Elektroniczne Techniki Pomiarowe

- laboratorium

Ćwiczenie 1

„Pomiary napięć odkształconych i analiza widmowa”

Instrukcja laboratoryjna

„Człowiek - najlepsza inwestycja”

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Warszawa 2010

2

Ćwiczenie 1

„Pomiary napięć odkształconych i analiza widmowa”

Elektroniczne Techniki Pomiarowe

1.

CEL ĆWICZENIA

1. Zapoznanie się z problemami związanymi z pomiarami napięć zmiennych

2. Pomiary napięć odkształconych przy pomocy przyrządów pomiarowych o róż-

nych właściwościach

3. Zapoznanie się z analizą widmową i pomiary widma wybranych sygnałów od-

kształconych.

1.1.

PRZEDMIOT ĆWICZENIA I POMOCE

1.1.1.

Przedmiot ćwiczenia

Przedmiotem ćwiczenia są sygnały odkształcone, metody pomiaru i analiza widmowa

sygnałów odkształconych.

1.1.2.

Pomoce

Zagadnienia teoretyczne opisane są w materiałach teoretycznych do ćw. nr 1 oraz w li-

teraturze podanej w tych materiałach

1.1.3.

Wymagane zagadnienia teoretyczne

Zasada działania woltomierzy napięć zmiennych. Rodzaje przetwarzania AC/DC. Spe-

cyfika pomiarów napięć odkształconych. Woltomierze selektywne. Mierniki zniekształceń

nieliniowych. Analizatory widma. Szybka transformata Fouriera FFT.

Ćwiczenie 1 3

„Pomiary napięć odkształconych i analiza widmowa”

Elektroniczne Techniki Pomiarowe

1.2.

WYKONANIE ĆWICZENIA

1.2.1.

Pomiary napięć odkształconych

Rys.8. Układ pomiarowy

Wykaz przyrządów:

Generator 1, 2 – generatory typ JC 1642P, wyjście mocy

Transformator – transformatory separujące

Mostek rezystancyjny

Woltomierz 1,2,3 – woltomierze z przetwornikiem AC/DC wartości średniej U

1

- wol-

tomierz typ V541, skutecznej U

2

– multimetr typ APPA207 i międzyszczytowej U

3

– wolto-

mierz typ V640 z sondą międzyszczytową.

Oscyloskop typ TDS 1002B

Wykonać pomiary napięcia odkształconego stanowiącego sumę dwóch sygnałów sinu-

soidalnych. Wartości napięć składowych U

w1

=4V, f

1

=1kHz i U

w2

=1V, f

2

=3kHz ustawić przy

pomocy woltomierza V

1

na wejściu mostka rezystancyjnego (rys.9.)

Generator 2

Generator 1

Transformator

WY WE

Transformator

WY

WE

Mostek rezy-
stancyjny

Woltomierz
1

Woltomierz 3

Oscyloskop

4

Ćwiczenie 1

„Pomiary napięć odkształconych i analiza widmowa”

Elektroniczne Techniki Pomiarowe

Rys. 9. Sposób podłączenia napięć wejściowych U

w1

i U

w2

oraz napięcia wyjściowego

U

wy

w mostku rezystancyjnym.

Na oscyloskopie zaobserwować kształt badanego napięcia odkształconego. Narysować

przebieg badanego napięcia odkształconego.

Wyniki pomiarów zanotować w tabeli

Przy pomocy oscyloskopu wyznaczyć widmo badanego napięcia odkształconego.

Narysować widmo badanego napięcia odkształconego.

Napięcie U

4

jest napięciem składowym o częstotliwości f

1

=1kHz.zmierzone przy po-

mocy oscyloskopu(FFT)

Napięcie U

5

jest napięciem składowym o częstotliwości f

1

=3kHz. zmierzone przy po-

mocy oscyloskopu(FFT).

Obliczyć wartość napięcia U

6

=

2

5

2

4

U

U



Dokonać analizy wyników pomiarów i obserwacji.

U

1

[V]

U

2

[V]

U

3

[V]

U

4

[dB]

U

4

[V]

U

5

[dB]

U

5

[V]

U

6

[V]

U

w1

U

w2

U

wy

R

R

R

R

R

Ćwiczenie 1 5

„Pomiary napięć odkształconych i analiza widmowa”

Elektroniczne Techniki Pomiarowe

1.2.2.

Analiza widmowa

Rys.10. Układ pomiarowy

Wykaz przyrządów:
Generator – generator funkcyjny typu JC 1642P

Oscyloskop – oscyloskop cyfrowy z funkcją FFT, typu TDS1002B
Dzielnik napięcia
Nanowoltomierz selektywny typ 233

Ustawić wartość amplitudy napięcia generatora równą 5V (przy pomocy oscyloskopu

(YT)). Ustawić wartość częstotliwości generatora równą 10 kHz.

Wyznaczyć widmo napięcia przy pomocy oscyloskopu (FFT) i zmierzyć wartości wy-

branych składowych widma (pierwsza – U

1

, druga - U

2

i trzecia harmoniczna – U

3

) przy po-

mocy oscyloskopu i nanowoltomierza selektywnego napięcia sinusoidalnego, piłokształtnego i

prostokątnego o współczynniku wypełnienia w

p

=0,25, 0,5 i 0,75. Współczynnik wypełnienia

jest to stosunek czasu trwania impulsu do okresu. Współczynnik wypełnienia ustawić przy

pomocy oscyloskopu (YT).

Generator

Oscyloskop

Dzielnik

napięcia(x 0,01)

Nanowoltomierz

selektywny

6

Ćwiczenie 1

„Pomiary napięć odkształconych i analiza widmowa”

Elektroniczne Techniki Pomiarowe

Wyniki pomiarów zanotować w tabeli

Dokonać analizy wyników pomiarów

1.2.3.

Pomiary współczynnika zniekształceń nieliniowych

Rys.11. Układ pomiarowy

Kształt

Sinusoidalny Piłokształtny

Prostokątny

w

p

=0,25

Prostokątny

w

p

=0,5

Prostokątny

w

p

=0,75

Przebieg

U(t)

Widmo U(f)

Harmoniczne

U

1

U

2

U

3

U

1

U

2

U

3

U

1

U

2

U

3

U

1

U

2

U

3

U

1

U

2

U

3

Pomiar

oscyloskopem
[dB]

Obliczone warto-
ści U

1

, U

2

, U

3

[V]

Pomiar nanowol-
tomierzem selek-
tywnym [V]

Generator

Miernik

zniekształceń

nieliniowych

Oscyloskop

Ćwiczenie 1 7

„Pomiary napięć odkształconych i analiza widmowa”

Elektroniczne Techniki Pomiarowe

Wykaz przyrządów:

Generator typ JC 1642P

Miernik zniekształceń nieliniowych typ 233

Dokonać pomiaru współczynnika zniekształceń nieliniowych napięcia sinusoidalnego,

piłokształtnego i prostokątnego o współczynniku wypełnienia w

p

=0,25, 0,5 i 0,75. Współ-

czynnik wypełnienia jest to stosunek czasu trwania impulsu do okresu.

Wyniki pomiarów zanotować w tabeli

Dokonać analizy wyników pomiarów

1.2.4.

Wyznaczanie widma napięcia zmodulowanego amplitudowo i czę-

stotliwościowo

Zaobserwować i narysować widmo napięcia zmodulowanego w amplitudzie i często-

tliwości. Zaobserwować wpływ wartości napięć składowych i ich częstotliwości na kształt

widma .

1.2.5.

SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA

W sprawozdaniu należy umieścić spostrzeżenia i wnioski dotyczące poszczególnych

punktów pomiarowych. Oscylogramy i wyniki pomiarów i obliczeń należy umieścić w proto-

kole zamieszczonym poniżej.

1.3.

LITERATURA

1. S. Tumański – Technika Pomiarowa, WNT, 2007

2. A. Chwaleba, M. Poniński, A. Siedlecki - Metrologia elektryczna, WNT, 2003

Kształt

Sinusoidalny

Piłokształtny

Prostokątny

w

p

=0,25

Prostokątny

w

p

=0,5

Prostokątny

w

p

=0,75

Oscylogram

h[%]

8

Ćwiczenie 1

„Pomiary napięć odkształconych i analiza widmowa”

Elektroniczne Techniki Pomiarowe

3. M. Stabrowski - Miernictwo elektryczne - Cyfrowa technika pomiarowa, OWPW, 1994

4. J. Dusza, G. Gortat, A. Leśniewski - Podstawy miernictwa, OWPW, 2002

5. A. Marcyniuk - Podstawy miernictwa elektrycznego, WPŚ, 2002

6. Instrukcja użytkownika oscyloskopu cyfrowego Tektronix typu TDS2002B.

Ćwiczenie 1 9

„Pomiary napięć odkształconych i analiza widmowa”

Elektroniczne Techniki Pomiarowe

PROTOKÓŁ POMIARÓW

Nr ćw.

1

Pomiary napięć

odkształconych i

analiza widmowa

LABORATORIUM ELEKTRONICZNYCH

TECHNIK POMIAROWYCH

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

Imię

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

Nazwisko

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

Grupa

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

Zespół

INSTYTUT METROLOGII I INŻYNIERII

BIOMEDYCZNEJ

Politechniki Warszawskiej

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

Data wykonania

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

Podpis

prow

.

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

Ocena

1. Pomiary napięć odkształconych

Generator 1, 2 – generatory typ JC 1642P

Transformator - transformator separujący

Mostek rezystancyjny

Oscyloskop typ TDS1002B

Woltomierz 1,2,3, – woltomierze z przetwornikiem AC/DC wartości średniej - wolto-

mierzV541, skutecznej U

2

– multimetr APPA 207 i międzyszczytowej U

3

– woltomierz V640

z sondą międzyszczytową.

U

1

[V]

U

2

[V]

U

3

[V]

U

4

[dB]

U

4

[V]

U

5

[dB]

U

5

[V]

U

6

[V]

Generator 2

Generator 1

Transformator
WY

WE

Transformator
WY

WE

Mostek

rezy-

stancyjny

Woltomierz 1

Woltomierz 3

Oscyloskop

10

Ćwiczenie 1

„Pomiary napięć odkształconych i analiza widmowa”

Elektroniczne Techniki Pomiarowe

Przebieg badanego napięcia odkształconego Przebieg widma badanego napięcia od

kształconego

Dokonać analizy uzyskanych wyników.

2. Analiza widmowa

Generator – generatory typ JC 1642P
Dzielnik napięcia
Nanowoltomierz selektywny typ 233

Oscyloskop typ TDS1002B

U(f)

U(t)

f

t

Generator

Oscyloskop

Dzielnik

napięcia(x 0,01)

Nanowoltomierz

selektywny

Ćwiczenie 1 11

„Pomiary napięć odkształconych i analiza widmowa”

Elektroniczne Techniki Pomiarowe

Dokonać analizy wyników pomiarów.

3. Pomiary współczynnika zniekształceń nieliniowych

Kształt

Sinusoidalny Piłokształtny

Prostokątny

w

p

=0,25

Prostokątny

w

p

=0,5

Prostokątny

w

p

=0,75

Rys.U(t)

Widmo U(f)

Harmoniczne

U

1

U

2

U

3

U

1

U

2

U

3

U

1

U

2

U

3

U

1

U

2

U

3

U

1

U

2

U

3

Pomiar

oscyloskopem
[dB]

Obliczone warto-
ści U

1

, U

2

, U

3

[V]

Pomiar nanowol-
tomierzem selek-
tywnym [V]

Kształt

Sinusoidalny

Piłokształtny

Prostokątny

w

p

=0,25

Prostokątny

w

p

=0,5

Prostokątny

w

p

=0,75

Oscylogram

h[%]

Generator

Miernik

zniekształceń

nieliniowych

Oscyloskop

12

Ćwiczenie 1

„Pomiary napięć odkształconych i analiza widmowa”

Elektroniczne Techniki Pomiarowe

Dokonać analizy wyników pomiarów

4. Wyznaczanie widma napięcia zmodulowanego amplitudowo i częstotliwościowo

Zaobserwować i narysować widmo napięcia zmodulowanego w amplitudzie i często-

tliwości. Zaobserwować wpływ wartości napięć składowych i ich częstotliwości na kształt

widma .