POLITECHNIKA WARSZAWSKA

WYDZIAŁ MECHATRONIKI

INSTYTUT METROLOGII I SYSTEMÓW POMIAROWYCH

ZAKŁAD SENSORÓW I SYSTEMÓW POMIAROWYCH

LABORATORIUM

Miernictwa Elektrycznego

studia inżynierskie

Ć

wiczenie 7

Cyfrowe pomiary czasu i częstotliwości

Instrukcja wykonawcza

2

1 Uruchomienie i zapoznanie się z działaniem częstościomierza-czasomierza

liczącego KZ2026

Sprawdzenie przyrządu polega na pomiarze własnych częstotliwości wzorcowych.

Przełącznik WZORZEC ustawić w pozycji WEWN (INT) płyta tylna przyrządu. Pokrętło CZAS

ODCZYTU ustawić w takim położeniu, ażeby kasowanie i wyzwalanie pomiarów następowało

szybko, ale wyniki były dostatecznie czytelne, lub w położeniu ręczne kasowanie.

Przełącznikiem PODSTAWA CZASU wybrać czas pomiaru 1s a następnie sprawdzić, czy przyrząd

mierzy poprawnie częstotliwości od 10 Hz do 10MHz.

Jeżeli częstościomierz jest sprawny, to uzyskany wynik na wskaźniku cyfrowym powinien być

zgodny z nastawioną częstotliwością wzorcową z dokładnością ±1 na ostatnim miejscu wskaźnika.

2 Cyfrowy pomiar częstotliwości generatora

2.1 Układ pomiarowy

Rys. 1

2.2 Wykaz elementów

G.F. - generator funkcji typ G 432 lub POF-1 lub KZ 1404

Os.

- oscyloskop Tektronix typ 2230 lub DF 4320

Cz.C. - częstościomierz-czasomierz cyfrowy typ KZ 2026A

Dokonać pomiarów zadanych wartości częstotliwości generatora funkcji częstościomierzem

cyfrowym. Pomiary wykonać korzystając z wejścia B (f

x

= 0 ÷ 2 MHz) częstościomierza- czasomierza

cyfrowego. Pomiary należy wykonać dla zadanych wartości częstotliwości generatora na wyjściu

sinusoidalnym. Wyniki pomiarów i obliczeń zanotować w tabelce. Mierzone przebiegi należy

obserwować na ekranie oscyloskopu.

Pomiary wykonać w następujący sposób:

G.F.

WE B

Cz.C.

WE C

WE Y Os.

3

-

przełącznik WZORZEC ustawić w pozycji WEWN,

-

wcisnąć klawisz częstotliwość (FREQ. ) przełącznika FUNKCJA

-

zależnie od kształtu i częstotliwości mierzonego przebiegu wybrać:

pozycja A dla kształtu sinusoidalnego i częstotliwości 1 MHz – 80 MHz albo pozycja B dla

dowolnych kształtów i częstotliwości 1 Hz – 10MHz

-

zależnie od napięcia ustawić dzielnik 10V lub 100V

-

wybrać odpowiednią podstawe czasu (TIME BASE) 1s lub 10s

-

dołączyć napięcie o mierzonej częstotliwości odpowiednio do wejścia A lub B

-

pokrętłem czas odczytu (DISPLAY TIME) ustawić dogodny czas odczytu lub ∞ - ręczne

kasowanie przyciskiem kasowanie (RESET)

Wyniki pomiarów zanotować w tabelce.

Dokładność pomiaru

Częstotliwość

generatora

f

x

Czas pomiaru

f

1

T

1

w

1

w

=

f

T

1

N

1

x

1

w

⋅

=

f

f

1

w

1

w

∆

f

f

x

x

∆

Hz

s

1 MHz

1

100 kHz

1

10 kHz

1

1 kHz

1

100 Hz

1

10 Hz

1

10 Hz

10

Dokładność pomiaru:

)

f

f

+

f

T

1

(

)

f

f

+

N

1

(

=

f

f

1

w

1

w

x

1

w

1

w

1

w

x

x

∆

⋅

±

=

∆

±

∆

4

przy czym:

T

w1

- czas pomiaru; T

w1

= 1 s lub 10 s

f

f

1

w

1

w

∆

- dokładność generatora wzorcowego;

10

5

=

f

f

7

-

1

w

1

w

⋅

±

∆

f

x

- częstotliwość mierzona

3 Cyfrowy pomiar okresu przebiegów impulsowych

Schemat układu pomiarowego jak w p. 2.1.

Należy dokonać pomiarów okresu T

x

przebiegów impulsowych prostokątnych z generatora

funkcji. Pomiary wykonać korzystając z wejścia B częstościomierza-czasomierza przy częstotliwości

wzorcowej f

w2

=10 MHz (T

w2

= 0,1 µs).

Pomiary wykonać w następujący sposób:

-

przełącznik WZORZEC ustawić w pozycji WEWN,

-

wcisnąć klawisz okres (PERIOD) przełącznika FUNKCJA

-

zależnie od napięcia którego okres jest mierzony ustawić dzielnik B w pozycji 10V lub 100V

-

dołączyć do wejścia B napięcie którego okres jest mierzony,

-

przełącznik k okresów (n PERIOD) ustawić w pozycji 1 (0,1 µs) lub 10; ustawienie w pozycji

0,1 µs (10 MHz) odpowiada jednostce przy której uzyskuje się największą dokładność

odczytu wyniku pomiaru,

-

położenie klawisza przełącznika zbocza dowolne przy pomiarze przebiegów sinusoidalnych ,

dla przy pomiarze przebiegów impulsowych ustawić tak aby mierzyć okres między bardziej

stabilnymi zboczami,

-

pokrętłem czas odczytu (DISPLAY TIME) ustawić dogodny czas odczytu lub ∞ - ręczne

kasowanie przyciskiem kasowanie (RESET)

-

pokrętło poziom (LEVEL) ustawić na auto

Przy pomiarze okresu przebiegów impulsowych klawisz ZBOCZE należy ustawić tak, aby mierzyć

okres jako odstęp czasu między bardziej stromymi zboczami.

Wyniki pomiarów oraz obliczeń zanotować w tabelce.

5

Dokładność pomiaru

Częstotliwość

generatora

Liczba

okresów

k

T

x

T

k

T

x

2

w

f

f

2

w

2

w

∆

T

T

x

x

∆

s

10 Hz

1

100 Hz

1

1 kHz

1

10 kHz

1

100 kHz

1

1 MHz

1

1 MHz

10

Dokładność pomiaru:

)

f

f

+

kT

T

(

)

f

f

+

N

1

(

=

T

T

2

w

2

w

x

2

w

2

w

2

w

x

x

∆

±

=

∆

±

∆

przy czym:

T

w2

- jednostka pomiarowa, T

w2

= 0,1 µs

k - liczba mierzonych okresów, k = 1 lub 10

f

f

2

w

2

w

∆

- dokładność generatora wzorcowego;

10

5

=

f

f

7

-

2

w

2

w

⋅

±

∆

T

x

- mierzony okres

4 Wykonać wykres zależności błędu zliczania w funkcji mierzonej

częstotliwości (skala logarytmiczna) w cyfrowym pomiarze częstotliwości
metodą bezpośrednią i pośrednią; odpowiednio pomiar częstotliwości lub
okresu.

6

5 Cyfrowy pomiar odstępu czasu

5.1 Pomiar szerokości impulsów

Schemat układu pomiarowego jak w p. 2.1. zastosować generator funkcji typ POF-1 lub KZ 1404.

Ustawić przy pomocy oscyloskopu współczynnik wypełnienia równy 1/2, 1/3, 1/4 fali prostokątnej o

częstotliwości f = 1 kHz, podawanej z generatora funkcji. Dokonać pomiaru szerokości impulsów

dodatnich t

x+

oraz ujemnych t

x-

, czasomierzem cyfrowym. Badane przebiegi obserwować na

oscyloskopie.

Przyrząd mierzy odstęp czasu między zboczem impulsu "start" podanym na WEJŚCIE B a

zboczem impulsu "stop" podanym na WEJŚCIE C.

Zbocze impulsu "start" i "stop" może być narastające __/¯ ¯ lub opadające ¯ ¯ \__. Jeżeli impulsy

"start" i "stop" pochodzą ze wspólnego źródła, to doprowadza się je do gniazda WEJŚCIE B lub

WEJŚCIE C, a klawisz należy wcisnąć (połączone). Przypadek ten odpowiada również pomiarowi

czasu trwania impulsu (zbocze narastające impulsu "start" i opadające impulsu "stop").

W celu dokonania pomiaru odstępu czasu należy:

-

przełącznik WZORZEC ustawić w pozycji WEWN,

-

wcisnąć klawisz CZASOMIERZ (T.I. B→C),

-

ustawić DZIELNIK B i DZIELNIK C w zależności od amplitudy impulsów "start" i "stop"

odpowiednio 10V lub 100V,

-

do gniazda WEJŚCIE B dołączyć źródło impulsu "start", a do gniazda WEJŚCIE C źródło

impulsu "stop". Jeżeli impulsy "start" i "stop" pochodzą z jednego źródła, to należy je dołączyć do

wejścia B lub C i wcisnąć klawisz ┴,

-

przełączniki ZBOCZE ustawić w zależności od tego, między którymi zboczami (narastającymi

__/¯ ¯ lub opadającymi ¯ ¯ \__ ) impulsu "start" i "stop" zawiera się mierzony odstęp czasu,

-

pokrętło POZIOM ustawić w pozycji AUTO jeżeli szerokość impulsów "start" i "stop" nie

przekracza 50 ms. Jeżeli szerokość impulsów "start" i "stop" jest większa niż 50 ms, to należy

regulować ręcznie poziom wyzwalenia,

-

przełącznik k okresów (n PERIOD) ustawić w pozycji 1 (0,1 µs) lub 10; ustawienie w pozycji 0,1

µs (10 MHz) odpowiada jednostce przy której uzyskuje się największą dokładność odczytu

wyniku pomiaru,

-

pokrętło CZAS ODCZYTU (DISPAY TIME) ustawić w położeniu "∞" (ręczne kasowanie

wyniku pomiaru klawiszem - KASOWANIE lub ustawić wygodny dla mierzącego czas odczytu

(kasowanie automatyczne).

7

Wyniki pomiarów i obliczeń zanotować w tabeli.

f

x

= 1 kHz

Dokładność pomiaru

Współczynnik

wypełnienia

t

x+

t

x-

t

T

x

2

w

f

f

2

w

2

w

∆

t

t

x

x

∆

ms

ms

1/2

1/3

1/4

)

f

f

+

t

T

(

)

f

f

+

N

1

(

=

t

t

2

w

2

w

x

2

w

2

w

2

w

x

x

∆

±

=

∆

±

∆

5.2 Pomiar czasu opóźnienia pomiędzy dwoma impulsami

Układ pomiarowy

Rys.2

Wykaz elementów

G.I. - generator impulsowy typ PGP-7 lub PGP-5

Os. - oscyloskop typ DF 4320 lub DT-525A

Cz.C. - częstościomierz-czasomierz cyfrowy typ PFL-20 lub KZ 2026A

Dokonać pomiaru opóźnienia τ

x

pomiędzy odpowiednimi zboczami impulsów pojedynczych

podawanych z generatora impulsowego.

G.I.

WY

50Ω

Ω

Ω

Ω

WE B

Cz.C.

WE C

WE Y Os.

8

τ

1

τ

2

T

Rys.3

Uzyskać na ekranie oscyloskopu obraz jak na rysunku 3. Parametry impulsów nastawić następującymi

przełącznikami i pokrętłami. POJED.PODW. - przełącznik klawiszowy służący do wybrania rodzaju

pracy generatora; generacji impulsów pojedynczych lub podwójnych,

CZĘSTOTLIWOŚĆ - przełączniki klawiszowe oraz potencjometr służące do wybrania okresu

(częstotliwości) generowanych impulsów,

SZEROKOŚĆ - przełączniki klawiszowe oraz potencjometr służące do wybrania szerokości

impulsów,

NORM.ODWR. - przełącznik klawiszowy. Przy wciśnięciu klawisza oznaczonego NORM.

szerokość impulsów głównych na wyjściu generatora określona jest ustawieniem elementów

regulujących SZEROKOŚĆ natomiast przy wciśnięciu klawisza oznaczonego ODWR. na wyjściach

generatora pojawią się impulsy o czasie trwania przerwy równym szerokości ustawionej za pomocą

elementów regulujących SZEROKOŚĆ.

Wyniki pomiarów zanotować w tabelce.

Zakres opóźnienia 200 µs ÷ 2 ms

Nastawione na generatorze

Zmierzone

częstościomierzem-

czasomierzem

Zmierzone na

oscyloskopie

Częstotliwość

Szerokość impulsu

τ

1

τ

2

T

τ

1

τ

2

T

Hz

ms

ms

ms

ms

ms

ms

ms

500 Hz÷50 Hz

200 µs÷2 ms

Dokonać pomiaru czasu opóźnienia τ

x

pomiędzy odpowiednimi zboczami pary impulsów

podawanych z generatora impulsowego.

9

τ

1

τ

3

τ

2

τ

4

T

Rys.4.

Uzyskać na ekranie oscyloskopu obraz jak na rysunku 4. Wartość opóźnienia τ

2

nastawić

przełącznikiem klawiszowym i potencjometrem OPÓŹNIENIE.

Wyniki pomiarów zanotować w tabelce.

Zakres opóźnienia 200

µs ÷ 2 ms

Nastawione na

generatorze

Zmierzone częstościomierzem-

czasomierzem

Zmierzone na oscyloskopie

Częstotli-

wość

Szerokość

impulsów

τ

1

τ

2

τ

3

τ

4

T

τ

1

τ

2

τ

3

τ

4

T

Hz

ms

ms

ms

ms

ms

ms

ms

ms

ms

ms

ms

500 ÷ 50 Hz

200µs ÷

2ms

5.3 Pomiar czasu reakcji

Schemat układu pomiarowego

Rys.5.

Wykaz elementów

Cz.C. - częstościomierz-czasomierz cyfrowy typ PFL-20 lub KZ 2026A

Os. - oscyloskop typ DT-516A lub DT-525A

Cz.C.

WE B

Os

10

Częstościomierz-czasomierz nastawić w pozycji pracy CZASOMIERZ. Na WE B

częstościomierza-czasomierza z odpowiedniego wyjścia oscyloskopu podać impuls prostokątny,

którego przednie zbocze odpowiada startowi podstawy czasu (a więc i startowi świetlika na ekranie).

Zbocze impulsu start (WE B) w pozycji narastającej. Wyzwolić w oscyloskopie przyciskiem 1 RAZ

jednokrotną podstawę czasu (pokrętło czas/cm w pozycji 0,1 s/cm). Osoba, której mierzymy czas

reakcji po zauważeniu startu świetlika ne ekranie oscyloskopu wciska klawisz ZBOCZE

współpracujący z wejściem WE C (wejście B i wejście C zwarte). Odczytać na czasomierzu czas

reakcji.

τ

r

= .......... ms