Sviluppo e qualificazione di calibratori calcolabili per impulsi di tensione Relatore: Ch.mo Prof...

Sviluppo e qualificazione Sviluppo e qualificazione di calibratori calcolabili di calibratori calcolabili per impulsi di tensioneper impulsi di tensione

Relatore: Ch.mo Prof Giancarlo PesaventoRelatore: Ch.mo Prof Giancarlo PesaventoLaureando: Stella ErosLaureando: Stella Eros

12/03/0412/03/04

A.A. 2002/2003A.A. 2002/2003

Sviluppo e qualificazione di calibratori calcolabili per grandezze impulsive

2

Calibrazione grandezze Calibrazione grandezze impulsiveimpulsive

Necessità tracciabilità Necessità tracciabilità grandendezze impulsive grandendezze impulsive imposte dalla normativa imposte dalla normativa internazzionale IEC 60-1 internazzionale IEC 60-1 e 60-2e 60-2

Mancanza di campioni Mancanza di campioni primari per le grandezze primari per le grandezze impulsiveimpulsive

Allora si rende l’impulso Allora si rende l’impulso di tensione referibile alla di tensione referibile alla tensione continua tensione continua mediante la misura dei mediante la misura dei componenti che componenti che determinano la sua determinano la sua formaforma

L’impulso di tensione è L’impulso di tensione è caratterizzato dai parametri caratterizzato dai parametri convenzionali introdotti nalla convenzionali introdotti nalla norma IEC 60-2:norma IEC 60-2: TT11 TT22 VVMaxMax


3

IEC 61083IEC 61083

Tipologia di impulso Parametri misurati ValoriIncertezza[1]

[%]Stabilità a breve termine[2] [%]

Impulso di fulminazione tronco e pieno.

Tempo all’emivalore 55-65µs ≤2 ≤0,2

Tempo al fronte 0.8-0.9µs ≤2 ≤0,5

Tensione al piccoAll’interno della scala usata

≤0,7 ≤0,2

Impulso di fulminazione troncato sul fronte

Tempo al troncamento 0.45-0.55µs ≤2 ≤1

Tensione massimaAll’interno della scala

usata≤1 ≤0,2

Impulso di manovra

Tempo al massimo 15-300µs ≤2 ≤0,2

Tempo all’emivalore 2600-4200µs ≤2 ≤0,2

Tensione massimaAll’interno della scala

usata≤0,7 ≤0,2

Impulso rettangolare

Durata 0.5-3.5µs ≤2 ≤0,5

Valore di piccoAll’interno della scala

usata≤2 ≤1


4

Tipologie di calibratori a bassa Tipologie di calibratori a bassa tensionetensione

TIPOLOGIE DI CALIBRATORI

DIRECT VOLTAGE CALIBRATOR

ALTERNATING VOLTAGE

CALIBRATORPULSE GENERATORS

STEP GENERATORS

FOR CALIBRATORS

REFERENCE PULSE

CALIBRATORS

PONTE AD IMPEDENZA

matched Calibrat

ors

Un-Matched Calibrato

r

Low Imp High Imp


5

Sistema di CalibrazioneSistema di Calibrazione

Generatore d.c. Generatore d.c. stabilizzatostabilizzato

Testa di Testa di calibrazionecalibrazione

PC di controlloPC di controllo Strumento da Strumento da

calibrarecalibrare

GPIB

SORGENTE D.C. D.V.M.

CALIBRATORE connesso all’oscilloscopio

RS-232

Stampante

Sviluppo e qualificazione di calibratori calcolabili per impulsi di tensione

6

Generazione Impulso di Generazione Impulso di tensionetensione

Resistenza di codaResistenza di coda Resistenza di fronteResistenza di fronte Capacità di codaCapacità di coda Capacità di fronteCapacità di fronte CaricoCarico

Egen

R1

R2

1 2

V2

V1C1

C2

RL=1M?

CL=30pF


7

Calibratore ad alta Calibratore ad alta impedenzaimpedenza Generazione 0-350 VGenerazione 0-350 V

Carico R=1MΩ Carico R=1MΩ C=30pFC=30pF

Collegamento BNC Collegamento BNC direttodiretto

Collegamento PC Collegamento PC Tramite RS Tramite RS 232(9pin)232(9pin)

Rcoda=1400 ΩRcoda=1400 Ω Rfronte=330 ΩRfronte=330 Ω Ccoda=14,7 nFCcoda=14,7 nF Cfronte=1 nFCfronte=1 nF


8

Calcolo dell’impulsoCalcolo dell’impulso

Tempo di fronte:Tempo di fronte:

Tempo Tempo all’emivalore:all’emivalore:

Rendimento:Rendimento:

1 90 301.67 ( )T t t

2 50 30 90 30

1( ) ( )

2T t t t t

1

1 2

C

C C


9

Calcolabilità dell’impulsoCalcolabilità dell’impulso

Abaco per la Abaco per la determinazione dei determinazione dei coefficienti del coefficienti del doppio esponenzialedoppio esponenziale

1 2( ) t tu t M e e

250

300350

400450

500550

50

60

70

80

900

1

2

3

4

5

6

7

x 104

250 300 350 400 450 500 55050

55

60

65

70

75

80

85

90

1000

1000

1000

1250

1250

1250

1500

1500

1500

4750047500

47500

6000060000

60000

1/1[ns]

1/2[ns]

T1[ns]

T2[ns]


10

Fase di sperimentazioneFase di sperimentazione

Costruzione testa di Costruzione testa di calibrazione in calibrazione in laboratorio;laboratorio;

Prova e Prova e qualificazione con qualificazione con TDS 510A e AS 100-TDS 510A e AS 100-1010


11

Deriva di TDeriva di T11

All’aumentare di VAll’aumentare di Vin,in, aumenta aumenta TT11

Deriva di T1

0.86

0.88

0.9

0.92

0.94

0.96

0 100 200 300 400 500Tensione[V]

T1[u

s]

41.5

42

42.5

43

43.5

T2[u

s]

T1 T2


12

Deriva di TDeriva di T11

CauseCause Inserzione in fase di Inserzione in fase di

chiusura del relè di chiusura del relè di una resistenza una resistenza addizionale tale da addizionale tale da modificare la modificare la costante di tempo costante di tempo RR11CC11 che in prima che in prima approssimazione approssimazione determina Tdetermina T11

SoluzioneSoluzione Riprogettazione del Riprogettazione del

calibratore con un calibratore con un valore di R1 più valore di R1 più elevato.elevato.

Inserzione in Inserzione in derivazione al derivazione al contatto n.a. di un C contatto n.a. di un C in ceramicain ceramica


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SoluzioneSoluzione

Compensazione effetto fino a 350 VCompensazione effetto fino a 350 V

CON CONDENSATORE

0.86

0.88

0.9

0.92

0.94

0.96

0 100 200 300 400 500

Tensione[V]

T1[

us]

41.5

41.741.9

42.1

42.3

42.542.7

42.9

43.143.3

43.5

T2[

us]

T1 T2


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Effetto induttanza parassitaEffetto induttanza parassita

Alla chiusura dell’interruttore forte variazione di corrente Alla chiusura dell’interruttore forte variazione di corrente sul contatto accenttuata da C che deforma l’impulso tra 10-sul contatto accenttuata da C che deforma l’impulso tra 10-30% di T130% di T1

2 4 6 8 10 12 14 16

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

n°Campioni

Un

Effetto Induttanza interruttore


15

Compensazione dell’effettoCompensazione dell’effetto

Usare un condensatore ad alta perditaUsare un condensatore ad alta perdita Inseriree una resistenza che smorza effetto Inseriree una resistenza che smorza effetto

e limita la corrente massima nel contattoe limita la corrente massima nel contatto Valore di C tale che:Valore di C tale che:

Aumenti la corrente nel contatto in modo da stabilizzare Aumenti la corrente nel contatto in modo da stabilizzare la resistenza non lineare che appare in fase di chiusura;la resistenza non lineare che appare in fase di chiusura;

Usare C<3nF per limitare energia iniettata nel contatto Usare C<3nF per limitare energia iniettata nel contatto in chisurain chisura

Rendere la maglia del condensare-contatto la più Rendere la maglia del condensare-contatto la più piccola possibile per limitare l’induttanza;piccola possibile per limitare l’induttanza;


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Risultato finale:Risultato finale:

Particolare tra 0-Particolare tra 0-70%70%

Impulso FinaleImpulso Finale

4020 4040 4060 4080 4100 4120

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

n° Camp

Un

Funzionamento corretto(42062-Up=364.6V)

0 1.00µs 2.00µs 3.00µs 4.00µs

TB2=100.00MS/s LI: L1 - RW(10.0%)

0kV

4.6kV

13.7kV

22.9kV

32.0kV

41.1kV

45.7kV

CH1

No.: 42096CH1 Eval.: LIUp= 45.72kVT1= 0.874µsT2= 42.64µs


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Strade per lo Sviluppo del Strade per lo Sviluppo del sistema di calibrazionesistema di calibrazione

Ridurre le dimensioni per ridurre il Ridurre le dimensioni per ridurre il peso dei componenti parassiti che peso dei componenti parassiti che influenzano i parametri caratteristici influenzano i parametri caratteristici dell’impulso campione;dell’impulso campione;

La messa in opera di un banco La messa in opera di un banco dedicato specificatamente alla dedicato specificatamente alla taratura degli strumenti atti alla taratura degli strumenti atti alla misura degli impulsi di tensione;misura degli impulsi di tensione;

Fine.Fine.

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