Politechnika

Białostocka

Wydział Elektryczny

Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Metrologii

Instrukcja do zaj

ę

ć

laboratoryjnych z przedmiotu

METROLOGIA 2

Kod przedmiotu:

F03022

Ć

wiczenie pt.

CYFROWY POMIAR CZ

Ę

STOTLIWO

Ś

CI

Numer

ć

wiczenia

23

Autor

Dr in

ż

. Ryszard Piotrowski

Białystok 2006

Ć

wicz. Nr 23 Cyfrowy pomiar częstotliwości

2

1. Wprowadzenie

z

ę

sto

ś

ciomierz jest przyrz

ą

dem do pomiaru cz

ę

stotliwo

ś

ci sygnału

okresowego. Przypomnijmy, cz

ę

stotliwo

ś ć

f sygnału (napi

ę

cia lub pr

ą

du)

okresowego jest jednoznacznie zwi

ą

zana z jego okresem T,

f

T

=

1

[Hz]

Pomiar jednej z tych wielko

ś

ci wyznacza jednocze

ś

nie drug

ą

z nich.

Cz

ę

sto

ś

ciomierze

cyfrowe

mierz

ą

na

ogół

zarówno

cz

ę

stotliwo

ś ć

(cz

ę

sto

ś

ciomierze o działaniu bezpo

ś

rednim) jak i okres (cz

ę

sto

ś

ciomierze

o działaniu po

ś

rednim).

Cz

ę

sto

ś

ciomierz o działaniu bezpo

ś

rednim

Schemat blokowy takiego cz

ę

sto

ś

ciomierza przedstawiony jest na rysunku

1.

Q

B

A

U

A

0,1 Hz

1 Hz

10 Hz

100 Hz

USB

W

L

UF

BE

W

I

G

U

A

U

X

U

B

U

W

T

W

= 0,1s

T

B

T

X

T

X

T

X

Rys. 1. Schemat blokowy cz

ę

sto

ś

ciomierza o działaniu bezpo

ś

rednim

C

Ć

wicz. Nr 23 Cyfrowy pomiar częstotliwości

3

Napi

ę

cie okresowe (tu sinusoidalne) o nieznanej cz

ę

stotliwo

ś

ci

doprowadzone jest do wej

ś

cia układu formuj

ą

cego UF, który przekształca je na

ci

ą

g impulsów szpilkowych U

A

odległych od siebie o czas T

X

, równy okresowi

sygnału wej

ś

ciowego. Napi

ę

cie U

A

dochodzi do wej

ś

cia A bramki

elektronicznej BE typu AND, realizuj

ą

cej iloczyn logiczny. Impulsy

dochodz

ą

ce do wej

ś

cia A s

ą

odtwarzane na wyj

ś

ciu Q bramki tylko wtedy, gdy

na jej wej

ś

ciu B istnieje poziom logiczny wysoki H (ang. H - high) napi

ę

cia,

wynosz

ą

cy dla układów TTL ok. 5 V. Czas trwania poziomu wysokiego

nazywany jest czasem otwarcia bramki T

B

(albo - czasem bramkowania). Jest

on precyzyjnie odmierzany przez wewn

ę

trzny zegar przyrz

ą

du. Na rys.1

przedstawiono go blokowo jako GIW (generator impulsów wzorcowych).
Zespół GIW grupuje w sobie generator kwarcowy, zespół dzielników
cz

ę

stotliwo

ś

ci oraz układ formuj

ą

cy, działaj

ą

cy tak jak układ UF.

Cztery uwidocznione na rys.1 cz

ę

stotliwo

ś

ci, odpowiadaj

ą

czterem czasom

otwarcia bramki T

B

: 10s (0,1Hz), 1s (1Hz), 0,1s (10Hz), 0,01s (100Hz)

Impulsy pochodz

ą

ce z GIW dochodz

ą

do wej

ś

cia układu sterowania

bramk

ą

USB, który jest przerzutnikiem dwustabilnym. Pierwszy z impulsów

docieraj

ą

cy do wej

ś

cia tego układu przeprowadza jego napi

ę

cie wyj

ś

ciowe

z poziomu niskiego do wysokiego, kolejny za

ś

powoduje przej

ś

cie odwrotne.

Impulsy pojawiaj

ą

ce si

ę

na wyj

ś

ciu Q bramki s

ą

zliczane przez licznik

impulsów L, za

ś

wynik zliczania, po odpowiednim przetworzeniu jest

wy

ś

wietlany w postaci cyfrowej na wy

ś

wietlaczu W w jednostkach cz

ę

s-

totliwo

ś

ci (zwykle kHz)

Zauwa

ż

my,

ż

e je

ż

eli czas otwarcia bramki T

B

równy jest 1s, to liczba

zliczonych przez licznik impulsów mo

ż

e by

ć

wy

ś

wietlona bezpo

ś

rednio jako

mierzona cz

ę

stotliwo

ś ć

w Hz. Wynika to oczywi

ś

cie z definicji herca.

Przyjrzymy si

ę

teraz bli

ż

ej zwi

ą

zkom mi

ę

dzy takimi wielko

ś

ciami jak

mierzona cz

ę

stotliwo

ś ć

f

X

, czas otwarcia bramki T

B

, liczba zliczonych impulsów

N. Wyka

ż

emy,

ż

e liczba impulsów N zliczonych w czasie otwarcia bramki T

B

jest w proporcjonalna do mierzonej cz

ę

stotliwo

ś

ci f

X

.

Na rys. 2 pokazano siedem zliczonych przez licznik impulsów (w rzeczy-

wisto

ś

ci jest ich oczywi

ś

cie o wiele wi

ę

cej) oraz napi

ę

cie bramkuj

ą

ce U

B

.

Przyj

ę

to umownie, przypisywa

ć

ka

ż

demu impulsowi, który dotarł do

licznika, poprzedzaj

ą

cy go przedział czasu T

X

(impuls ten ko

ń

czy przedział T

X

).

Liczba impulsów N, stosownie do tej umowy, okre

ś

la czas pomiarowy T

P

,

b

ę

d

ą

cy wielokrotno

ś

ci

ą

przedziału T

X.

Ć

wicz. Nr 23 Cyfrowy pomiar częstotliwości

4

T

N T

P

X

= ⋅

(1)

Przyjmuje si

ę

w uproszczeniu,

ż

e czas otwarcia bramki równy jest czasowi

pomiarowemu, to znaczy,

T

T

N T

N

f

B

P

X

X

≈

= ⋅

=

sk

ą

d oblicza si

ę

poszukiwan

ą

cz

ę

stotliwo

ś ć

,

f

N

T

X

B

≈

(2)

Wzór (2) jest równaniem pomiaru cz

ę

stotliwo

ś

ci dla cz

ę

sto

ś

ciomierza

cyfrowego o działaniu bezpo

ś

rednim. Zagadnienie przybli

ż

onej równo

ś

ci

wyst

ę

puj

ą

cej w tym wzorze rozwini

ę

te zostanie w nast

ę

pnym punkcie

dotycz

ą

cym bł

ę

du kwantowania.

Bł

ą

d kwantowania w czasie

Z rys. 2 wynika,

ż

e czas pomiarowy T

P

nie jest to

ż

samy z czasem otwarcia

bramki T

B

, ten ostatni bowiem nie jest na ogół, ze zrozumiałych wzgl

ę

dów,

całkowit

ą

krotno

ś

ci

ą

okresu T

X

. Na podstawie rys.2. ustali

ć

mo

ż

na zwi

ą

zek

mi

ę

dzy tymi dwoma czasami.

∆

t

1

∆

t

2

T

P

T

X

T

B

Rys.2. Czas pomiarowy T

P

i czas bramkowania T

B

T

T

t

t

B

P

=

−

+

∆

∆

1

2

(3)

Czasy

∆

t

1

,

∆

t

2

przedstawi

ć

mo

ż

na nast

ę

puj

ą

co,

Ć

wicz. Nr 23 Cyfrowy pomiar częstotliwości

5

∆

t

1

= k

1

T

X

∆

t

2

= k

2

T

X

(4)

gdzie:

0

≤

k

1

≤

1

0

≤

k

2

≤

1

Podstawiaj

ą

c zale

ż

no

ś

ci (4) do równania (3), otrzymuje si

ę

,

(

)

T

T

T

k

k

B

P

X

=

+

−

2

1

W szczególnych przypadkach współczynniki k

1

, k

2

mog

ą

przyjmowa

ć

skrajnie

ró

ż

ne warto

ś

ci:

Gdy k

1

= 0, za

ś

k

2

=1,

wtedy

T

B

= T

P

+ T

X

Gdy k

1

= 1, za

ś

k

2

= 0,

wtedy

T

B

= T

P

−

T

X

Wynika st

ą

d,

ż

e w skrajnie niekorzystnych przypadkach czas otwarcia bramki T

B

mo

ż

e ró

ż

ni

ć

si

ę

od czasu pomiarowego T

P

co do warto

ś

ci bezwzgl

ę

dnej najwy

ż

ej

o czas T

X

, co mo

ż

na zapisa

ć

nast

ę

puj

ą

co,

T

T

T

B

P

X

=

±

Moduł ró

ż

nicy czasu otwarcia bramki i czasu pomiarowego nazywa si

ę

bezwzgl

ę

dnym bł

ę

dem kwantowania w czasie i oznacza przez

∆

kw

.

P

B

kw

T

T

−

=

∆

(5)

Jest to jeden z charakterystycznych bł

ę

dów cyfrowej metody pomiaru.

Maksymalna (graniczna) jego warto

ś ć

dla cz

ę

sto

ś

ciomierza o działaniu

bezpo

ś

rednim wynosi, jak to ustalili

ś

my, T

X

.

( )

X

kw

T

=

∆

max

(6)

Wzgl

ę

dny bł

ą

d kwantowania, zgodnie z podstawow

ą

definicj

ą

bł

ę

du

wzgl

ę

dnego jest ilorazem bł

ę

du bezwzgl

ę

dnego i warto

ś

ci rzeczywistej wielko

ś

ci

mierzonej, za któr

ą

tutaj przyjmuje si

ę

wzorcowo odmierzany czas otwarcia

bramki T

B

. Tak wi

ę

c,

%

100

B

n

kw

T

∆

=

δ

(7)

Ć

wicz. Nr 23 Cyfrowy pomiar częstotliwości

6

Maksymalna (graniczna) warto

ś ć

tego bł

ę

du wynosi,

( )

( )

X

B

B

X

B

kw

kw

f

T

T

T

T

%

100

%

100

max

max

=

=

∆

=

δ

(8)

Z zale

ż

no

ś

ci (8) wynika,

ż

e wzgl

ę

dny bł

ą

d kwantowania zale

ż

y od czasu

otwarcia bramki i warto

ś

ci mierzonej cz

ę

stotliwo

ś

ci. Bł

ą

d jest tym mniejszy, im

wi

ę

ksz

ą

warto

ś ć

ma ta ostatnia. Gdy cz

ę

stotliwo

ś ć

jest niewielka, bł

ą

d

kwantowania mo

ż

e przyjmowa

ć

znaczne warto

ś

ci.

Dla zilustrowania wpływu wielko

ś

ci T

B

, f

X

na bł

ą

d kwantowania,

w Tablicach 1, 2 przedstawiono warto

ś

ci tego bł

ę

du dla „du

ż

ej” i „małej”

cz

ę

stotliwo

ś

ci mierzonej.

Tablica 1

Tablica 2

f

X

=10 Hz

f

X

= 10 000 Hz

T

B

(

δ

kw

)

max

T

B

(

δ

kw

)

max

s

%

s

%

0,01

1000

0,01

1

0,1

100

0,1

0,1

1

10

1

0,01

10

1

10

0,001

Z Tablicy 1 wynika,

ż

e przy pomiarze „małej” cz

ę

stotliwo

ś

ci bł

ą

d

kwantowania przyjmuje niedopuszczalnie du

ż

e warto

ś

ci, co dyskwalifikuje

w tym przypadku metod

ę

bezpo

ś

redni

ą

pomiaru. Rozwi

ą

zaniem problemu

w przypadku małych cz

ę

stotliwo

ś

ci mierzonych, jest zamiana ról dwu chara-

kterystycznych sygnałów: mierzonego i wzorcowego, co prowadzi do

metody

po

ś

redniej pomiaru cz

ę

stotliwo

ś

ci, przedstawionej w dalszej cz

ę ś

ci instrukcji.

Zakres pomiarowy cz

ę

sto

ś

ciomierza

Zakresem

pomiarowym

cz

ę

sto

ś

ciomierza

nazywamy

najwi

ę

ksz

ą

cz

ę

stotliwo

ś ć

, jak

ą

mierzy

ć

mo

ż

e ten przyrz

ą

d bez przepełniania licznika

impulsów.

Zakres pomiarowy okre

ś

la równanie pomiaru (2), w którym w miejsce

liczby impulsów podstawia si

ę

pojemno

ś ć

licznika impulsów N

max

,

Ć

wicz. Nr 23 Cyfrowy pomiar częstotliwości

7

f

N

T

B

max

max

≈

(9)

gdzie:

f

max

- zakres pomiarowy cz

ę

sto

ś

ciomierza

N

max

- pojemno

ś ć

licznika impulsów

T

B

- czas otwarcia bramki

Dla przykładu, pojemno

ś ć

licznika impulsów cz

ę

sto

ś

ciomierza PFL-21

wynosi N

max

= 9 999 999.

Cz

ę

sto

ś

ciomierz o czterech czasach otwarcia bramki ma cztery pod-

zakresy pomiarowe, przy czym, jak łatwo zauwa

ż

y

ć

, najwi

ę

ksz

ą

cz

ę

stotliwo

ś ć

mo

ż

na mierzy

ć

przy najkrótszym czasie otwarcia bramki, równym zazwyczaj

0,01 s. Dla cz

ę

sto

ś

ciomierza PFL-21 jest ona równa

f

max

= 999 999 900 Hz

≈

1GHz. Jest to jednak tylko warto

ś ć

teoretyczna. Wła

ś

ciwo

ś

ci układów

półprzewodnikowych sprawiaj

ą

,

ż

e maksymalna cz

ę

stotliwo

ś ć

, jak

ą

mo

ż

e

mierzy

ć

ten przyrz

ą

d wynosi zaledwie 25 MHz.

Cz

ę

sto

ś

ciomierz cyfrowy o działaniu po

ś

rednim

W przyrz

ą

dzie tym nast

ę

puje zamiana ról mi

ę

dzy sygnałem mierzonym

i sygnałem pochodz

ą

cym z generatora wewn

ę

trznego. Ten pierwszy wyko-

rzystywany jest do otwierania bramki, licznik zlicza za

ś

impulsy generowane

przez wewn

ę

trzny generator wzorcowy.

Schemat blokowy cz

ę

sto

ś

ciomierza o działaniu po

ś

rednim przedstawiono

na rys. 3.

Mierzony sygnał okresowy (tutaj sinusoidalny) o nieznanym okresie T

X

po

przej

ś

ciu przez układ wej

ś

ciowy (nie pokazany na schemacie), doprowadzany

jest do układu formuj

ą

cego UF, który przekształca go w ci

ą

g impulsów

szpilkowych odległych od siebie o czas T

X

. Impulsy te dochodz

ą

do wej

ś

cia

układu sterowania bramk

ą

USB, przeprowadzaj

ą

c jego napi

ę

cie wyj

ś

ciowe U

B

kolejno z poziomu niskiego do wysokiego i odwrotnie. Czas trwania wysokiego
poziomu napi

ę

cia U

B

jest czasem otwarcia bramki T

B

. Napi

ę

cie U

B

doprowadzane jest do wej

ś

cia A bramki BE iloczynu logicznego (bramki typy

AND). Wysoki poziom napi

ę

cia na tym wej

ś

ciu bramki pozwala na

„przechodzenie” przez ni

ą

impulsów pochodz

ą

cych z generatora impulsów

wzorcowych GIW.

Ś

ci

ś

le bior

ą

c impulsy na wyj

ś

ciu Q bramki s

ą

poziomami

wysokimi napi

ę

cia w tych chwilach czasu, w których na obydwu wej

ś

ciach A, B

wyst

ę

puj

ą

równocze

ś

nie poziomy wysokie sygnałów. Dzi

ę

ki temu sygnał na

wyj

ś

ciu Q jest odwzorowaniem napi

ę

cia U

W

generowanego przez GIW.

Ć

wicz. Nr 23 Cyfrowy pomiar częstotliwości

8

Cz

ę

stotliwo

ś ć

tego napi

ę

cia w przypadku przyrz

ą

du typu PFL-21 wynosi 10

MHz. Impulsy z wyj

ś

cia Q bramki s

ą

zliczane przez licznik L. Liczba impulsów

po odpowiednim przetworzeniu jest wy

ś

wietlana na wy

ś

wietlaczu cyfrowym w

jednostkach cz

ę

stotliwo

ś

ci, zazwyczaj w kHz.

Q

B

A

T

W

U

W

GIW

USB

W

L

UF

BE

U

f

U

W

U

X

U

B

T

X

T

X

T

B

=T

X

f

W

=10MHz

f

W

=10MHz

Rys. 3. Schemat blokowy cz

ę

sto

ś

ciomierza o działaniu po

ś

rednim

Podobnie jak w poprzednim cz

ę

sto

ś

ciomierzu liczba impulsów zliczo-nych

w czasie otwarcia bramki „tworzy” czas pomiarowy T

P

,

T

N T

P

W

= ⋅

(10)

Czas pomiarowy przyrównuje si

ę

do równego mu w przybli

ż

eniu czasu otwarcia

bramki,

T

T

P

B

≈

Bior

ą

c pod uwag

ę

zwi

ą

zek (10) i zwa

ż

ywszy,

ż

e:

T

T

B

X

=

, mo

ż

emy napisa

ć

,

N T

T

W

X

⋅

≈

,

(11)

sk

ą

d,

f

T

N T

f

N

X

X

W

W

=

≈

⋅

=

1

1

(12)

Zwi

ą

zek (12) jest równaniem pomiaru cz

ę

stotliwo

ś

ci dla cz

ę

sto

ś

ciomierza

o działaniu po

ś

rednim.

Ć

wicz. Nr 23 Cyfrowy pomiar cz

ę

stotliwo

ś

ci

9

Bł

ą

d kwantowania w czasie

Ten charakterystyczny dla metody cyfrowej bł

ą

d wyst

ę

puje równie

ż

w cz

ę

sto

ś

ciomierzu o działaniu po

ś

rednim. Wynika on z faktu,

ż

e czas pomia-

rowy nie jest dokładnie równy czasowi otwarcia bramki, co ilustruje rys. 4.

∆

t

1

∆

t

2

T

P

T

W

T

B

= T

X

Rys. 4. Czas pomiarowy i czas bramkowania dla cz

ę

sto

ś

ciomierza o działaniu

po

ś

rednim

Analogicznie okre

ś

la si

ę

tu tak

ż

e bezwzgl

ę

dny i wzgl

ę

dny bł

ą

d

kwantowania w czasie.

Moduł ró

ż

nicy czasu otwarcia bramki i czasu pomiarowego nazywa si

ę

bezwzgl

ę

dnym bł

ę

dem kwantowania w czasie i oznacza

∆

kw

.

P

B

kw

T

T

−

=

∆

(13)

Maksymalna (graniczna) jego warto

ś ć

dla cz

ę

sto

ś

ciomierza o działaniu

po

ś

rednim wynosi, jak łatwo ustali

ć

, T

W

.

( )

W

kw

T

=

∆

max

(14)

Wzgl

ę

dny bł

ą

d kwantowania, zgodnie z podstawow

ą

definicj

ą

bł

ę

du

wzgl

ę

dnego jest ilorazem bł

ę

du bezwzgl

ę

dnego i warto

ś

ci rzeczywistej wielko

ś

ci

mierzonej, któr

ą

tutaj jest wzorcowo odmierzany czas pomiarowy T

P

. Tak wi

ę

c,

%

100

P

n

kw

T

∆

=

δ

(15)

Maksymalna (graniczna) warto

ś ć

tego bł

ę

du wynosi,

( )

( )

N

T

N

T

T

T

T

W

W

P

W

P

kw

kw

%

100

%

100

%

100

max

max

=

⋅

=

=

∆

=

δ

(16)

Ć

wicz. Nr 23 Cyfrowy pomiar częstotliwości

10

Uwzgl

ę

dniaj

ą

c w ostatniej zale

ż

no

ś

ci zwi

ą

zek (12), otrzymamy,

( )

%

100

max

W

X

kw

f

f

=

δ

(17)

Wynika z niej,

ż

e bł

ą

d kwantowania jest tym mniejszy, im mniejsza jest

cz

ę

stotliwo

ś ć

mierzona, co potwierdza przydatno

ś ć

cz

ę

sto

ś

ciomierza o działa-niu

po

ś

rednim do pomiaru małych cz

ę

stotliwo

ś

ci. Cz

ę

stotliwo

ś ć

wzorcowa

f

w

powinna by

ć

natomiast jak najwi

ę

ksza. W cz

ę

sto

ś

ciomierza PFL-21 u

ż

ytkownik

mo

ż

e wybiera

ć

t

ę

cz

ę

stotliwo

ś ć

spo

ś

ród o

ś

miu dost

ę

pnych warto

ś

ci, przy czym

zaleca si

ę

oczywi

ś

cie najwi

ę

ksz

ą

z nich, to znaczy 10 MHz.

Cyfrowy pomiar czasu

Zauwa

ż

my,

ż

e cz

ę

sto

ś

ciomierz o działaniu po

ś

rednim słu

ż

y

ć

mo

ż

e do

pomiaru dowolnego odcinka czasu zaznaczonego dwoma impulsami: startu
i stopu, doprowadzonymi do wej

ś

cia układu sterowania bramk

ą

USB (rys.3).

Mierzony przedział czasu

T

X

obliczany jest zgodnie z zale

ż

no

ś

ci

ą

(11). Zakres

pomiarowy czasomierza nie przekracza na ogół 10 sekund. Cz

ę

sto

ś

ciomierz PFL-

21 mo

ż

e pracowa

ć

w obydwu omówionych dotychczas trybach i nosi nazw

ę

„Cz

ę

sto

ś

ciomierza - czasomierza cyfrowego”.

Przebieg ćwiczenia

Studenci wykonuj

ą

wskazane ni

ż

ej Zadania, sporz

ą

dzaj

ą

c na bie

ż ą

co

stosowne notatki.

Zadanie 1

Dokonaj ogl

ę

dzin cz

ę

sto

ś

ciomierza - czasomierza. Zapoznaj si

ę

ze skró-

conym opisem technicznym przyrz

ą

du. Na tej podstawie odpowiedz pisemnie na

nast

ę

puj

ą

ce pytania.

1. Jaki zakres pomiarowy cz

ę

stotliwo

ś

ci ma przyrz

ą

d na wej

ś

ciu A ?

2. Jaki zakres pomiarowy cz

ę

stotliwo

ś

ci ma przyrz

ą

d na wej

ś

ciu B ?

3. Jakie czasy otwarcia bramki ma do wyboru u

ż

ytkownik cz

ę

sto

ś

ciomierza ?

4. Które z wej

ś ć

przyrz

ą

du słu

ż

y do pomiaru okresu?

5. Jaka jest rola wej

ś

cia C przyrz

ą

du?

6. Jakie maksymalne napi

ę

cia doprowadzi

ć

mo

ż

na do wej

ś ć

A i B ?

7. Jak mierzy si

ę

czas (przedział czasu) omawianym przyrz

ą

dem

Zadanie 2

1. Wł

ą

cz napi

ę

cie zasilaj

ą

ce przyrz

ą

d

Ć

wicz. Nr 23 Cyfrowy pomiar częstotliwości

11

2. Wł

ą

cz czas otwarcia bramki równy 10 s przyciskiem znajduj

ą

cym si

ę

w sekcji „częstościomierz”.

3. Wł

ą

cz cz

ę

stotliwo

ś ć

1 Hz przyciskiem znajduj

ą

cym si

ę

w sekcji

„częstotliwości wzorcowe”.

4. Pokr

ę

tło „odczyt” ustaw w poło

ż

eniu „

∞

∞

∞

∞

” i ka

ż

dy pomiar inicjuj przy-ciskiem

„kasowanie”.

5. Przeł

ą

cznik „pamięć” (z tyłu przyrz

ą

du) pozostaw w poło

ż

eniu „wył”.

6. Zapisz wy

ś

wietlony wynik pomiaru w Tablicy 1.

7. Zapisuj wszystkie cyfry, jakie pojawią się po przecinku dziesiętnym
8. Zmierz w podobny sposób wszystkie cz

ę

stotliwo

ś

ci uwidocznione w

Tablicy 1

9. W kolumnie Uwagi wpisz jedno lub kilka (twoim zdaniem słusznych)

spostrze

ż

e

ń

spo

ś

ród zaproponowanych ni

ż

ej :

a) Pomiar niemo

ż

liwy, licznik impulsów przepełnił si

ę

b) Pomiar niemo

ż

liwy czas otwarcia bramki zbyt długi

c) Pomiar niemo

ż

liwy, licznik wielokrotnie przepełnił si

ę

d) Pomiar niemo

ż

liwy, cz

ę

stotliwo

ś ć

zbyt du

ż

a

e) Pomiar niemo

ż

liwy, czas otwarcia bramki T

B

zbyt krótki

f) Nale

ż

y wybra

ć

krótszy czas T

B

g) Nale

ż

y wybra

ć

dłu

ż

szy czas T

B

h) Inne spostrze

ż

enia

10. Powtórz czynno

ś

ci dla czasów T

B

= 1 s, T

B

= 0,1 s, T

B

= 0,01 s

Tablica 1

Czas otwarcia bramki T

B

= 10 s

Cz

ę

stotliwo

ś

ć

nastawiona

Wy

ś

wietlony

wynik pomiaru w kHz

Uwagi

1 Hz

10 Hz

100 Hz

1 kHz

10 kHz

100 kHz

1 MHz

10 MHz

Ć

wicz. Nr 23 Cyfrowy pomiar częstotliwości

12

Tablica 2

Czas otwarcia bramki T

B

= 1 s

Cz

ę

stotliwo

ś

ć

nastawiona

Wy

ś

wietlony

wynik pomiaru w kHz

Uwagi

1 Hz

10 Hz

100 Hz

1 kHz

10 kHz

100 kHz

1 MHz

10 MHz

Tablica 3

Czas otwarcia bramki T

B

= 0,1 s

Cz

ę

stotliwo

ś

ć

nastawiona

Wy

ś

wietlony

wynik pomiaru w kHz

Uwagi

1 Hz

10 Hz

100 Hz

1 kHz

10 kHz

100 kHz

1 MHz

10 MHz

Ć

wicz. Nr 23 Cyfrowy pomiar częstotliwości

13

Tablica 4

Czas otwarcia bramki T

B

= 0,01 s

Cz

ę

stotliwo

ś

ć

nastawiona

Wy

ś

wietlony

wynik pomiaru w kHz

Uwagi

1 Hz

10 Hz

100 Hz

1 kHz

10 kHz

100 kHz

1 MHz

10 MHz

Zadanie 3

Przył

ą

cz do cz

ę

sto

ś

ciomierza (do którego z wej

ś ć

A, B, C ?) generator (np. typu

PW-11), nastaw na nim cz

ę

stotliwo

ś ć

sygnału sinusoidalnego 5 kHz. Nast

ę

pnie

zmierz:
a) nastawion

ą

cz

ę

stotliwo

ś ć

przy czterech czasach otwarcia bramki, notuj

ą

c

wszystkie cyfry wyniku

b) okres oraz dziesi

ę ć

okresów tego sygnału

c) wynik zapisz w Tablicy 5
d) wpisz stosowne uwagi (jak w Zadaniu 2)

Tablica 5

f

x

= 5 kHz

Czas otwaracia

bramki [s]

Wy

ś

wietlony

wynik pomiaru w kHz

Uwagi

10

1

0,1

0,01

Ć

wicz. Nr 23 Cyfrowy pomiar częstotliwości

14

Zadanie 4

Zmierz cz

ę

stotliwo

ś ć

napi

ę

cia sieciowego oraz okres i dziesi

ę ć

okresów tego

napi

ę

cia po obni

ż

eniu jego warto

ś

ci do ok. 50 V przy pomocy autotrans-

formatora laboratoryjnego.
Wyniki zapisz w Tablicy 6
Wpisz stosowne uwagi (jak w Zadaniu 2)

Uwaga: Ten punkt ćwiczenia powinien być wykonany pod ścisłym nadzorem

prowadzącego ćwiczenie.

Tablica 6

Cz

ę

stotliwo

ś

ć

sieci przemysłowej

Czas otwaracia

bramki [s]

Wy

ś

wietlony

wynik pomiaru w kHz

Uwagi

10

1

0,1

0,01

3. Pytania i zadania kontrolne

1. Wyja

ś

nij w oparciu o zamieszczone w instrukcji schematy blokowe zasad

ę

działania cz

ę

sto

ś

ciomierza o działaniu bezpo

ś

rednim i po

ś

rednim

2. Wyja

ś

nij zasad

ę

działania układu formuj

ą

cego UF

3. Omów zasad

ę

działania bramki logicznej typu AND

4. Jak

ą

rol

ę

w cz

ę

sto

ś

ciomierzu pełni przerzutnik bistabilny?

5. Jakie bloki funkcjonalne zawiera w sobie blok GIW?
6. Wyprowad

ź

równania pomiaru dla obydwu rodzajów cz

ę

sto

ś

ciomierzy

7. Podaj definicj

ę

bezwzgl

ę

dnego i wzgl

ę

dnego bł

ę

du kwantowania w czasie dla

obydwu rodzajów cz

ę

sto

ś

ciomierzy

8. Opisz zasad

ę

pomiaru czasu (przedziału czasu) omawianym przyrz

ą

dem

4. Literatura

1. Chwaleba A. i inni Metrologia elektryczna WNT, Warszawa 2003
2. Bogdan T. Multimetry cyfrowe WKiŁ, Warszawa 1976
3. Sowi

ń

ski A. Cyfrowa technika pomiarowa WKiŁ, Warszawa 1976

4. Bad

ź

mirowski K. i inni Cyfrowe systemy pomiarowe WNT, Warszawa 1979

Ć

wicz. Nr 23 Cyfrowy pomiar częstotliwości

15

Wymagania BHP

Warunkiem przyst

ą

pienia do praktycznej realizacji

ć

wiczenia jest

zapoznanie si

ę

z instrukcj

ą

BHP i instrukcj

ą

przeciw po

ż

arow

ą

oraz

przestrzeganie zasad w nich zawartych. Wybrane urz

ą

dzenia dost

ę

pne na

stanowisku laboratoryjnym mog

ą

posiada

ć

instrukcje stanowiskowe. Przed

rozpocz

ę

ciem pracy nale

ż

y zapozna

ć

si

ę

z instrukcjami stanowiskowymi

wskazanymi przez prowadz

ą

cego.

W trakcie zaj

ę ć

laboratoryjnych nale

ż

y przestrzega

ć

nast

ę

puj

ą

cych zasad.

♦

Sprawdzi

ć

, czy urz

ą

dzenia dost

ę

pne na stanowisku laboratoryjnym s

ą

w

stanie kompletnym, nie wskazuj

ą

cym na fizyczne uszkodzenie.

♦

Sprawdzi

ć

prawidłowo

ś ć

poł

ą

cze

ń

urz

ą

dze

ń

.

♦

Zał

ą

czenie napi

ę

cia do układu pomiarowego mo

ż

e si

ę

odbywa

ć

po

wyra

ż

eniu zgody przez prowadz

ą

cego.

♦

Przyrz

ą

dy pomiarowe nale

ż

y ustawi

ć

w sposób zapewniaj

ą

cy stał

ą

obserwacj

ę

, bez konieczno

ś

ci nachylania si

ę

nad innymi elementami

układu znajduj

ą

cymi si

ę

pod napi

ę

ciem.

♦

Zabronione jest dokonywanie jakichkolwiek przeł

ą

cze

ń

oraz wymiana

elementów składowych stanowiska pod napi

ę

ciem.

♦

Zmiana konfiguracji stanowiska i poł

ą

cze

ń

w badanym układzie mo

ż

e si

ę

odbywa

ć

wył

ą

cznie w porozumieniu z prowadz

ą

cym zaj

ę

cia.

♦

W przypadku zaniku napi

ę

cia zasilaj

ą

cego nale

ż

y niezwłocznie wył

ą

czy

ć

wszystkie urz

ą

dzenia.

♦

Stwierdzone

wszelkie

braki

w

wyposa

ż

eniu

stanowiska

oraz

nieprawidłowo

ś

ci w funkcjonowaniu sprz

ę

tu nale

ż

y przekazywa

ć

prowadz

ą

cemu zaj

ę

cia.

♦

Zabrania si

ę

samodzielnego wł

ą

czania, manipulowania i korzystania z

urz

ą

dze

ń

nie nale

ż ą

cych do danego

ć

wiczenia.

♦

W przypadku wyst

ą

pienia pora

ż

enia pr

ą

dem elektrycznym nale

ż

y

niezwłocznie wył

ą

czy

ć

zasilanie stanowisk laboratoryjnych za pomoc

ą

wył

ą

cznika bezpiecze

ń

stwa, dost

ę

pnego na ka

ż

dej tablicy rozdzielczej w

laboratorium. Przed odł

ą

czeniem napi

ę

cia nie dotyka

ć

pora

ż

onego.