Mõõtmised (0)

11
Vahelduvsignaali muundamine alalispingeks
Vahelduvpinge muundamine
Perioodilist signaali suurust iseloomustavad väärtused on:
tippväärtus
keskväärtus
efektiivväärtus
Kõiki neid suurusi saab ka mõõta ja kasu-tada vahelduvsignaali iseloomustamiseks
Tippväärtuse detektor
Vahelduvsignaali tippväärtuse saab lihtsalt leida alaldusskeemiga
Sellise tippväärtuse detektori saab paigaldada mõõtepeasse
Mõõtepea ja mõõteriista ühenduskaabel annab edasi vaid alaliskomponenti ja seega ei oma olulist tähtsust kaabli ega mõõte-riista sisendastme mahtuvused
Eeliseks on suur sisendtakistus
Sellise tippväärtuse detektori puuduseks on ülekandeteguri ebalineaarsus väikeste sisendsignaalide korral, mis tuleneb dioodi volt-amperkarakteristikust
Seetõttu ei saa sellist detektorit kasutada väikeste pingete (kuni 1V) mõõtmisel
Ka siis kui sisendsignaal sisaldab alalis -komponenti võib mõõtetulemus olla vale
Alaliskomponendi mõju kõrvaldamiseks saab kasutada tippväärtuse detektori veidi keerulisemat lülitust
Eelmisel joonisel kujutatud lülituses kondensaator Ck tõkestab sisendsignaali alaliskomponendi
Kasutatakse ka tippväärtuse detektorit, mis sisaldab endas praktiliselt kahte detektorit: ühte positiivsete ja teist negatiivsete tippväärtuste mõõtmiseks
Mõlemad toodud tippväärtuse detektorid mõõdavad pinge täisulatust, mitte ühe-poolset tippväärtust
Silumisfiltri ajakonstant t = RC peab olema märgatavalt suurem vahelduvsignaali suurimast perioodist T
Samal ajal peab tippväärtuse detektor suutma jälgida sisendsignaali amplituudi äkilisi muutusi ja seetõttu ei tohi ajakonstant olla suurem ajast t0, mis iseloomustab signaali muutumist
Seega t0 >> t >> T
Tippväärtuse võimendi
Tippväärtuse võimendi muundab sisend -signaali ui(t) tippväärtuse palju suurema tippväärtusega u0 väljundsignaaliks u0(t)‏
Saadud signaali on lihtne detekteerida tavalise tippväärtuse detektoriga ja skeem on kasutatav ka väikeste pingete (alates 10mV) tippväärtuste mõõtmiseks
Tippväärtuse detektor
Tippväärtuse detektor on ökonoomne viis vahelduvsignaali muundamiseks sellega võrdeliseks alalispingeks. Seetõttu kasutatakse seda ka vahelduvpinge voltmeetrites. Voltmeetri skaala gradueeri-takse sel juhul siinuspinge järgi efektiiv -väärtuses.
Kui sisendsignaali kuju ei ole siinuseline on sellise voltmeetri näit vale !
Keskväärtuse detektor
Vahelduvpinge keskväärtuse all peetakse silmas signaali absoluutsuuruse kesk-väärtust ehk tema amplituudi keskväärtust
See suurus vastab täpselt täisperioodalaldi väljundpinge keskväärtusele ja seetõttu saab kasutada mõõtmiseks sildskeemi
Kui mõõdetav suurus anda otse sildskeemi sisendile, esineb ka siin dioodi volt-amperkarakteristikust tulenev moonutus väikeste pingete mõõtmisel 2x (0,3…0,8)V
Sellise ebalineaarsuse välistamiseks lülitatakse sildskeem võimendi tagasiside-ahelasse
Kuna operatsioonivõimendi (OV) võimen-dustegur on väga suur ja potentsiaalid OV sisenditel on võrdsed (pinge Du®0), on pinge takistil R võrdne sisendpingega
Takistit R läbiv vool võrdub u(t)/R
Kuna OV sisendtakistus on väga suur siis läbib dioodsilda sama suur vool kui takistit R
Seega mõõteriista läbib vool i(t) = u(t)/R
Tagasisidestatud võimendi kasutamisega saime rahuldada kaks tingimust:
toimub sisendpinge kompenseerimine ja mõõtesüsteemi sisendtakistus on suur
dioodsilda läbiv vool on lineaarses sõltuvuses mõõdetavast sisendpingest ja ei teki dioodide karakteristikust tulenevat ebalineaarsust
Efektiivväärtuse detektor
Vahelduvpinge efektiivväärtust kasutatakse sageli vahelduvsignaalide iseloomusta-miseks
Efektiivväärtus on ruutjuur signaali ruudu keskmisest väärtusest
Detektori skeem peab realiseerima sisend-pinge ebalineaarse teisendamise
Kasutatakse kahte liiki lülitusi:
Funktsionaalset muundajat, milles eba- lineaarsus saadakse dioodide ja takistuste valikuga
Eralduva soojuse mõõtmisega muundajat
Asendusfunktsioon
Efektiivväärtuse detektor
Rikke asukoha määramine liinil
Liini parameetrid
Alalisvooluga kontrollitakse liini primaarparameetrite vastavust normidele
Normeeritavad parameetrid on:
juhtmete takistus
pikibalanss
isolatsioonitakistus
mahtuvus
Mõõtmised
Juhtmete orienteeruvat takistust kontrollitakse oommeetriga või liinitestriga
Normeeritavate parameetrite vastavust normidele mõõdetakse alalisvoolu sillaga
Isolatsioonitakistuse mõõtmiseks kasutatakse megaoommeetrit
Pikibalansi mõõtmine
Mõõtmine toimub nn maandatud silmuse meetodil
Sillaga ühendatakse 2-juhtmeline liin juhtmetakistustega R1 ja R2, mis moodustavadki maandatud silmuse kuna juhtmete kaugemad otsad on naaber-sõlmes kokku ühendatud ja maandatud
Maandustakistused jäävad silla generaatoriahelasse ja üldiselt ei mõjuta silla tasakaaluolekut
Tavaliselt valitakse ra = rb ja siis silla tasakaalu korral R1 - R2 = rc
Kui R1 sild tasakaalustatav
Sellisel juhul tuleb omavahel ära vahetada sillaga ühendatava liini juhtmed
Häirevoolud maas võivad raskendada silla tasakaalustamist
Püsiva iseloomuga häirevoolude korral saab nendega arvestada ja häälestada sild tasakaalu asemel näivnullile, mille suurus leitakse väljalülitatud patareiga silla puhul
Rikked ja nende iseloomustus
Vaatleme vaid liinide otseseid rikkeid, mitte häiretest tingitud moonutusi
Kaugust rikkekohani saab määrata mõõtes:
alalisvooluga
vahelduvvooluga
impulssmeetodil
Alalisvooluga mõõtmine
Mõõtes alalisvooluga liini, milles on säilinud ka kasutatavaid juhtmeid , saab ühe juhtme isolatsioonirikke (ühenduse maaga) asukoha määrata lülitusega ,mis on analoogne pikibalansi mõõtmise omaga
Naabersõlmes kokku ühendatavaid juhtmeid sel juhul maaga ei ühendata
Silla tasakaalu tingimus on avaldatav
rarx = rb(Rs - rx)
ja rx = Rs[rb/(ra + rb)]
Kui juhtmed L1 ja L2 on sarnased, siis
lx = 2l[rb/(ra + rb)]
Lisatakistust rl kasutatakse juhul kui rikke asukoht on väga lähedal sõlmele A ja tuleks valida väga suur takistuste ra ja rb suhe
rl suurus on vahemikus 10 -100 W
Üleminekutakistuse Rr suurus peaks olema märgatavalt väiksem juhtmete isolatsioonitakistusest maa suhtes
Juhul kui üleminekutakistus on muutuv ja võrreldav isolatsioonitakistuse suurusega, tuleks teha mitu mõõtmist liini kummastki otsast ja määrata rikke asukoht kõigi nende mõõtmiste tulemusena
Kui mõõtmistel kasutatav kahjustamata juhe erineb vigastatud juhtmest ei ole eeltoodud valemid kasutatavad
Kui vigastatud on kahe juhtme vaheline isolatsioon (juhtmed on lühistatud mingi üleminekutakistusega Rr) ja kasutada saab kolmandat, kahjustamata juhet , on võimalik kaugus rikke asukohani leida järgmist skeemi kasutades
Mõõdetakse püsiva õlgade takistuste suhtega alalisvoolusillaga silmust, mis koosneb kahjustamata juhtmest R3 ja ühest kahjustatud paari juhtmest
Kahjustatud paari teist juhet kasutatakse toitepinge lülitamiseks silla ühte diagonaali
Kui üleminekutakistus Rr on suur võib suurendada kasutatava toite pinget 100 ja isegi 500 voldini
Silla tasakaalutingimusest
ra(rc + rx) = rb(Rs - rx)‏
saame leida takistuse rx suuruse
rx = (rbRs - rarc )/( ra + rb)
Eelmises valemis on Rs juhtmete R1 ja R3 summa, mis võetakse varasematest mõõtetulemustest või mõõdetakse
Kui võtta ra = rb, saame leida takistuse rx suuruse lihtsama valemiga
rx = (Rs - rc )/2
Kaugus lx leitakse suhtest lx = rx / rkm
siin rkm on takistusega R1 juhtme 1 km takistus mõõtmistemperatuuril
Vahelduvvooluga mõõtmine
Elektromagnetlaine kulgemisaega rikke-kohani saab määrata kui fikseerida rikkekohalt peegeldunud laine tagasijõudmise hetk liini algusesse (mõõtepunkti)‏
Seda hetke saab määrata mitmel erineval viisil
Üks võimalikest lülitusskeemidest
Toodud skeem võimaldab määrata tagasipeegeldunud laine saabumishetke suure sisetakistusega voltmeetri maksimaalsete või minimaalsete näitude põhjal
Ahelate teooria põhjal muutub liini sisend-takistus (Zs) liinile antava signaali sageduse muutumisel perioodiliselt
Sisendtakistuse maksimaalne ja minimaal -ne suurus esinevad langeva ja peegeldu-nud signaali liitumisel juhul kui peegeldus -kohani (rikkekohani) on täisarv laineid
Muutes sujuvalt generaatori sagedust f ja jälgides samaaegselt voltmeetri näitusid, saame kauguse rikkekohani leida valemiga
lx = v/2(f2 - f1)‏
Eeltoodud valemis
v - elektromagnetlaine levimiskiirus liinis
f2 ja f1 - naabersagedused, mille korral voltmeetri näit oli maksimaalne (või minimaalne)‏
Kuna takistus R on valitud R>>Zs siis vool trafo primaarahelas sõltub liini sisend-takistusest väga vähe (R=10kW , Zs muutub vahemikus 400 kuni 800W, so 2%)
Pinge liini sisendil on aga leitav korrutisest I x Zs ja muutub samuti laineliselt kui Zs
Seega on pinge suurimad ja väikseimad väärtused samadel sagedustel kui sisend-takistuse vastavad väärtused
Sama valemit kasutades saab kauguse rikkekohani määrata kui indikaatorina kasutada voltmeetri asemel kahekanalilist ostsilloskoopi
Liinide mõõtmine impulssmeetodil
Impulssmeetodi puhul leitakse kaugus rikkekohani liinile saadetava nn sondeerimisimpulsi levimisaja järgi rikkekohani ja sealt tagasi
Impulss peegeldub rikkekohal olevast ebahomogeensusest, mis väljendub lainetakistuse muutuses
Registreeriva seadmena kasutatakse ekraani.
Impulsside peegeldumisel saab eristada kolme iseloomulikku juhtumit
Kui liin on homogeenne ja koormatud lainetakistusega võrdse koormus-takistusega (Zk = Zl), neeldub liinile saadetud impulss täielikult koormus-takistuses ja tagasi ei peegeldu
Kui koormustakistus on lainetakistusest suurem (Zk > Zl), ei neeldu saadetud impulss täielikult koormustakistuses ja peegeldusteguriga määratav osa impulsist Up peegeldub tagasi
See impulss jõuab liini algusesse teatud viivitusega, mille määravad ära kaugus rikkekohani lx ja impulsi levimiskiirus liinis v
Zk > Zl korral on peegeldunud impulsi polaarsus saadetud impulsi polaarsusega samasuunaline
Zk Rikkekoha kauguse leidmiseks on vaja teada impulsi levimisaega Dt ja levimiskiirust v
lx = v Dt /2
Levimiskiiruse võib võtta orienteeruvalt sama suure kui rikke asukoha määramise korral vahelduvvooluga
Praktiliselt on otstarbekas katseliselt määrata ja fikseerida signaali levimiskiirus v kõigis liinides nende kasutuse alguses
Kadude mittearvestamisel saab peegeldu-nud impulsi amplituudi leida avaldisega
Up = Us[(Zk - Zl)/(Zk + Zl)‏
milles, Us - liinile saadetud impulsi amplituud
Zk - liini sisendtakistus rikkekohas
Zl - liini lainetakistus
Impulssmõõteriist
Liinide mõõtmiseks impulssmeetodit kasutav mõõteriist sisaldab mitu erinevat funktsionaalset komponenti:
sondeerimisimpulsi generaator
elektronkiiretoru
laotusgeneraator
sobituslüli
vastuvõetava impulsi võimendi
Tähistusi skeemil :
TG - taktgeneraator
LG - laotusgeneraator
MG - markerite generaator
EKT - elektronkiiretoru
SIG - sondeerimisimpulsi generaator
SL - sobituslüli
VVV - vastuvõetava impulsi võimendi
Laotusgeneraatori töörežiimid on valitavad:
laotusgeneraatori saab käivitada fikseeritud viitega pärast sondeerimisimpulsi väljasaatmist
laotuse kiirus on reguleeritav
saab ekraanile valikuliselt tuua vaid teatud osa kogu laotusest
osal mõõteriistadest on võimalik nihutada sisendimpulsi algus kokku väljundimpulsi algusega ja saada viiteaeg kuvatuna ekraanil
Impulssmeetodi iseärasused
Erinevalt muudest meetoditest võimaldab impulssmeetod määrata liini mõõtmise käigus üheaegselt mitut ebahomogeensust
Liinile saadetud sondeeriv impulss peegeldub esimeselt kohatud ebahomogeensuselt osaliselt tagasi kuid järelejäänud osa impulsist liigub edasi
Teise ebahomogeensuse olemasolul tekib veel üks peegeldunud impulss, kolmanda ebahomogeensuse korral kolmas impulss jne
Selliselt saadud kujutis ekraanil võib anda liini täieliku impulsskarakteristiku
Liini impulsskarakteristiku horisontaalteljel on mingis mastaabis kaugused mõõte-punktist ebahomogeensusteni ja vertikaal -teljel impulsid , mille suuruse ja suuna määravad ära liini ebahomogeensuste peegeldustegurid ning sumbumus impulsi liikumisel ebahomogeensuseni ja tagasi
Fikseerides liini impulsskarakteristiku korras liini kohta võib liini töös häirete ilmnemisel sellise impulsskarakteristiku uuesti üle mõõta ja võrrelda seda korras liini karakteristikuga ning tekkinud muudatuste järgi saab leida rikke asukoha
Kui impulsid liini impulsskarakteristikul esinevad vaid üksikute mõõtmiste ajal on ilmselt tegemist ajutiselt esineva rikkega (halb kontakt)‏
Sellise rikke asukoha määramine teiste meetoditega on väga raske
Impulssmeetodit kasutatakse liinide mõõtmisel laialdaselt kuid selle meetodi kasutamisel on mõned piirangud
Impulsi amplituudi ja kuju säilimine selle liinis levimisel on võimalik vaid liini laia läbilaskeriba korral (mida lühem on impulss, seda laiem on selle spekter ), mistõttu meetodit saab eelistatult kasutada koaksiaalliinidel
Peegeldunud impulss on piisavalt suure amplituudiga vaid sel juhul kui liini sisend-takistus ebahomogeensuse kohas oluliselt erineb liini lainetakistusest. Märgatava suurusega peegeldunud impulss tekib isolatsioonitakistuse vähenemisel 1000 W-ni (tavatakistust mõõdetakse sadades MW). Seetõttu on liini isolatsioonirikked kergemini leitavad alalisvooluga mõõtes
Impulssmeetodit saab kaabelliinidel kasutada mõõtekaugustel kuni 40km
Kasutatakse ka mõõteskeemi, mille juures mõõteriista sisend ja väljund on lahutatud
Rikkekoht optilises kaablis
Rikkekoha leidmine optilistes kaablites toimub sarnaselt impulssmeetodi kasutamisega vaskkaablites
Mõõtmistel võetakse arvesse optilise signaali levi iseärasused
Tähistusi skeemil:
SIG - sondeerimisimpulsside generaator
EOM - elektriliste signaalide optiliseks muundaja
FD - fotodetektor
ST - signaalide töötlemisplokk
O-spetsialiseeritud ostsilloskoop