1
Uwagi prowadz
ą
cego
ć
wiczenie:
Wykaz przyrządów znajdujących się na stanowiskach
Lp.
Nazwa przyrządu
Typ
Producent
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH
WYDZIAŁ ELEKTRONIKI WAT
Zakład Systemów Informacyjno-Pomiarowych
Laboratorium Miernictwa Elektronicznego 1
Ć
wiczenie 3
Temat: BLOKI ELEKTRONICZNYCH MIERNIKÓW ANALOGOWYCH
Grupa:
Data wykonania
ć
wiczenia:
..................................................................
Data oddania sprawozdania:
..................................................................
Ocena:
..................................................................
Zespół w składzie:
1.
2.
3.
Prowadz
ą
cy
ć
wiczenie:
..................................................................
2
1. BADANIE DZIELNIKA NAPIĘCIA
1.1. Wyznaczanie charakterystyki przetwarzania rezystancyjnego dzielnika napięcia.
1.1.1. Przygotowanie przyrządów do pomiarów
a) Zasilacz napięcia stałego:
- napięcie wyjściowe zasilacza ustawić na minimum: górny przełącznik i pokrętło w lewym skrajnym połoŜeniu,
- przełącznik rodzaju pracy ustawić w połoŜenie: „V” – pomiar napięcia,
- przełącznik zakresów prądowych ustawić na minimum: „25 mA”,
b) Multimetr cyfrowy:
- klawisz „AC”: wyciśnięty – pomiary stałoprądowe,
- klawisz „V”: wciśnięty – pomiar napięcia,
- wybrać podzakres „100 V”.
1.1.2.Układ pomiarowy
1.1.3. Pomiary
Połączyć układ pomiarowy zgodnie ze schematem z p. 1.1.2.
Włączyć zasilanie przyrządów.
Regulując pokrętłem (i przełącznikiem) „regulacja napięcia”, ustawić na woltomierzu zasilacza kolejne wartości
napięcia U
1
podane w tabeli.
Z woltomierza cyfrowego odczytać wartości napięcia U
2
dobierając odpowiednie podzakresy napięcia.
Wyniki pomiarów i obliczeń zamieścić w tabeli.
U
1
V
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
U
2
V
K
U
-
Oznaczenia:
U
1
– napięcie wejściowe DN (ustawione na zasilaczu),
U
2
– napięcie wyjściowe DN (zmierzone woltomierzem cyfrowym),
K
U
= U
1
/U
2
– przekładnia dzielnika.
Na podstawie otrzymanych wyników pomiarów narysować wykres U
2
= f(U
1
).
Jest to charakterystyka przetwarzania rezystancyjnego DN.
U
2
U
1
−
−
+
+
Badany
dzielnik
napięcia
−
+
Woltomierz
cyfrowy
−
Zasilacz napięcia
stałego
+
3
1.2. Badanie dzielnika napięcia przy napięciu przemiennym (sinusoidalnym).
1.2.1. Przygotowanie przyrządów do pomiarów
Generator pomiarowy:
- napięcie sinusoidalne,
- częstotliwość sygnału wyjściowego: f = 1 kHz,
- regulator napięcia wyjściowego: lewe skrajne połoŜenie (minimum),
- regulator składowej stałej „offset”: połoŜenie środkowe (składowa stała wyłączona).
Oscyloskop cyfrowy:
- postępować zgodnie z poleceniami osoby prowadzącej ćwiczenie.
1.2.2.Układ pomiarowy
1.2.3. Pomiary
Połączyć układ pomiarowy zgodnie ze schematem z p. 1.2.2.
Włączyć zasilanie przyrządów
Pokrętło regulatora napięcia wyjściowego generatora „AMPLITUDE”, ustawić w połoŜeniu środkowym.
Nacisnąć przycisk [AUTO] w bloku „RUN CONTROL” oscyloskopu.
W bloku „MENU” nacisnąć przycisk [Measure].
W menu ekranowym nacisnąć przycisk [Source] i wybrać „CH1”.
W menu ekranowym nacisnąć przycisk [V] i pokrętłem podświetlonym wybrać „V
pp
”.
W menu ekranowym nacisnąć przycisk [Source] i wybrać „CH2”.
W menu ekranowym nacisnąć przycisk [V] i pokrętłem podświetlonym wybrać „V
pp
”.
Pod oscylogramami pojawią się wartości obserwowanych napięć.
Regulując napięciem generatora ustawić napięcie wejściowe dzielnika napięcia (odczytane na oscyloskopie)
w granicach (2
÷
5)V
P-P
.
Dla podanych w tabeli częstotliwości zmierzyć za pomocą oscyloskopu napięcie U
We
oraz U
Wy
.
Wyniki pomiarów i obliczeń zamieścić w tabeli.
f
kHz
1
5
10
50
100
500
1000
5000
10000
U
We
V
U
Wy
V
K
U
-
Oznaczenia:
U
We
= U
GEN
– napięcie wejściowe DN (zmierzone oscyloskopem),
U
Wy
– napięcie wyjściowe DN (zmierzone oscyloskopem),
K
U
= U
We
/U
Wy
– przekładnia dzielnika.
Na podstawie otrzymanych wyników pomiarów narysować wykres K
U
= F(f).
2. BADANIE PRACY PRZETWORNIKÓW POMIAROWYCH AC/DC.
2.1. Przygotowanie przyrządów do pracy.
Generator pomiarowy:
- napięcie sinusoidalne,
- częstotliwość sygnału wyjściowego: f = 1 kHz,
- regulator napięcia wyjściowego: połoŜenie środkowe,
- regulator składowej stałej „offset”: połoŜenie środkowe (składowa stała wyłączona).
We
Wy
CH1
CH2
Oscyloskop
cyfrowy
Badany dzielnik
napięcia
Generator
pomiarowy
4
2.2. Układ pomiarowy
2.3. Badania
A) Badania przetworników AC/DC przy napięciu sinusoidalnym
Połączyć układ pomiarowy zgodnie ze schematem z p.2.2.a).
Dobrać współczynniki odchylania D
Y1
i D
Y2
tak, aby wysokość oscylogramów była odpowiednia.
W tabelach narysować oscylogramy napięć wejściowych i wyjściowych badanych przetworników pomiarowych
AC/DC przy dodatkowych załoŜeniach podanych w tabelach.
We wnioskach zanotować uwagi dotyczące działania poszczególnych rodzajów przetworników oraz narysować
ich schematy .
PRZETWORNIK WARTOŚCI ŚREDNIEJ (PROSTOWANIE JEDNOPOŁÓWKOWE)
Napięcie wejściowe: sinusoidalne
o wartości u
1
, bez składowej stałej
Napięcie wejściowe: sinusoidalne
o wartości u
1
/2, bez składowej
stałej
Napięcie wejściowe: sinusoidalne
o wartości u
1
, ze składową stałą
PRZETWORNIK WARTOŚCI SZCZYTOWEJ (UKŁAD SZEREGOWY)
Napięcie wejściowe: sinusoidalne
o wartości u
1
, bez składowej stałej
Napięcie wejściowe: sinusoidalne
o wartości u
1
/2, bez składowej
stałej
Napięcie wejściowe: sinusoidalne
o wartości u
1
, ze składową stałą
Wy
CH1
CH2
Oscyloskop
cyfrowy
Badany
przetwornik
AC/DC
Generator
pomiarowy
a)
b)
Wy
CH1
CH2
Oscyloskop
cyfrowy
Badany
przetwornik
AC/DC
Generator
pomiarowy
5
PRZETWORNIK WARTOŚCI SZCZYTOWEJ (UKŁAD RÓWNOLEGŁY)
Napięcie wejściowe: sinusoidalne
o wartości u
1
, bez składowej stałej
Napięcie wejściowe: sinusoidalne
o wartości u
1
/2, bez składowej
stałej
Napięcie wejściowe: sinusoidalne
o wartości u
1
, ze składową stałą
B) Obserwacja pracy przetworników AC/DC przy napięciu odkształconym.
Połączyć układ pomiarowy zgodnie ze schematem z p.2.2.b).
W tabelach narysować oscylogramy napięć wyjściowych badanych przetworników pomiarowych.
NAPIĘCIE TRÓJKĄTNE
przetwornik wartości średniej
(prostowanie jednopołówkowe)
przetwornik wartości szczytowej
(układ szeregowy)
przetwornik wartości szczytowej
(układ równoległy)
NAPIĘCIE FALI PROSTOKĄTNEJ
przetwornik wartości średniej
(prostowanie jednopołówkowe)
przetwornik wartości szczytowej
(układ szeregowy)
przetwornik wartości szczytowej
(układ równoległy)
6
3. WYZNACZENIE CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWEJ WZMACNIACZA
POMIAROWEGO
Do badania wzmacniacza pomiarowego zostanie wykorzystany wewnętrzny wzmacniacz miernika
(multimetru) UM-110.
3.1. Układ pomiarowy
3.2. Pomiary
a) Przygotowanie multimetru UM-110:
- przełącznik rodzaju pracy miernika ustawić w połoŜeniu „~” (praca przy napięciu przemiennym).
- pokrętło główne ustawić na podzakres „10 V”,
b) Przygotowanie generatora pomiarowego:
- napięcie sinusoidalne,
- częstotliwość sygnału wyjściowego: f = 20 Hz,
- regulator napięcia wyjściowego: lewe skrajne połoŜenie (minimum),
- regulator składowej stałej „offset”: połoŜenie środkowe (składowa stała wyłączona).
Połączyć układ pomiarowy zgodnie ze schematem z p.3.1.
Wartość napięcia ustawić zgodnie z zaleceniami prowadzącego.
Dla częstotliwości podanych w tabeli zmierzyć napięcie multimetrem UM-110.
Wyniki pomiarów zanotować w tabeli.
U
gen.
=……………..= const
f
Hz
20
50
100
200
500
1 k
2 k
5 k
10 k
20 k
50k
U
m
V
Oznaczenia:
U
gen.
– napięcie wyjściowe generatora (wartość podana przez prowadzącego ćwiczenie),
f – częstotliwość ustawiana na skali generatora zgodnie z tabelą,
U
m
– wartość napięcia odczytywana z miernika.
Na podstawie pomiarów narysować charakterystykę częstotliwościową U
m
= f(f) wzmacniacza pomiarowego
stosowanego w badanym elektronicznym mierniku analogowym.
Z wyznaczonej charakterystyki określić pasmo częstotliwości wzmacniacza pomiarowego.
4. SPRAWDZENIE PODSTAWOWYCH WŁAŚCIWOŚCI USTROJU POMIAROWEGO
MAGNETOELEKTRYCZNEGO
Do badania ustroju pomiarowego magnetoelektrycznego (ME) zostanie wykorzystany miernik
(multimetr) UM-110.
Zgodnie z równaniem przetwarzania (
α
= c
⋅
I ), ustrój pomiarowy ME reaguje na prąd stały.
W strukturze wewnętrznej multimetru jest przetwornik pomiarowy napięcia na prąd (U/I). Powoduje to, Ŝe w
ć
wiczeniu przyrząd pomiarowy jest sterowany sygnałami napięciowymi.
UWAGA: Przed przystąpieniem do pomiarów naleŜy przygotować wstępnie przyrządy.
a) Przygotowanie multimetru UM-110:
- przed włączeniem zasilania sprawdzić (i skorygować) zerowanie mechaniczne – wskazówka
miernika powinna być ustawiona na kresce „0” ,
- pokrętło główne ustawić na podzakres „10 V” napięcia stałego,
- włączyć zasilanie miernika.
Elektroniczny
miernik
analogowy
Generator funkcji
7
b) Przygotowanie zasilacza napięcia stałego:
- napięcie wyjściowe zasilacza ustawić na minimum: górny przełącznik i pokrętło w lewym skrajnym połoŜeniu,
- przełącznik rodzaju pracy ustawić w połoŜenie: „V” – pomiar napięcia,
- przełącznik zakresów prądowych ustawić na minimum: „25 mA”,
4.1. Praca ustroju ME przy napięciu stałym.
4.1.1. Układ pomiarowy
4.1.2. Pomiary
Połączyć układ pomiarowy zgodnie ze schematem z p.4.1.1.
Regulując pokrętłem (i przełącznikiem) „regulacja napięcia”, ustawić na woltomierzu zasilacza kolejne wartości
napięcia podane w tabeli.
Wyniki pomiarów zanotować w tabeli.
U
zasilacza
V
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
U
woltomierza
V
Narysować wykres U
wolt.
= f(U
zasil.
).
Określić charakter podziałki miernika analogowego.
4.2. Praca ustroju ME przy napięciu sinusoidalnym.
4.2.1. Układ pomiarowy
4.2.2. Pomiary
A) Praca ustroju ME przy napięciu przemiennym (sinusoidalnym bez składowej stałej).
Pokrętło główne miernika ustawić na podzakres „10 V” napięcia stałego,
Przygotowanie generatora pomiarowego:
- napięcie sinusoidalne: u(t) = U
m
sin
ω
t,
- częstotliwość sygnału wyjściowego: f = 1 kHz,
- regulator napięcia wyjściowego: lewe skrajne połoŜenie (minimum),
- regulator składowej stałej „offset”: połoŜenie środkowe (bez składowej stałej) .
Połączyć układ pomiarowy zgodnie ze schematem z p.4.2.1.
Zmieniać wartości napięcia wyjściowego generatora.
Miernik
UM-110
Generator
funkcji
+,~
Ω
Miernik
UM-110
−
Zasilacz napięcia
stałego
+
Przełącznik
obrotowy
8
Wynik pomiaru zanotować poniŜej:
U
zmierzone
= ……………..V
B) Praca ustroju ME przy napięciu sinusoidalnym ze składową stałą.
Przy minimalnym napięciu wyjściowym generatora (lewe skrajne połoŜenie regulatora napięcia) ustawić
składową stałą U
0
= 5 V (pokrętło „offset”).
Regulator napięcia wyjściowego ustawić w połoŜenie środkowe.
Zmieniać wartości częstotliwości zgodnie tabelą.
Wyniki pomiarów zanotować w tabeli.
u(t) = U
0
+ U
m
sin
ω
t, gdzie U
0
= 5 V
f [Hz]
Hz
0,5
1
2
5
10
11
12
α
max
dz
α
min
dz
Oznaczenia:
α
max
– maksymalne wychylenie wskazówki w działkach,
α
min
– minimalne wychylenie wskazówki w działkach,
U
0
– składowa stała (wartość składowej stałej ustawiona na mierniku).
Na podstawie otrzymanych wyników omówić podstawowe właściwości ustroju pomiarowego
magnetoelektrycznego.
Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać:
1) Protokół pomiarowy z wypełnionymi tabelami.
2) Przykłady obliczeń do kaŜdego punktu pomiarowego.
3) Wymagane wykresy (odpowiednio opisane).
4) Porównanie wyników pomiarów z danymi technicznymi.
5) Wnioski wynikające z przeprowadzonych pomiarów i obserwacji.
Przykładowe pytania kontrolne:
1) Schemat blokowy elektronicznego miernika analogowego: zadania poszczególnych bloków.
2) Dzielnik napięcia : rezystancyjny i rezystancyjny skompensowany pojemnościowo: budowa, działanie.
3) Zadania wzmacniaczy pomiarowych w elektronicznych miernikach analogowych.
4) Przetworniki AC/DC wartości średniej, skutecznej i szczytowej napięcia: budowa, działanie, przeznaczenie.
5) Ustrój pomiarowy magnetoelektryczny: budowa, działanie, podstawowe parametry.
Literatura dodatkowa:
1) A.Chwaleba, M.Poniński, A.Siedlecki, „Metrologia elektryczna”, Wyd. 5, 6, 7, 8, 9 WNT, 1996r, 1998r,
2000r, 2003r, 2007r.
2) J. Dusza, G. Gortat, A. Leśniewski „Podstawy miernictwa” Ofic. Wyd. Politechniki Warszawskiej, 1998r.
3) W. S. Kwiatkowski „Miernictwo elektryczne. Analogowa technika pomiarowa” 1999