Componenti accessori atti ad ampliare i limiti di misura sono necessari quando si intende misurare tensioni o correnti che superano il valore massimo di input misurabile da uno strumento, come accade in genere oltre i 50 A o 1000 V. Per questi valori, sono generalmente utilizzati trasformatori di corrente o divisori di tensione. Signaltec fornisce sistemi di trasformazione della corrente e sviluppa anche precisi trasformatori di tensione a banda larga; l’azienda ha un proprio laboratorio di metrologia dotato di strumenti Yokogawa che sono utilizzati per il test e la caratterizzazione dei prodotti di Signaltec, oltre che nell’attività di consulenza applicativa e nel controllo i prodotti restituiti dai clienti perché ritenuti difettosi. Testare un trasformatore di corrente zero-flow ad alta precisione o una resistenza di carico per correnti di parecchie centinaia di Ampere o un partitore di tensione di oltre 1000 volt presenta una serie di sfide. Il test infatti non deve essere solo realistico, ma anche preciso e affidabile. Realistico in questo caso significa con frequenze, tensioni e correnti sufficientemente elevate. La gamma di frequenze da testare varia da Dc a pochi kiloHertz per la corrente fondamentale, e spesso alcune decine di kiloHertz per le frequenze di commutazione degli inverter, mentre la tensione è ancora superiore se devono essere analizzati i limiti di tensione. Poiché questi dispositivi agiscono come sensori pensati per estendere gli intervalli di misurazione dei misuratori di potenza, particolare attenzione è rivolta all’errore di fase angolare dei convertitori e carichi utilizzati. Un errore angolare di un dispositivo di misurazione o un convertitore di segnale cambia la posizione di fase effettiva tra tensione e corrente e quindi genera un valore errato della potenza misurata.
Analisi dei trasformatori di corrente
In realtà, un trasformatore di corrente per correnti elevate viene testato meglio con una corrente elevata. Di solito ciò viene effettuato in laboratori di calibrazione adeguati con standard di misurazione per l’ampiezza e l’angolo di fase, e con le sorgenti di corrente nell’ordine di pochi kiloAmpere. Per l’analisi della linearità del convertitore, l’errore di angolo e di offset spesso sono sufficienti solo pochi Ampere. Per la misura della potenza, Signaltec offre trasduttori di corrente della massima precisione di ampiezza, pari a solo pochi ppm e un errore angolare nell’intervallo di un minuto. Solo con tali trasduttori è possibile un’accurata misurazione delle perdite dei sistemi di azionamento. Sensori di corrente di tale precisione possono restituire buoni risultati anche con bassa modulazione. Il test viene eseguito utilizzando il calibratore di potenza LS3300 e l’analizzatore di precisione WT1800E di Yokogawa. L’LS3300 è estremamente preciso e può produrre tensioni in corrente alternata fino a 1250 V e correnti Ac fino a 62,5 A con frequenze fino a 1200 Hz e un fattore di potenza da -1 a +1. Correnti anche più elevate possono essere generate collegando in parallelo tre dispositivi. Nel nostro esempio, l’LS3300 simula misurazioni di potenza a 100 V e 50 A a 1 kHz e con un fattore di potenza di 0,1. Con la combinazione di un trasformatore di corrente e analizzatore di potenza misuriamo quindi 99,99 V, 50,00 A, 499 W e un fattore di potenza di 0,0997, valori fantastici a questa frequenza.
Analisi delle resistenze di carico
Altro gruppo di prodotti Signaltec sono le resistenze di carico, con valori nominali tra 1 e 50 ohm, che vengono utilizzate per misurazioni di corrente alle tensioni di ingresso. I componenti sono specificati con una tolleranza di fabbricazione dello 0,01 o 0,02% per frequenze fino a 100 kHz. Per la misura della risposta di ampiezza e fase di una resistenza di carico, è necessaria una corrente di misurazione significativamente inferiore, ma la frequenza durante il test di carico si estende nella gamma dei megaHertz. Signaltec utilizza la seguente configurazione di misurazione: due segnali sincroni sinusoidali di tensione sono generati mediante un generatore di funzioni a due canali. Una delle due tensioni di uscita viene convertita in corrente con un amplificatore di potenza analogico. L’amplificatore utilizzato offre correnti output fino a 20 A a frequenze fino a 100 kHz. Ma poiché sono necessarie solo correnti significativamente inferiori, l’amplificatore di potenza può essere utilizzato fino a una frequenza di 1 MHz. La combinazione di questi due dispositivi si traduce in una sorta di calibratore di potenza per le alte frequenze non molto preciso. Tuttavia, poiché le misurazioni effettuate sono relative, l’accuratezza assoluta non è rilevante. Ma è possibile generare correnti di pochi Ampere con frequenze molto elevate. Con il calibratore di potenza Ac LS3300 sono possibili correnti più elevate, ma limitate a una frequenza di 1,2 kHz. La potenza simulata da corrente e tensione viene misurata direttamente utilizzando un canale di misurazione della potenza di un PX8000 Precision Power Scope Yokogawa. Il secondo canale di misurazione della potenza del PX8000 misura anche la tensione direttamente, ma misura la corrente come una caduta di tensione attraverso la resistenza di carico tramite l’ingresso del sensore del canale di alimentazione. Le deviazioni rispetto alle due misurazioni di corrente e il ritardo angolare tra le due correnti possono essere calcolate usando le funzioni matematiche del PX8000 e visualizzate sul display. Con il PX8000, si ha un misuratore calibrato che campiona a 100 MS/s e 12 bit, con fino a quattro ingressi galvanicamente isolati per correnti fino a 5 A e tensioni fino a 1000 V oltre alla possibilità di mantenere la relazione di fase tra due canali. Lo strumento è ideale per la caratterizzazione e test di questi componenti.
Analisi di trasformatori di tensione fino a 1000 V
Naturalmente, gli ingressi galvanicamente isolati del PX8000 e la possibilità di misurare direttamente le tensioni fino a 1000 V sono ideali anche per esaminare i divisori di tensione. Il PX8000 è calibrato, quindi si può fare affidamento sui risultati ottenuti dalle sue misurazioni. Se volessimo eseguire le misurazioni con un oscilloscopio standard, dovremmo usare una sonda con partitore di tensione. Tuttavia, normalmente, tale sistema non sarebbe calibrato e non ne conosceremmo la risposta in frequenza. Inoltre, la maggior parte degli oscilloscopi ha una risoluzione verticale di 8 bit e nessun ingresso galvanicamente isolato, il che può essere pericoloso a causa delle elevate tensioni. Per il test, viene usato un calibratore di sonda Natronic, con cui è possibile disporre di tensioni a rampa quadra fino a ± 1000 V. Utilizzando i risultati delle misurazioni si può quindi determinare la larghezza di banda e l’errore angolare. Questo rende il PX8000 uno strumento perfetto per testare e caratterizzare componenti come resistenze di carico e partitori di tensione in presenza di elevate tensioni e correnti.
