Kan DAQ-kort analyseres eller kræver det en rigtig effektanalýsator?

Der er mange der er af den opfattelse at høj samplingsfrekvens og mange bits opløsning er nøglen til målinger med høj nødagtighed. Men i et avanceret måleinstrument er det kun den halve sandhed. Den anden halvdel ligger i hvordan signalerne behandles inden den når A/D konverteren. Den analoge del skal tilføre så lidt støj, og fasefejl som muligt og derudover have et højt CMRR. DAQ-kort er ofte begrænsede når det gælder disse egenskaber. Derudover kræver det eksterne shunter og prober som tilfører yderligere fejlkilder.

En effektanalysator som er optimeret for analyse af forskellige elektriske enheder, og tilsluttes direkte til det signal der skal måles, og giver derfor maksimal nødagtighed. En anden vigtig detalje er kalibrering. En effektanalysator kalibreres for maksimal nødagtighed over et bredt måleområde.

Hvor ligger problemerne i et DAQ-baseret system?

1. Isolation imellem forskellige kanaler

2. Måleområderne. En effektanalysator har et bredt dynamisk område med automatisk skalering.

3. Signalbehandlingen før A/D konverteren tilfører ofte støj.

Hvordan ser et typisk DAQ baseret system ud?

• Mange indgangskanaler, typisk 2 – 60 eller endnu flere. Icke isolerade ingångar.
• Oftest kun et måleområde.
• Lavt CMRR <80 dB.
• Samplinghastigheder typiskt 10kS/s – 1 MS/s (multiplexat mellem flere kanaler).
• Max indgangsspænning < 10V (kræver eksterna prober).

DAQ problem #1 - Behovet for isolation

Hvis man skal måle inverterspændingen i et PWM system kræver det at man måler mellem to faser og måler med isolerede indgange. En effektanalysator klarer dette uden at bruge eksterne differentialprober. I et DAQ system vil disse tilføre fasefejl som kommer til at påvirke målenødagtigheden i størrelsesordenen 1%. En effektanalysator derimod giver typisk en bedre nødagtighed på 0,1%...eller som effektanalysatorer fra Newtons4th på 0,01%.

DAQ problem #2 – Problem med kun et måleområde.

Spændingen er ofte konstant ved effektmålinger mens strømmen kan variere. Og for at kunne opretholde nødagtighed og opløsning, så må analysatoren kunne tilpasse måleområdet til indgangssignalet. Jo bedre måleområdet tilpasses, jo mindre målefejl får man. Et eksempel…ofte måler DAQ systemet en strøm med en shuntmodstand og hvis vi antager at der sidder en 16 bits A/D konverter med måleområde 10V og med en 10 mOhm shuntmodstand med max effekt på 4W og maksimal strømstyrke på 20A. Effekten i shunten blvier derfor 4W. Spændingsfaldet over 10 mOhm modstandenved 20A strøm bliver derfor 0,2V

Med et 16 bit A/D 10V Daq kort benytter man oftest 152 uVolt opløsning. Et spændingsfald på 152 uVolt over et 10 mohm modstand svarere til 15,2 mA. Og med måleområdet på 20A fuldt udslag giver dette en målefejl på 0,08%. Og denne målefejl uden at indregne de udefra kommende forstyrrelser. Hvis man anvender færre antal bit kan målefejlen bliver større endnu. Feks. et 200mA signal ville give en målefejl på 7,6%.

I en rigtig effektanalysator kan indgangsforstærkeren måleområde dynamisk tilpasses til signalet amplitude. Dette giver maksimal nødagtighed uanset indgangssignalets amplitude. Og gør at effektanalysatoren afhængig af præcisionstype og brand…til eksempel Newtons4th, giver en målefejl i størrelsesordenen 0,006%

• .

DAQ-problem #3 – Multiplexning

De fleste DAQ-kort på markedet delar samplingen imellam kanalerna. Det vil sige at signalerne på de forskellige kanaler samples i sekvens. Dette skaber et problem og for at mindske faseunødagtigheden så må kanalerne som måler strøm og spænding samples simultant.En større fasefejl introducerer en større målefejl af effekten.

N4L har utvecklat en signalkedja som simultant kan sampla 12 analoga kanaler (6 spänning och 6 ström) samt signaler från momentomvandlare och varvtalsgivare. Detta sker med en dedikerad FPGA ochDSP. Allt för att eliminera felorsaker och optimera mätningarna.

DAQ-problem #4 – Sporbarhed – til hvad?

En effektanalysator skal ikke bare presentere relevante måledata, men også give en sprobarhed som reference. Mange stoler på en beregnet målenødagtighed uden at lave en kalibrering mod en kendt reference. Hver efffektanalysator af højpræcisionstype skal have en sporbarhed til en ISO17025 reference.

Måleusikkerhed? Er det bare relateret til nødagtigheden af den kalibrator som man har anvendt? Det er ikke helt så enkelt. For derudover er der andre faktorer som spiller ind som…kalibratorens usikkerhed + analysatorens opløsning + analysatorens repeterbarhed.

DAQ-problem #5 – Ægte realtidsmåling

En anden vigtig funktion ved effektmåling er at den indsamlede data processeres i realtid. Det vil sige uden at data bliver afbrudt. Mange effektmåleinstrumenter arbejder med at fylde en buffer og derefter bearbejde data. Dette indbærer afbrydelser i datastrømmen og derved tab af potential data info.PPA5500 datasheet