Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I

Ćw.9 Pomiary napięcia i częstotliwości przebiegów okresowych

1

ĆWICZENIE 9

Pomiary napięcia i częstotliwości przebiegów okresowych

Przed ćwiczeniem przypomnij sobie materiały z Ćw. 8:

1. Karta katalogowa generatora (zał.1 - plik df1641a.pdf)
2. Opis płyty czołowej generatora (zał. 2 – df1641.pdf)
3. Opis płyty czołowej typowego oscyloskopu analogowego (zał.3. – plik osc.pdf)

Przypomnij sobie również jak definiujemy i obliczamy błędy (Ćw.1)

1.1. Jakie błędy popełniamy przy pomiarach oscyloskopem?

Przy pomiarach napięcia i czasu za pomocą oscyloskopu dokonujemy pomiaru długości

odpowiednich odcinków na ekranie (w działkach) i mnożymy przez ustawioną wartość
współczynnika czułości toru odchylania pionowego C

y

lub współczynnika odchylania

generatora podstawy czasu C

x

. Całkowity błąd pomiaru zależy od:

1. Dokładności odczytu długości odcinków z ekranu. Przyjmujemy, że niedokładność

ta wynosi ok. 0,1 działki (tzn. 1mm). Spowodowany tym błąd względny

l

wynosi:

%

100

*

1

,

0

l

dz

l 



(1)

gdzie l jest długością mierzonego odcinka (w działkach).

2. Dokładności określenia współczynników odchylania torów X i Y (w zastosowanych

oscyloskopach przyjmujemy

C

x

=

C

y

= ±3%).

Całkowity błąd względny pomiaru wynosi:

Dla amplitudy

Dla okresu (częstotliwości)

y

y

l

C

U











x

x

l

C

f

T















(2)

Przy pomiarze prądu błąd względny pomiaru prądu

I jest większy o błąd R wyznaczenia

rezystancji

R

U

I











(3)

1.2. Jak z pomiarów oscyloskopem wyznaczamy napięcie średnie i skuteczne

przebiegów przemiennych

Już wiesz, że oscyloskopem mierzymy napięcie międzyszczytowe U

ss

i obliczamy

amplitudę U

m

. Dla przebiegu przemiennego definiuje się jeszcze dwie wielkości:

 Napięcie skuteczne U

,

 Napięcie średnie półokresowe U

śr

.

Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I

Ćw.9 Pomiary napięcia i częstotliwości przebiegów okresowych

2

Wartością skuteczna napięcia przemiennego nazywamy taką wartość napięcia stałego,

które doprowadzone do zacisków rezystancji R spowoduje wydzielenie w czasie równym
okresowi T takiej samej mocy jak dane napięcie u(t).

Wartością średnią półokresową napięcia przemiennego o okresie T nazywamy średnią

arytmetyczną tego napięcia obliczoną za połowę okresu, w którym przebieg jest dodatni.

Miernik magnetoelektryczny prostownikowy (i stare mierniki cyfrowe) mierzą wartość

średnią, a jego podziałka wyskalowane jest w wartościach skutecznych przebiegu
sinusoidalnego. Oznacza to, że przy pomiarze napięcia sinusoidalnego miernik wskazuje
wartość skuteczną. Stosunek wartości średniej do skutecznej nazywa się współczynnikiem
kształtu. Przy pomiarach napięć odkształconych korzysta się z tej samej podziałki, a więc tego
samego mnożnika. Ponieważ współczynnik kształtu ma dla tych przebiegów inną wartość,
odczyty obarczone są uchybem, który może być większy od 10%. Dla właściwego odczytu
wskazania miernika należy pomnożyć przez tzw. współczynnik korekcyjny = k/k

s

. Omówione

zależności dla przebiegów o różnym kształcie zebrano w Tab.1. Wady tej nie posiadają nowe
mierniki mierniki mierzące wartość skuteczną, niezależnie od kształtu przebiegu oznaczone
napisem „true rms”.

Tabela 1

Wartość

Współczynnik

Kształt

przebiegu

Skuteczna U

Średnia U

śr

kształtu k

korekcyjny

sinusoidalny

m

m

U

U

707

,

0

2



m

m

U

U

637

,

0

2







111

,

1

2

2





1

prostokątny

U

m

U

m

1

0,9

trójkątny

3

m

U

2

m

U

155

,

1

3

2



1,039

impulsy

m

U





m

U







1



9

,

0

gdzie -

T







- współczynnik wypełnienia impulsu.

- 

- czas trwania impulsu

2. Wykonanie ćwiczenia

WYKAZ PRZYRZĄDÓW:

1. Generator funkcyjny DF1641A

nr. ser. …………….….

2. Oscyloskop analogowy Goldstar serii OS-9020 nr. ser. …………….….
3. Woltomierz UM-110B

nr. ser. …………….….

4. Multimetr cyfrowy Sanwa PC510

nr. ser. .………….……

Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I

Ćw.9 Pomiary napięcia i częstotliwości przebiegów okresowych

3

2.1. Pomiar napięcia

 Do wejścia CH1 podłącz przebieg sinusoidalny z generatora akustycznego f = 1kHz,
 Pokrętłami synchronizacji doprowadź do powstania stabilnego obrazu,
 Ustaw napięcie generatora wg poziomu podanego przez prowadzącego,

 Obserwując obraz na ekranie oscyloskopu, odczytaj wysokość obrazu L

y

oraz

współczynnik odchylania (czułość oscyloskopu) C

y

.

 Wyniki zapisz w Tabeli 2 i oblicz pozostałe wielkości,
 Powtórz pomiary dla kolejnych, różnych wartości współczynnika odchylania, podanych

przez prowadzącego,

 Opisz jak wpływają zmiany ustawień płynnej i skokowej regulacji współczynnika

odchylania pionowego, oraz pokręteł przesuwania obrazu na kształt oscylogramu.

Rys.1. Schemat układu pomiarowego

2.2. Pomiar okresu i częstotliwości

 Postępując podobnie jak w punkcie 1.1. zmierz okres badanego przebiegu,
 Wyniki zapisz w Tabeli 3 i oblicz pozostałe wielkości,
 Powtórz pomiary dla kolejnych, różnych wartości współczynnika odchylania,

podanych przez prowadzącego,

 Opisz jak wpływają zmiany ustawień płynnej i skokowej regulacji współczynnika

skalowania podstawy czasu oraz pokręteł przesuwania obrazu, na kształt
oscylogramu.

2.3. Pomiar parametrów przebiegów przemiennych

 Podłącz do generatora równoległe oscyloskop i woltomierz magnetoelektryczny,
 Ustaw parametry napięcia przemiennego zgodnie z poleceniem prowadzącego,
 Dokonaj pomiaru oscyloskopem i miernikiem dla przebiegów o różnych kształtach,
 Przerysuj oscylogramy badanego napięcia, a pomiary i obliczenia wpisz do Tabeli 4.
 Przedyskutuj wyniki pomiarów, dlaczego pomiary oscyloskopem i miernikiem

różnią się od siebie?

PYTANIA KONTROLNE I ZAGADNIENIA DO OPRACOWANIA

1. Podaj i omów źródła powstawania błędów w pomiarach oscyloskopowych.
2. Oblicz błąd bezwzględny pomiaru napięcia U=5V, gdy wysokość obrazy wynosi 4cm.
3. Co to jest napięcie skuteczne?
4. Co to jest wartość średnia napięcia?
5. Jak wyznaczyć wartość średnią i skuteczną napięcia przy pomocy oscyloskopu?

G

0

V

Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I

Ćw.9 Pomiary napięcia i częstotliwości przebiegów okresowych

4

Protokół pomiarowy

Ocena

Nazwisko Imię.............................................................................

Klasa……………Data wykonania …………………………….

Wyk.

Kl.

Spr.

.....................................................................................

.....................................................................................

Nr i temat ćwiczenia

OK

1.1. Pomiar napięcia

Tabela 2

C

y

L

y

U

max

U



U



U

Lp.

[V/dz]

[dz]

[V]

[V]

[%]

[V]

1

2

3

Spostrzeżenia i wnioski z przeprowadzonego pomiaru:

…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………

1.2. Pomiar okresu i częstotliwości

Tabela 3

C

x

l

x

T

f



f



f

Lp.

[....s/dz]

[dz]

[.....s]

[....Hz]

[%]

[.....Hz]

1

2

3

Spostrzeżenia i wnioski z przeprowadzonego pomiaru:

…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………

Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I

Ćw.9 Pomiary napięcia i częstotliwości przebiegów okresowych

5

2.3. Pomiar parametrów przebiegów przemiennych

Tabela 4

Woltomierz

Oscyloskop

UM110B

PC510

C

y

L

y

U

m

U

U

zm

wsp.

korekcji

U

U

Lp.

Kształt

przebiegu

[V/dz] [dz]

[V]

[V]

[V]

-

[V]

[V]

1

sinus

2

prostokąt

3

trójkąt

4

impuls

Spostrzeżenia i wnioski z przeprowadzonego pomiaru:

…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………

Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I

Ćw.9 Pomiary napięcia i częstotliwości przebiegów okresowych

6

Opis

C

x

= ……….

CH1

CH2

C

y

= ……….

C

y

= ……….

Rodzaj sprzężenia:

…………

…………

Rodzaj wyzwalania – ………..

Źródło synchronizacji – ……..

Opis

C

x

= ……….

CH1

CH2

C

y

= ……….

C

y

= ……….

Rodzaj sprzężenia:

…………

…………

Rodzaj wyzwalania – ………..

Źródło synchronizacji – ……..

Opis

C

x

= ……….

CH1

CH2

C

y

= ……….

C

y

= ……….

Rodzaj sprzężenia:

…………

…………

Rodzaj wyzwalania – ………..

Źródło synchronizacji – ……..