Proč je Fluke ScopeMeter 190 III skutečný průmyslový osciloskop

Fluke ScopeMeter 190 III je průmyslový osciloskop především díky až čtyřem nezávislým galvanicky izolovaným vstupům, současnému vzorkování všech aktivních kanálů, bezpečnostní konstrukci CAT III 1000 V / CAT IV 600 V a mechanické odolnosti pro práci přímo v průmyslovém provozu.

Fluke ScopeMeter 190 III - skutečný průmyslový osciloskop

Na trhu je dnes množství bateriových ručních osciloskopů s barevným displejem, několika kanály a na první pohled velmi dobrými parametry.

Pokud hledáme osciloskop pro průmyslové použítí, je potřeba si uvědomit, že technik v průmyslu má velmi odlišné požadavky na ruční osciloskop než vývojář.

Není pro něho rozhodující pouze šířka pásma nebo vzorkovací rychlost a počet kanálů.

Pro použití v průmyslovém provozu je důležitá robustnost a elektrická bezpečnost při měření, jak jsou řešený vstupní kanály, zda jsou mezi sebou skutečně galvanicky izolované, zda připojení USB nebo napájecího adaptéru nevytvoří nechtěnou elektrickou vazbu a pro jasné a spolehlivé nalezení problému, zda jsou všechny kanály vzorkovány skutečně současně.

Právě v těchto vlastnostech je konstrukce scopemetrů Fluke řady 190 III zásadně odlišná od většiny bateriových přenosných osciloskopů.

Fluke ScopeMeter 190 III při měření v průmyslovém provozu

Bateriové napájení ještě neznamená izolované vstupy

Skutečnost, že je osciloskop napájen z baterie, může vyvolávat dojem, že jeho jednotlivé vstupy lze bez problémů připojit kamkoli.

To ale může být velký omyl, který omezí použití takového přístroje a může přinést mnoho potíží.

U většiny takových přístrojů jsou referenční potenciály několika vstupních kanálů uvnitř vzájemně propojené. Připojí-li technik reference dvou sond na místa s rozdílným potenciálem, propojí tato místa nechtěně spojit přes osciloskop. Důsledkem není jen nesprávné měření. Takové propojení vyvolá vyrovnávací proud nebo zkrat, který může poškodit a znefunkčnit jak měřenou technologii, vstupní obvody osciloskopu, připojené sondy, tak  v krajním případě ohrozit samotného technika.
Proto je při průmyslovém měření mnohem důležitější otázka „jsou jednotlivé kanály skutečně galvanicky oddělené?“ než samotná informace, že je osciloskop bateriový. 

Čtyři skutečně nezávislé plovoucí vstupy

Fluke ScopeMeter 190 III jsou konstruovány s až čtyřmi nezávisle plovoucími a vzájemně izolovanými vstupními kanály.
Každý kanál má vlastní signálový a referenční vstup. Reference jednotlivých vstupů nejsou uvnitř přístroje propojené. Konstrukčně se tak čtyřkanálový ScopeMeter chová podobně, jako kdyby technik používal čtyři samostatné měřicí přístroje.
To výrazně rozšiřuje možnosti měření na systémech, kde jednotlivé části pracují na rozdílných potenciálech.

Co izolované kanály přinášejí v praxi

*První přínos je bezpečnost obsluhy.**

Technik nemusí kvůli společné zemi osciloskopu vytvářet nebezpečná propojení mezi částmi zařízení, které mají rozdílné referenční potenciály. Nemusí mít obavy připojit vstupy kamkoliv, kde potřebuje měřit.

*Druhý přínos je ochrana měřené technologie.**

Připojením dalšího kanálu se přes společnou referenci osciloskopu nepropojí dva obvody, které spolu elektricky spojeny být nemají.

*Třetím přínosem je ochrana samotného osciloskopu.**

Chyba při připojení společných referencí nevyvolá zkrat nebo nepřinese nebezpečné napětí na kostru přístroje.

*Čtvrtým přínosem je jednodušší práce.**

Technik nemusí komplikovaně hledat společný referenční bod, používat několik samostatných přístrojů nebo kvůli každému dalšímu kanálu znovu posuzovat, zda jeho zem nepřemostí jinou část obvodu.
Snižuje se tak zásadně pravděpodobnosti zkratu při současném měření několika signálů a omezení zemních proudů v systémech s více zemními potenciály.

Z blokového schématu čtyř vstupních kanálů Fluke 190 III je patrná konstrukce, kdy každý kanál je izolován od zbytku přístroje a má i napájení izolované od zbytku přístroje. Dále je vidět, že každý kanál je řešen jako samostatný izolovaný vstupní a akviziční řetězec.

Izolace nekončí mezi kanály

Velmi důležitou vlastností ScopeMeteru 190 III je, že vstupní kanály nejsou elektricky izolované pouze mezi sebou. Měřicí kanály jsou také elektricky oddělené od USB rozhraní a vstupu napájecího adaptéru. To je v průmyslovém provozu mimořádně důležité.
Představme si, že ScopeMeter měří několik plovoucích obvodů a současně jej technik připojí přes USB k notebooku. Pokud by USB nebylo galvanicky oddělené, mohl by notebook – zejména při síťovém napájení – vytvořit novou cestu k ochranné zemi a tím změnit celé zapojení měřicího systému. Podobný problém by mohl také vzniknout přes síťový napájecí adaptér.

U ScopeMeteru je proto důležitá celá izolační architektura přístroje, nikoli pouze oddělení BNC konektorů.

Čtyři izolované kanály → vnitřní elektronika přístroje → oddělené USB → notebook; samostatně zobrazit oddělený vstup napájecího adaptéru. 

Kde je tato konstrukce velmi užitečná

Výhoda izolovaných kanálů se projeví všude tam, kde potřebujeme současně sledovat několik částí systému s různými referenčními potenciály.
Typickým příkladem může být průmyslový napájecí nebo záložní systém. Technik může potřebovat současně sledovat síťovou stranu, DC část, výstupní větev a řídicí nebo stavový signál.

Podobně při diagnostice automatizovaných výrobních zařízení může být potřeba současně porovnat několik galvanicky oddělených napájení, výstupy snímačů, řídicí signály nebo reakci akčních členů s jistotou, že „rychle mohu sáhnout kam potřebuji“.
U průmyslových zdrojů, UPS, nabíječů, usměrňovačů, svařovacích zdrojů nebo dalších zařízení výkonové elektroniky se mohou jednotlivé měřicí body nacházet na zcela rozdílných potenciálech.
Právě tam se čtyři izolované kanály mění z katalogového parametru na vlastnost, která technikovi zásadně usnadňuje práci.

Současné vzorkování všech kanálů je druhá zásadní výhoda

Izolované kanály řeší otázku **kde lze měřit**.

Druhá klíčová vlastnost rozhoduje o tom, **jak přesně lze několik současně měřených průběhů časově porovnat**.

Fluke ScopeMeter 190 III používá samostatný A/D převodník pro každý vstup. Všechny aktivní kanály jsou vzorkovány současně. Fluke tuto vlastnost uvádí přímo v technické specifikaci.
To je konstrukčně zásadně jiné řešení než akvizice, při které jeden A/D převodník postupně přepíná (multiplexuje) několik vstupních kanálů postupně.

Proč může být multiplex problém

Při multiplexovaném měření nejsou vzorky jednotlivých kanálů získány přesně ve stejném okamžiku. Mezi vzorkem kanálu A a například kanálu D existuje určitý časový posun způsobený postupným přepínáním měřicí cesty.
U pomalu se měnících signálů nemusí být tento rozdíl významný. Při analýze rychlých dějů nebo hledání příčiny poruchy ale může být důležité vědět:

* který signál změnil stav jako první,
* jaká byla skutečná časová prodleva,
* zda dvě události vznikly současně,
* zda reakce ochrany následovala před nebo až po jiném ději,
* zda je mezi několika průběhy skutečný fázový nebo časový posun.
Se současně vzorkovanými kanály jsou tyto vztahy jednoznačné.

Porovnání dvou principů. Vlevo: multiplexovaná akvizice A → B → C → D s viditelným časovým posunem mezi vzorky. Vpravo: ScopeMeter 190 III – čtyři samostatné digitizéry, všechny kanály A–D vzorkované ve stejném okamžiku.

Co znamená ekvidistantní vzorkování

Ekvidistantní vzorkování znamená, že jsou jednotlivé vzorky odebírány v pravidelných časových intervalech. Spojením ekvidistantního a současného vzorkování získáme u několika kanálů společnou a přesně definovanou časovou osu.
Pro technika to znamená, že při zobrazení čtyř průběhů může skutečně hodnotit jejich vzájemnou časovou souvislost. To je důležité nejen při hledání poruch, ale také při uvádění zařízení do provozu a nastavování technologie.

Při nastavování technologie potřebujeme vidět příčinu a reakci současně

Při uvádění zařízení do provozu nebo změně nastavení technologie se často sleduje, jak jedna část systému reaguje na jinou.

Může jít například o:

* povel a reakci akčního členu,
* výstup snímače a reakci regulace,
* změnu řídicí veličiny a následnou změnu výkonového obvodu,
* několik stupňů sekvenčního řízení,
* bezpečnostní signál a skutečné odpojení výkonové části,
* synchronizaci několika částí stroje.

Se čtyřmi současně vzorkovanými kanály lze sledovat celý sled událostí v jediném záznamu.

Technik tak nemusí měření opakovat několikrát s různým připojením a následně se snažit výsledky časově porovnávat.
To může velmi výrazně urychlit nastavování technologie a zároveň snížit riziko chybného závěru.

Při hledání nepravidelné poruchy rozhoduje pořadí událostí

Typickým problémem údržby je zařízení, které se jednou za několik hodin zastaví, přejde do ochranného režimu nebo se krátce zachová nestandardně.

Následné kontroly mohou ukázat, že všechny jednotlivé části zařízení jsou v pořádku.

Klíčová otázka ale zní:

Co se stalo jako první?**
Se současně vzorkovanými kanály lze například zjistit, zda nejprve:

* pokleslo pomocné napájení,
* změnil stav snímač,
* zanikl řídicí signál,
* reagoval ochranný obvod,
* nebo se změnil výkonový výstup.
Právě schopnost rekonstruovat časovou posloupnost poruchového děje je jedním z největších praktických přínosů čtyřkanálového ScopeMeteru. Když ji spojíme s tím, že technik může bez obav ze zkratu sáhnout kamkoliv, je to obrovský přinos.

ScopeRecord, TrendPlot a Replay doplňují samotnou akvizici

Současné vzorkování má největší význam tehdy, když se podaří problém zachytit.
ScopeMeter proto nabízí také funkce pro sledování nepravidelných událostí.

**ScopeRecord™** ukládá až 30 000 datových bodů na každý vstupní kanál a všechny kanály jsou i v tomto režimu vzorkovány současně.

**TrendPlot™** umožňuje dlouhodobě sledovat vývoj vybraných parametrů.

**Replay** automaticky zachycuje posledních 100 obrazovek, takže se technik může vrátit k ději, který právě proběhl.

Výsledkem není jen možnost problém zobrazit, ale také větší šance jej zachytit ve chvíli, kdy skutečně nastane. Například náhodný zákmit nejsem schopen za trigrovat, ale při měření jej zachytím okem na obrazovce. Vím, že tam „něco“ bylo. S využitím schopnosti Scopemetru průběžně stále mít v rychlé paměti 100 obrazovek (datově) zpět v okamžiku, kdy zahlednu událost stisknu tlačítko HOLD a mohu zpět listovat nebo záznam přehrát a zastavit v místě události a odměřit její parametry. Pokud si to jednou vyzkoušíte, nebudete bez takové funkce chtít pracovat. 

Čtyři současné průběhy s vyznačeným okamžikem poruchy a posloupností A → B → C. Vedle dlouhý ScopeRecord s označeným místem události.

Při servisu výkonové elektroniky jsou izolované kanály mimořádně cenné

Při opravách výkonové elektroniky se výhody izolovaných kanálů a současného vzorkování využívají ještě výrazněji.
Technik může potřebovat současně sledovat například:

* napětí DC sběrnice,
* řídicí impulzy výkonového prvku,
* pomocné napájecí napětí,
* proud nebo napětí ve výkonovém stupni,
* reakci ochranného obvodu,
* zpětnovazební signál.

Tyto body často nejsou na společném potenciálu.
U klasického osciloskopu se společnými referencemi by takové měření vyžadovalo diferenciální sondy, jinou měřicí konfiguraci nebo postupné měření jednotlivých bodů.
ScopeMeter se čtyřmi nezávislými plovoucími vstupy umožňuje řadu podobných měření realizovat výrazně přímočařeji. 
A díky současnému vzorkování lze správně posoudit časovou vazbu mezi řízením a skutečnou reakcí výkonového obvodu.

Výkonový zdroj nebo jiná výkonová elektronika se čtyřmi měřicími body na různých potenciálech. Možnost současného měření řídicí i výkonové části.*

Izolace neznamená, že lze ignorovat bezpečnostní limity

Izolované kanály výrazně rozšiřují možnosti měření, ale nelze použít libovolné sondy.
Vždy a nejen u Scopemetru je nutné rozlišovat kategorii samotného vstupu a kategorii celé měřicí sestavy se sondou.
Samotný bezpečnostní BNC vstup je určen pro CAT IV 300 V.
Při použití odpovídající sondy měřicí systém dosahuje CAT III 1000 V / CAT IV 600 V

Proto nelze hodnotu CAT III 1000 V / CAT IV 600 V automaticky vztahovat na libovolné přímé připojení vodiče do BNC konektoru.
Bezpečnostní kategorii vždy určuje celý měřicí řetězec měřicího přístroje přístroj. To platí pro jakákoliv měřicí přístroj. 
– vstup – sonda – vodiče – způsob připojení.

CAT není jen maximální napětí

Měřicí kategorie CAT obecně souvisí s místem měření v elektrické instalaci a úrovní možného napěťového a poruchového namáhání.
Právě proto je zásadní rozdíl mezi osciloskopem vhodným pro laboratorní elektroniku a přístrojem určeným pro průmyslový rozváděč zásadní, přestože oba na papíře zobrazí například stejné napětí.
U průmyslového přístroje musí být celé vstupní řešení – včetně sond – navrženo tak, aby odpovídalo prostředí, ve kterém se skutečně měří.

Schéma CAT II / III / IV - přímý BNC CAT IV 300 V; s odpovídající sondou CAT III 1000 V / CAT IV 600 V.

Průmyslový přístroj by měl být také mechanicky odolný

ScopeMeter 190 III není určen pro práci na stole ale v terénu.
Fluke 190 III má krytí IP51 podle IEC 60529, odolnou konstrukci a je navržen pro práci v prostředí průmyslové údržby.

Jsou také odolné proti rázu a vibracím. Přístroje Fluke 190 III jsou testovány podle normy MIL-PRF-28800F Class 2, jsou tedy použitelné i v armádě .

To je důležité při každodenním používání v rozváděčích, u výrobních zařízení, při servisních výjezdech a při uvádění technologií do provozu.
Elektrické vlastnosti přístroje tedy doplňuje mechanická konstrukce odpovídající místu jeho použití.

Proč není každý bateriový osciloskop skutečnou alternativou

Při porovnávání přenosných osciloskopů mohou na první pohled dominovat údaje jako:

* šířka pásma,
* maximální vzorkovací rychlost,
* velikost displeje,
* hloubka paměti,
* počet funkcí.

Pro průmyslového technika je ale vhodné položit ještě několik dalších otázek:

**Jsou jednotlivé kanály skutečně galvanicky izolované mezi sebou?**
**Jsou měřicí vstupy izolované také od USB a externího napájení?**
**Má každý vstup vlastní digitizér?**
**Probíhá vzorkování aktivních kanálů skutečně současně, nebo se jeden převodník mezi kanály multiplexuje?**
**Jaká CAT kategorie platí přímo pro vstup a jaká až při použití konkrétní sondy?**
**Jaké jsou maximální dovolené potenciály mezi jednotlivými vstupy a proti zemi?**
**Je přístroj konstrukčně určen pro průmyslové prostředí?**

To jsou parametry, které jsou při reálném měření v průmyslu mnohem důležitější než několik dalších funkcí v menu přístroje.

Hlavní výhoda ScopeMeteru 190 III je v jeho architektuře

Hodnota Fluke ScopeMeteru 190 III není tedy pouze v šířce pásma ani ve značce výrobce.
Je především v kombinaci vlastností, které technik při práci skutečně využije:

* až čtyři nezávislé plovoucí a vzájemně izolované vstupy,
* galvanické oddělení měřicích kanálů od USB a napájecího adaptéru,
* samostatný digitizér pro každý vstup,
* současné vzorkování aktivních kanálů,
* bezpečnostní konstrukce pro průmyslové elektrické prostředí,
* záznamové funkce pro nepravidelné poruchy,
* robustní provedení pro práci přímo v provozu.

Výsledkem je přístroj, se kterým lze rychle zapojit více měřicích bodů, bezpečně pracovat na různých potenciálech a získat časově správný obraz několika souvisejících dějů najednou.

Závěr: nejde jen o čtyři kanály

Čtyři vstupy má dnes řada ručních osciloskopů.
Podstatná otázka je, co se uvnitř přístroje mezi těmito čtyřmi vstupy skutečně děje.

U ScopeMeteru 190 III jsou vstupy nezávisle plovoucí a galvanicky oddělené. Izolace pokračuje i vůči USB a vstupu napájecího adaptéru. Každý vstup má vlastní digitizér a všechny aktivní kanály lze vzorkovat současně.
Právě tato konstrukce přináší technikovi tři praktické výhody:

větší bezpečnost při práci, menší riziko poškození měřeného zařízení a výrazně lepší možnost hledat příčiny poruch podle skutečných časových souvislostí.

Ať už jde o údržbu průmyslového zařízení, nastavování technologie nebo servis výkonové elektroniky, právě tyto vlastnosti rozhodují o tom, zda je přenosný osciloskop pouze pohodlný bateriový přístroj, nebo skutečný průmyslový osciloskop.

Fotografie