اصول كاليبراسيون كميت هاي الكتريكي - كاليبراسيون مولد سيگنال

وظایف عملکردی مولدهای سیگنال: 

اصول كاليبراسيون كميت هاي الكتريكي - كاليبراسيون مولد سيگنال  Function Generators 
•    تولید کننده سیگنالهای الکتریکی با دامنه و فرکانس متغیر (تا  20MHz )و شکل موجهای مختلف  هستند
•    معمولا سیگنالهای سینوسی ، مثلثی ، دندانه اره اي ویا مستطیلی و همچنين سيگنالهاي مدوله شده  AMو FM تولید میکنند
•    مولدهاي سيگنال ، همچنین میتوانند پالسهای مثبت و منفی تولید کنند
•    پايداري فرکانسي آنها بطور نوعي 0.05 %‌است
•    امپدانس خروجي آنها معمولا 50 Wاست 
•    درستي آنها معمولا در فرکانسهاي پايين 0.01% تا  1%  است
•     اعوجاج در خروجي سينوسي آنها بطور نوعي کمتر از 1%  است
•    توانايي ايجاد Offset معمولا از -5 V تا 5 V را دارند  
مشخصه درستی مولدهای سیگنال: 
مولدهای سیگنال معمولا براساس درستی در دامنه به دو کلاس درستی تقسیم میشوند: 
•    درستی پایین(Low Accuracy) 
       درستی دامنه سیگنال تولیدی آنها حداقل Setting 1 % است 
•    درستی بالا(High Accuracy) 
       درستی دامنه سیگنال تولیدی آنها کمتر از 1% Setting است 
دامنه روش  Scope
روش کالیبراسیون مولدهای سیگنال  که در این مطلب ارائه میشود ، منطبق با  راهنمای منتشره توسط VDI، VDE ، DGQ و DKD آلمان با شماره DKD 2622-Part 5 است  و این روش ، پوشش دهنده کالیبراسیون مولدهای سیگنال تا فرکانس 20MHz است .
دامنه (Scope) این روش در برگیرنده پارامترهای زیر است: 
•    کالیبراسیون فرکانس 
•    كاليبراسيون دامنه
•    تعیین پاسخ فرکانسی 
•    تعیین DC Offset 
•    تعیین اعوجاج هارمونيك (Harmonic Distortion) 
•    تعیین زمان خيز (Rise Time) و زمان سقوط (Fall Time) سیگنالهای مستطیلی 
آماده سازی برای کالیبراسیون مولد سیگنال
معمولا فعالیتهای قبل از انجام کالیبراسیون بقرار زير است :
•    بازرسي چشمي و بررسی وضعیت عمومی مولد سیگنال
•    بررسی تمامی وظایف مرتبط با کالیبراسیون
•    بررسی سطحی تمامی سیگنالهای خروجی در کل گستره فرکانسی با استفاده از اسيلوسكوپ  و در صورت آشکار شدن هرگونه خرابی در وظایف یا امکان بروز مشکل ایمنی برای کاربر در حین کار ، ابتدا بایستی مشکلات برطرف شود .
•    برقراری شرایط محیطی (مثل دما و رطوبت ) متناسب با رده کالیبراسیون
•    تمامی دستگاههای اندازه گیری مرجع و مولد سیگنال تحت کالیبراسیون روشن و تا پایداری حرارتی آنها بایستی صبر کرد (بطور مثال ازروی مشخصات سازنده)
کالیبراسیون فرکانس مولد سیگنال 
•    مداری متشکل از شمارنده فرکانس (Frequency Counter) بعنوان دستگاه استاندارد مرجع و مولد فرکانس تحت کاليبره را   با لحاظ کردن تمامی الزامات مربوط به تجهیزات الکتریکی ببندید
•    کالیبراسیون را در 3 فرکانس، معادل با 10% ، 50 % و 100% حدبالای فرکانس همان گستره انجام داده و مقادیر را ثبت کنید
•    در صورتیکه مولد سیگنال دارای چندین گستره فرکانسی باشد ، کالیبراسیون را برای تمامی گستره ها انجام دهید
•    برای کالیبراسیون ، از سیگنال با شکل موج مستطیلی استفاده کنید تا ازتاثیر خطای ناشی از تریگر شمارنده فرکانس استاندارد مرجع جلوگیری شود
کالیبراسیون  دامنه مولد سیگنال 
•    مداری متشکل از  مولتي متر ديجيتالي با درستي کافي بعنوان دستگاه استاندارد مرجع و مولد فرکانس تحت کاليبره رابا لحاظ کردن تمامی الزامات مربوط به تجهیزات الکتریکی ببندید
•    کالیبراسیون را با سیگنالی سینوسی خروجی با فرکانس 1KHz  انجام دهید
•     امپدانس ورودی ولتمتر دیجیتالی استاندارد بایستی با امپدانس خروجی مولد سیگنال یکسان باشد (معمولا ۵۰ اهم )
•     مقدار موثر ولتاژ (RMS) را باستفاده از ولتمتر دیجیتال استاندارد قرائت و ثبت کنید
•    نقاط کالیبراسیون ، بیشترین و کمترین مقادیر ولتاژ در هر گستره دامنه مولد سیگنال هستند
•    معمولا اگر امپدانس ورودی ولتمتر استاندارد بزرگ باشد (بزرگتر از ۱ گيگا اهم) ، از یک مقاومت   ۵۰ اهمي  که به خروجی مولد سیگنال وصل شده و ولتاژ دو سر آن توسط ولتمتر اندازه گیری میشود استفاده میکنند. اثر مقاومت  ۵۰ اهمي در این مدار قابل صرف نظر است 
کالیبراسیون پاسخ فرکانسی مولد سیگنال 
•    مداری متشکل از   اسيلوسکوپ  بعنوان دستگاه استاندارد مرجع و مولد فرکانس تحت کاليبره رابا لحاظ کردن تمامی الزامات مربوط به تجهیزات الکتریکی ببندید
•    از سیگنال سینوسی برای بررسی پاسخ فرکانسی مولد سیگنال استفاده کنید 
•    مشابه با آنچه  در کالیبراسیون اسیلوسکوپها برای تعیین پاسخ فرکانسی انجام میشود ، ابتدا در فرکانس پایین دامنه را روی 100% درجه بندی صفحه اسيلوسكوپ  استاندارد مرجع تنظیم و سپس فرکانس را آنقدر بالا ببرید تا دامنه سیگنال برروی صفحه اسیلوسکوپ به 70.7%(3dB) کاهش پیدا کند.  فرکانس مزبور را با مقدار مشخص شده در مشخصات فنی سازنده یا با رواداری کاربرد مورد نظر مقایسه کنید 
•    برای رسم پاسخ فرکانسی در حداقل 5 نقطه در گستره فرکانسی مقادیر دامنه را ثبت و برحسب فرکانس رسم کنید
تعیین مقدار  DC Offset مولد سیگنال 
•    مداری متشکل از مولتي متر ديجيتالي با درستي کافي بعنوان دستگاه استاندارد مرجع و مولد فرکانس تحت کاليبره و يک فيلتر پايين گذر (LPF) که بين دو دستگاه مزبور قرار ميگيرد  رابا لحاظ کردن تمامی الزامات مربوط به تجهیزات الکتریکی ببندید.
•    (در صورت امکان) از سیگنال سینوسی با فرکانس 100 KHz در خروجی مولد سیگنال استفاده کنید
•    برای کاهش اثرات ولتاژهای متناوب  فرکانس بالا از فیلتر پایین گذر (LPF)میتوانید استفاده کنید
•    ابتدا بازای سیگنال متناوب با دامنه های مختلف ، بیشترین مقدار ولتاژ مستقیم را که توسط ولت متر ديجيتالي قرائت می شود، ثبت کنید
•    در حالت ایده آل مقدار آن بایستی صفر یا کمتر از مقدار DC Offset مولد تحت کالیبره که سازنده گفته ، باشد
تعیین اعوجاج هارمونیک مولد سیگنال 
اعوجاج هارمونیک  کل يا THD يک سيگنال ، نسبت مجموع توان تمامي مولفه هاي هارمونيک به توان فرکانس پايه (معمولا 50 هرتز) است. براي سيگنالهاي ولتاژ اين نسبت ميتواند بجاي توان سيگنال براساس توان دوم ولتاژ يا RMS آن محاسبه شود .
اعوجاج هارمونیک ، بایستی برای فرکانسهای بالای  10Hzبا دامنه  1V تعیین شود و توصیه میشود از آشکارساز  هارمونیک (Harmonic Detector) برای فرکانسهای بین 10Hz تا 100KHz و از  تحلیل گر طیف (Spectrum Analyzer) برای فرکانسهای بالاتر از 100KHz مطابق شکل زیر استفاده کنید. تحليل گر طيف براي اندازه گيري توان سيگنالها در فرکانسهاي مختلف است.
در هریک از محدوده های فرکانسی گفته شده در بالا ،دو اندازه گیری انجام دهید .معمولا ميزان اعوجاج مولدهاي سيگنال حدود  50dB - ميباشد.
تعیین زمان خيز (Rise Time) و زمان سقوط (Fall Time) سيگنالهاي مستطيلي  
 مشخصه های  زمان خيز و زمان سقوط سیگنال مستطیلی مولد سیگنال را بااستفاده از یک اسيلوسكوپ در فرکانسهای مختلف  با تعیین فاصله زمانی بین دامنه 10% تا 90% برای زمان برقراری و بین 90% تا 10% برای زمان سقوط سیگنال خروجی مستطیلی مطابق شکل زیر تعیین کنید .
 عوامل موثر در عدم قطعیت اندازه گیری دامنه سیگنال خروجی (در روش زير) 
فرض کنيد برای کالیبراسیون دامنه مولد های سیگنال ، مقدار RMS سیگنال خروجی سینوسی آنها در فرکانس 1KHz با یک ولتمتر استاندارد مرجع در دو سر یک مقاومت  ۵۰ اهمي اندازه گیری میشود . براي اين روش کاليبراسيون  عوامل موثر (کميتهاي ورودي) بر عدم قطعيت نتيجه کاليبراسيون  عبارتند از :
•    نتیجه آخرین کالیبراسیون ولتمتر استاندارد مرجع( درج شده در گواهی کالیبراسیون) 
•    رانش بلندمدت ولتمتر استاندارد از زمان آخرین کالیبراسیون(طبق مشخصات سازنده)
•    قدرت تفکیک ولت متر استاندارد
•    عدم قطعیت  تکرار اندازه گیری (معمولا ۱۰ بار تکرار)
•    انطباق امپدانسهای خروجی مولد سیگنال و ورودی ولتمتر استاندارد
•    در صورتیکه مقاومت ورودی ولتمتر استاندارد بیشتر از  ۱ گيگا اهم باشد ، از اثر مقاومت  ۵۰ اهمي که ولتاژ در دو سر آن اندازه گیری میشود میتوان صرف نظر کرد .ژ

اين متن به سفارش وبسايت پارسيان الكتريك لاله زار بخش مقالات برق و الكتريك گردآوري شده است.شمارگان194