовой головки B. Предположим, вы тестируете двухваттный усилитель, и у вас есть силовая головка 8481A (20 дБм – максимальная указанная мощность). .Для выходной сети следует выбрать аттенюатор 2 Вт, 20 дБ. Тогда максимальная мощность, которую увидит ваша силовая головка, составляет 13 дБмВт.
Усилитель, который вы хотите измерить, имеет усиление 30 дБ. При насыщенной выходной мощности можно ожидать усиления 27 дБ. Следовательно, вам нужно будет управлять им с мощностью не менее 6 дБм. Предположим, что ваш чистильщик, который вы будете использовать для источника 1, выдает 10 дБмВт. Это означает, что ваша входная сеть, включая кабели, должна иметь потери менее 4 дБ. Это не должно быть проблемой.Также предположим, что все, что у вас есть для входного ответвителя, – это ответвитель на 10 дБ. Это означает, что когда вы управляете ИУ с мощностью 6 дБмВт, связанный порт на ответвителе будет видеть примерно -4 дБмВт. Хорошим выбором для входной силовой головки будет маломощный блок 8484A (-20 дБм наивысшая указанная мощность). Вы должны добавить аттенюатор на 20 дБ к связанному порту (аттенюатор A1), чтобы снизить мощность на головке питания до -24 дБм максимум.
Прежде чем продолжить, подумайте, какое напряжение в худшем случае увидят ваши силовые головки, чтобы убедиться, что они защищены от взрыва.На выходе, если вы измеряете усилитель мощности, выходящий за рамки технических характеристик, который насыщается на уровне 4 Вт вместо 2 Вт, ваша силовая головка все равно будет видеть только 16 дБмВт. 8481 работает до 25 дБм, так что там вы в безопасности. На входе, если бы развертка была установлена на максимальную выходную мощность 10 дБмВт, а входная сеть имела нулевые потери, силовая головка 8484A по-прежнему будет видеть только -20 дБмВт через ответвитель на 20 дБ. Для его повреждения требуется +20 дБмВт. Еще одна последняя проверка … убедитесь, что ваше тестируемое устройство не подает напряжение постоянного тока на входные или выходные соединения.Если это так, вам следует добавить блок постоянного тока в порт, вызывающий нарушение. Теперь все готово!
Калибровка силового испытательного стенда
Установка должна быть сначала откалибрована, что означает, что вы должны определить коэффициент входной связи (мы назовем его здесь C1), а также коэффициент потерь выходной сети (мы назовем это C2). C1 – это разница между входной мощностью на DUT и мощностью, отображаемой на измерителе мощности A. C1 определяется путем подключения установки, как показано ниже на рисунке 2, с силовой головкой B, подключенной непосредственно к выходу входной сети (где ваш DUT пойдет).Вы найдете C1, отобразив A / B для этого значения. Возьмите эти данные где-нибудь в середине диапазона мощности, который вы хотите исследовать.
Рисунок 2. Стенд для испытания мощности, калибровка входной сети
Угадайте, что? Только силовая головка B должна «говорить правду» в этой измерительной установке, как во время калибровки, так и во время измерений. Под этим мы подразумеваем, что вы можете оставить калибровочный коэффициент на силовой головке A равным 100% на всех частотах, если вы всегда соблюдаете правильный калибровочный коэффициент на силовой головке B во время процедур калибровки и измерения в каждой частотной точке.Это связано с тем, что все, что измеряется силовой головкой A, будет относиться к измерению силовой головки B.
C1 следует ввести как смещение к силовой головке C1, чтобы измеритель мощности автоматически отображал входную мощность для вашего тестируемого устройства. (Если вы хотите внести это исправление позже в своем ноутбуке или в электронной таблице, это нормально, но почему бы не воспользоваться этой функцией?) Например, если объединенная мощность на -21,3 дБ меньше входной мощности ИУ, C1 составляет -21,3 дБ, а смещение, которое вы вводите для силовой головки A, составляет +21.3 дБ. Вам нужно будет измерить коэффициент связи C1 на каждой частоте, которую вы хотите измерить (и изменить смещение во время измерений на каждой частоте), хотя в узкой полосе пропускания вы можете не заметить большой разницы в C1 по частоте.
Далее необходимо определить коэффициент потерь выходной сети C2. Для измерений без использования смесителя C2 можно измерить, полностью подключив установку, но без DUT, как показано на рисунке ниже. Разница между измеренной мощностью на напоре B и входной мощностью, измеренной на напоре A (с его коэффициентом связи C1, введенным как смещение), будет составлять выходные потери C2.
Рисунок 3. Стенд для проверки мощности, калибровка выходной сети
Для измерений смесителя лучше измерять выходные потери (коэффициент C2) с помощью анализатора цепей. В основном это связано с тем, что входной ответвитель будет иметь совершенно другой отклик на частоте ПЧ, чем при измерении коэффициента связи C1.
Подробный пример процедуры измерения
Следующая процедура измерения используется для измерения двухпортового устройства, например усилителя.Райан, спасибо, что помог нам это проверить! Хотя это явно не указано, рекомендуется отключать ВЧ-питание при внесении изменений в настройку, а затем включать его, когда вам нужно выполнить измерение.
- Убедитесь, что измеритель мощности прогрелся в течение одного часа. с подключенными головками. Съешьте еще пончик, пока ждете.
- Нажмите кнопку предустановки, это удалит все смещения и калибровочные коэффициенты, сохраненные последним человеком, который использовал измеритель мощности.
- Выберите для своих данных дБм, а не ватты (дБм предпочитают 9 из 10 инженеров по СВЧ!)
- Выключите все источники питания РЧ и усилители высокой мощности на своем стенде и обнулите силовые головки. В конечном итоге измеритель мощности должен показать «LOG ERROR» для обеих силовых головок.
- Откалибруйте обе силовые головки с помощью встроенного опорного генератора 50 МГц измерителя мощности. Подключите силовую головку A к выходу опорного генератора (гнездо типа N на лицевой стороне измерителя мощности), выберите силовую головку A для отображения (нажмите кнопку «A»).Теперь нажмите «CAL ADJ» и введите настройку эталона калибровки для силовой головки A (обычно 100%). Примечание. Для головок с низким энергопотреблением потребуется прецизионный аттенюатор Keysight 11708A 30 дБ / 50 МГц.
- Проверьте калибровку силовой головки A, включив генератор на 50 МГц, установив калибровочный коэффициент на эталонное значение калибровки (обычно 100%). Вы должны прочитать 0,00 дБм для всех силовых головок, кроме тех, для которых требуется эталонный аттенюатор 30 дБ. Эти силовые головки должны показывать -30.00 дБм.
- Повторите шаги 5 и 6 для силовой головки B. Выключите опорный генератор.
- Введите калибровочный коэффициент для напора мощности B (выходная мощность) для первой частоты, которую вы будете измерять. Примечание: оставьте калибровочный коэффициент для силовой головки A равным 100% от начала до конца этой процедуры.
- Теперь пора определить коэффициент входной связи C1 . Прикрепите силовые головки в соответствующие места в испытательной установке для калибровки входной сети (см. Рисунок 2).Включите ВЧ-мощность и установите ее на средний уровень того места, где вы планируете развернуть. Отобразите A / B на глюкометре. Это коэффициент входной связи на вашей первой частоте. Запиши это.
- Определите, достаточно ли у вас диапазона мощности из вашей установки Наблюдая за измерителем мощности B (на этом этапе он считывает входную мощность для вашего тестируемого устройства), изменяйте ВЧ-мощность с помощью встроенного аттенюатора свипера и / или внешнего регулируемого аттенюатора (если у тебя есть). Обратите внимание, что вы можете достичь минимальной и максимальной входной мощности, необходимой для вашего измерения.
- Теперь вы можете измерить вашу ошибку направленности наихудшего случая. Отобразите измеритель мощности A, затем нажмите «REL», чтобы привязать измеритель к текущему уровню мощности (измеритель должен показывать 0,00 дБ). Затем на короткое время снимите силовую головку B и замените ее при коротком замыкании. Если у вас отличная направленность, показания измерителя мощности должны измениться только примерно на 0,1 дБ. Запиши это. Установите силовую головку B на место и продолжайте.
- Повторите шаги 8, 9 и 10 для каждой частоты, которую вы будете измерять, и создайте таблицу для входного коэффициента связи C1 во всем диапазоне частот.Вы можете пропустить измерение ошибки направленности (шаг 11) на дополнительных частотах, если уверены, что ваша установка имеет хорошую направленность на каждой частоте. Не забудьте изменить калибровочный коэффициент B напора мощности при изменении частоты.
- Теперь пора измерить коэффициент потерь на выходе C2 . Примечание: в случае, если ваша выходная сеть не имеет заметных потерь, вы можете пропустить этот шаг. Подключите испытательный стенд без DUT, как показано на Рисунке 3.Для первой частоты введите входной сетевой коэффициент C1 как смещение к силовой головке A и обязательно установите правильный калибровочный коэффициент для силовой головки B. Включите РЧ и установите его около уровня мощности среднего диапазона. Из-за смещения C1 силовая головка A теперь считывает входную мощность вашего тестируемого устройства напрямую. Отображение A / B на измерителе мощности; это равно коэффициенту потерь выходной сети C2. Запиши это.
- Повторите шаг 13 для каждой частоты, которую вы будете измерять, и создайте таблицу для C2 по всему диапазону частот.
- Теперь пора измерить характеристики передачи мощности вашего DUT . Для каждой частоты введите правильный калибровочный коэффициент для напора мощности B, введите коэффициент входной связи C1 как смещение к напору мощности A и введите коэффициент потерь на выходе C2 как смещение к напору мощности B. Установите ИУ и смещайте его так, чтобы целевая точка покоя. Включите RF и установите минимальную мощность, с которой вы хотите принимать данные. Теперь все готово!
- Теперь у вас есть выбор между отображением входной мощности (измеритель мощности A), выходной мощности (измеритель мощности B) или усиления (A / B).Вам нужно записать только два из них, нам нравится записывать входную мощность и коэффициент усиления. Используя шаги приблизительно 1 или 2 дБ, измерьте входную мощность, коэффициент усиления и ток стока IDS для усилителя. Начните с 20 дБ ниже точки P1dB в таблице данных и продолжайте, пока выход усилителя не станет насыщенным (изменение Pin на один дБ приводит к изменению Pout менее чем на 0,1 дБ).
- Используя Excel, введите данные и постройте график зависимости выходной мощности, усиления и эффективности добавленной мощности от входной мощности (см. Ниже).
Быстрый поиск точек сжатия
Если все, что вас интересует, это поиск точек сжатия усиления, таких как точка сжатия на один дБ (P1dB) вашего тестируемого устройства, вы можете сделать это быстро и напрямую.Следуя шагу 15, описанному выше, настройте измеритель на отображение усиления тестируемого устройства (A / B). Теперь нажмите кнопку «REL», чтобы привязать усиление к текущему показанию. Теперь он должен показывать 0,00 дБ. Теперь все, что вам нужно сделать, это уменьшить затухание (увеличить входную мощность) до тех пор, пока измеритель не покажет -1,00 дБ, и вуаля, вы достигли точки P1dB! Отобразите P1dB (дюйм), выбрав измеритель мощности A, или P1dB (выход), выбрав измеритель мощности B.
График характеристики передачи мощности
Перейдите на нашу отдельную страницу, посвященную точке сжатия.
График КПД усилителя
Когда вы измеряете характеристики передачи мощности усилителя, вы можете рассчитать КПД (PAE или сток) одновременно, если вы записываете входную мощность постоянного тока (напряжения и токи).
Скоро будет больше!
Измерение обратных потерь с помощью измерителей мощности
Скоро в продаже!
Эта страница теперь спонсируется нашими друзьями из TEGAM, недалеко от Кливленда, штат Огайо. Нужен опыт в измерении мощности? Проверь их!
.