Sviluppo e qualificazione di calibratori calcolabili per impulsi di tensione Relatore: Ch.mo Prof Giancarlo Pesavento Laureando: Stella Eros 12/03/04 A.A. 2002/2003 Calibrazione grandezze impulsive ► ► ► Necessità tracciabilità grandendezze impulsive imposte dalla normativa internazzionale IEC 60-1 e 60-2 Mancanza di campioni primari per le grandezze impulsive Allora si rende l’impulso di tensione referibile alla tensione continua mediante la misura dei componenti che determinano la sua forma ► L’impulso di tensione è caratterizzato dai parametri convenzionali introdotti nalla norma IEC 60-2: T1 T2 VMax Sviluppo e qualificazione di calibratori calcolabili per grandezze impulsive 2 IEC 61083 Tipologia di impulso Impulso di fulminazione tronco e pieno. Parametri misurati Valori Incertezza[1] [%] Stabilità a breve termine[2] [%] Tempo all’emivalore 55-65µs ≤2 ≤0,2 Tempo al fronte 0.8-0.9µs ≤2 ≤0,5 ≤0,7 ≤0,2 Tensione al picco Impulso di fulminazione troncato sul fronte Impulso di manovra All’interno della scala usata Tempo al troncamento 0.45-0.55µs ≤2 ≤1 Tensione massima All’interno della scala usata ≤1 ≤0,2 Tempo al massimo 15-300µs ≤2 ≤0,2 Tempo all’emivalore 2600-4200µs ≤2 ≤0,2 Tensione massima All’interno della scala usata ≤0,7 ≤0,2 Durata 0.5-3.5µs ≤2 ≤0,5 Valore di picco All’interno della scala usata ≤2 ≤1 Impulso rettangolare Sviluppo e qualificazione di calibratori calcolabili per grandezze impulsive 3 Tipologie di calibratori a bassa tensione TIPOLOGIE DI CALIBRATORI DIRECT VOLTAGE CALIBRATOR ALTERNATING VOLTAGE CALIBRATOR PULSE GENERATORS PONTE AD IMPEDENZA REFERENCE PULSE CALIBRATORS STEP GENERATORS FOR CALIBRATORS matched Calibrator s Low Imp Sviluppo e qualificazione di calibratori calcolabili per grandezze impulsive UnMatched Calibrator High Imp 4 Sistema di Calibrazione ► Generatore d.c. stabilizzato ► Testa di calibrazione ► PC di controllo ► Strumento da calibrare Stampante GPIB SORGENTE D.C. D.V.M. RS-232 CALIBRATORE connesso all’oscilloscopio Sviluppo e qualificazione di calibratori calcolabili per grandezze impulsive 5 Generazione Impulso di tensione ► Resistenza di coda ► Resistenza di fronte ► Capacità di coda ► Capacità di fronte ► Carico R1 1 2 CL=30pF Connettore coassiale Egen R2 V1 C2 V2 RL=1M? C1 Sviluppo e qualificazione di calibratori calcolabili per impulsi di tensione 6 Calibratore ad alta impedenza ► Generazione 0-350 V ► Carico R=1MΩ C=30pF ► Collegamento BNC diretto ► Collegamento PC Tramite RS 232(9pin) ► Rcoda=1400 Ω ► Rfronte=330 Ω ► Ccoda=14,7 nF ► Cfronte=1 nF Sviluppo e qualificazione di calibratori calcolabili per grandezze impulsive 7 Calcolo dell’impulso ► Tempo di fronte: T1 1.67 (t90 t30 ) ► Tempo all’emivalore: 1 T2 (t50 t30 ) (t90 t30 ) 2 ► Rendimento: C1 C1 C2 Sviluppo e qualificazione di calibratori calcolabili per grandezze impulsive 8 Calcolabilità dell’impulso ► Abaco 90 80 T2[ns 60000 x 10 7 75 6 1/2[ns] 5 4 15 00 60000 4 1250 e 1500 60 000 1000 u (t ) M e 2 t 1250 85 70 1 t 1000 per la determinazione dei coefficienti del doppio esponenziale T1[ns] 3 47500 65 47500 2 47500 1 60 0 90 15 00 12 50 80 10 00 55 550 500 70 450 400 50 250 60 300 350 350 400 50 300 450 500 550 1/1[ns] Sviluppo e qualificazione di calibratori calcolabili per grandezze impulsive 250 9 Fase di sperimentazione ► Costruzione testa di calibrazione in laboratorio; ► Prova e qualificazione con TDS 510A e AS 100-10 Sviluppo e qualificazione di calibratori calcolabili per grandezze impulsive 10 Deriva di T1 ► All’aumentare di Vin, aumenta T1 Deriva di T1 T1 T2 0.96 43.5 43 0.92 42.5 0.9 T2[us] T1[us] 0.94 42 0.88 0.86 0 100 200 300 400 41.5 500 Tensione[V] Sviluppo e qualificazione di calibratori calcolabili per grandezze impulsive 11 Deriva di T1 Cause Soluzione ► Inserzione in fase di ► Riprogettazione del chiusura del relè di una calibratore con un resistenza addizionale valore di R1 più tale da modificare la elevato. costante di tempo R1C1 ► Inserzione in che in prima derivazione al contatto approssimazione n.a. di un C in determina T1 ceramica Sviluppo e qualificazione di calibratori calcolabili per grandezze impulsive 12 Soluzione ► Compensazione effetto fino a 350 V CON CONDENSATORE T2 0.96 T1[us] 0.94 0.92 0.9 0.88 0.86 0 100 200 300 400 43.5 43.3 43.1 42.9 42.7 42.5 42.3 42.1 41.9 41.7 41.5 500 T2[us] T1 Tensione[V] Sviluppo e qualificazione di calibratori calcolabili per grandezze impulsive 13 Effetto induttanza parassita Alla chiusura dell’interruttore forte variazione di corrente sul contatto accenttuata da C che deforma l’impulso tra 10-30% di T1 Effetto Induttanza interruttore 0.4 0.35 0.3 0.25 Un ► 0.2 0.15 0.1 0.05 0 2 4 6 8 10 12 14 16 n°Campioni Sviluppo e qualificazione di calibratori calcolabili per grandezze impulsive 14 Compensazione dell’effetto ► Usare un condensatore ad alta perdita ► Inseriree una resistenza che smorza effetto e limita la corrente massima nel contatto ► Valore di C tale che: ► Aumenti la corrente nel contatto in modo da stabilizzare la resistenza non lineare che appare in fase di chiusura; ► Usare C<3nF per limitare energia iniettata nel contatto in chisura ► Rendere la maglia del condensare-contatto la più piccola possibile per limitare l’induttanza; Sviluppo e qualificazione di calibratori calcolabili per grandezze impulsive 15 Risultato finale: ► Particolare tra 0-70% ► Impulso TB2=100.00MS/s Funzionamento corretto(42062-Up=364.6V) Finale No.: 42096 CH1 Eval.: LI Up= 45.72kV T1= 0.874µs T2= 42.64µs LI: L1 - RW(10.0%) 0.7 0.6 45.7kV 0.5 CH1 41.1kV 0.4 32.0kV Un 0.3 0.2 22.9kV 0.1 13.7kV 0 -0.1 4.6kV 4020 4040 4060 4080 n° Camp 4100 4120 0kV 0 1.00µs Sviluppo e qualificazione di calibratori calcolabili per grandezze impulsive 2.00µs 3.00µs 4.00µs 16 Strade per lo Sviluppo del sistema di calibrazione ► Ridurre le dimensioni per ridurre il peso dei componenti parassiti che influenzano i parametri caratteristici dell’impulso campione; ► La messa in opera di un banco dedicato specificatamente alla taratura degli strumenti atti alla misura degli impulsi di tensione; Sviluppo e qualificazione di calibratori calcolabili per grandezze impulsive 17 Fine.
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