background image

 

 
 
Uwagi prowadzącego ćwiczenie: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
Wykaz przyrządów znajdujących się na stanowiskach 

Lp. 

Nazwa przyrządu 

Typ 

Producent 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 

 

 

 

11 

 

 

 

 
 
 

INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH 

WYDZIAŁ ELEKTRONIKI WAT 

Zakład Systemów Informacyjno-Pomiarowych 

Laboratorium Miernictwa Elektronicznego 2

 

Ćwiczenie 2 

Temat: POMIARY CZASU, CZĘSTOTLIWOŚCI I FAZY  

Grupa: 

Data wykonania ćwiczenia: 
.................................................................. 

Zespół w składzie: 

 

1. 

2. 

3. 

Data oddania sprawozdania: 
.................................................................. 
Ocena: 
.................................................................. 
Prowad

zący ćwiczenie: 

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

background image

 

1. CYFROWY POMIAR CZĘSTOTLIWOŚCI 
1.1.Zastosowanie częstościomierza-czasomierza cyfrowego

 

Typ U2000A. 

1.1.1. Układ pomiarowy 

 
 
 
 
 
 
 

1.1.2. Pomiary 

Na wejście A częstościomierza podać napięcie sinusoidalne o zadanych w tabeli częstotliwościach. 
Zmierzyć częstotliwość badanego sygnału metodą: 
a)  bezpośrednią przy różnych czasach otwarcia bramki t

B

b)  pośrednią (pomiar okresu) przy pomiarze 1-go okresu i 10-ciu okresów. 
 

t

f

Hz 

50 

500 

5k 

50k 

500k 

5M 

t

B

 =0

,1

f

Hz 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

B

 =1

f

Hz 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

B

 =1

0

f

Hz 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 T

x

 

T

 

 

 

 

 

 

 

f

w p

 

Hz 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 

 T

x

 

T

 

 

 

 

 

 

 

f

w p

 

Hz 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 = 

fw p 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
Oznaczenia: 
 f

x

  – częstotliwość ustawiona na generatorze, 

 f

w

 – częstotliwość wyznaczona metodą bezpośrednią (odczytana z częstościomierza cyfrowego), 

 t

B

 – czas otwarcia bramki, 

T

w

– okres odczytany z częstościomierza cyfrowego, 

N – liczba mierzonych okresów (1 okres lub 10 okresów). 
n – liczba zliczonych impulsów (liczba odczytana ze wskaźnika cyfrowego z pominięciem znaków  
      przestankowych), 
f

w p

 = 1/ T

w

  –  częstotliwość wyznaczona metodą pośrednią 

CH A 

U

p - p

 = 2V 

Częstościomierz –

czasomierz cyfrowy 

Typ U2000A 

Generator 

cyfrowy 

background image

 

 

n

n

δ

1

 –  błąd dyskretyzacji (zliczania), 

 

B

t

δ

= 3

10

-7

  –  błąd wzorca częstotliwości 

Całkowity błąd pomiaru częstotliwości metodą bezpośrednią : 

Całkowity błąd pomiaru częstotliwości metodą pośrednią jest równy całkowitemu błędowi pomiaru okresu: 

N

n

B

Tw

n

T

003

,

0

10

3

1

7

 

n

 = 

 1/ n  – błąd dyskretyzacji (zliczania), 

n – liczba zliczonych impulsów. 

B

 – błąd bramkowania: 

B

 

 0,003/N – dla napięcia sinusoidalnego, 

B

 

 0,002/N –  dla  napięcia fali  prostokątnej, 

B

t

T

  – błąd wzorca częstotliwości, 

N – liczba mierzonych okresów.  
Wykonać wykresy 

f

 = F( f ) dla różnych t

B

 oraz 

= F( f ) dla różnych N . 

Omówić wpływ różnych rodzajów błędów na dokładność pomiaru częstotliwości. 
 

1.2.Zastosowanie częstościomierza-czasomierza cyfrowego

 

typ HM8123. 

1.2.1. Układ pomiarowy jak wp. 1.1.1. 

Sygnał o mierzonej częstotliwości podłączyć na wejście A częstościomierza.

 

Zmierzyć częstotliwość badanego sygnału przy wyzwalaniu automatycznym. 
 

f

x

 

f

w

 

n

 

f

 

Wynik pomiaru 

Hz 

Hz 

 

 

Hz 

 

 

 

 

50 

 

 

 

 

500 

 

 

 

 

5k 

 

 

 

 

50k 

 

 

 

 

500k 

 

 

 

 

5M 

 

 

 

 

 
Oznaczenia: 
f

x

  

– częstotliwość ustawiona na generatorze, 

f

w

  

– częstotliwość odczytana z częstościomierza cyfrowego, 

f

 = ± (1/ n   + 

B

t

δ

) – całkowity błąd pomiaru częstotliwości. 

n

 = 

 1/ n   

–  błąd dyskretyzacji (zliczania), 

B

t

δ

= 2

10

-7

   

–  błąd wzorca częstotliwości  

n  

– liczba zliczonych impulsów, 

wynik pomiaru zapisać w postaci: f

w

  ± ( rozdzielczość 

 2

10

-7

 

 f

w

 ), 

rozdzielczość 

–  jednostka najmniej znaczącej cyfry ( LSD ).  

 
 
 
 

)

(

)

B

t

δ

n

f

δ

n

7

10

3

1

background image

 

2. POMIAR PRZEDZIAŁÓW CZASU. 
2.1. Układ pomiarowy 

 
 
 
 
 
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.2. Pomiary 

Zmierzyć czas trwania impulsów metodą oscyloskopową i cyfrową. 
Wyniki pomiarów i obliczeń zamieścić w tabeli. 
 

t

ix

 

5000  

1000  

500 

100 

50 

10 

0,5 

0,1 

D

..s/dz 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dz 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

i(osc.) 

 

….s 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t(osc.)  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

iw

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t(cz.c.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
Oznaczenia: 
t

ix 

– czas trwania impulsu ustawiony na generatorze, 

t

i(osc.)

 = L [dz]

D

t

[

s/dz] – czas trwania impulsu zmierzony oscyloskopem, 

t

iw

  – czas trwania impulsu zmierzony częstościomierzem-czasomierzem cyfrowym, 

Przeprowadzić analizę dokładności pomiaru czasu trwania impulsu metodą oscyloskopową wiedząc, że błąd  
współczynnika czasu wynosi 

Dt

 = 

 3% (wg danych technicznych) oraz 

L = 0,1 dz. 

t(osc.)

  = 

(

L

 + 

Dt

) – względny błąd pomiaru czasu metodą oscyloskopową, 

L

 = 

L/L – względny błąd pomiaru długości. 

Przeprowadzić analizę dokładności pomiaru czasu trwania impulsu metodą cyfrową: 

t(cz.c.)

 – względny błąd pomiaru czasu częstościomierzem – czasomierzem cyfrowym, 

B

 –  błąd bramkowania (patrz p.1.2), 

n

 = 

1/ n –  błąd dyskretyzacji (zliczania), 

W

T

δ

= 3

10

-7

 –  błąd wzorca częstotliwości. 

Wykonać wykresy:  

t(cz.c.) 

= f(t

ix

) oraz 

t(osc.)

 = f(t

ix

 ). 

 
 
 
 
 
 
 

)

δ

δ

δ

δ

B

T

n

t(cz.c.)

W

CH 1 

CH B 

CH A 

Częstościomierz –

czasomierz 

cyfrowy 

Generator 

cyfrowy 

 

Oscyloskop 

background image

 

 

3. METODY OSCYLOSKOPOWE POMIARU CZASU I CZĘSTOTLIWOŚCI. 

 

3.1. Metoda pośrednia (pomiar okresu). 
3.1.1. Układ pomiarowy 
 
 
 
 
 
 
3.1.2.  Pomiary 

Na generatorze badanym ustawić częstotliwość o wartości podanej przez prowadzącego: f

x

 = ........................  

Zmierzyć częstotliwość sygnału metodą pośrednią poprzez pomiar okresu. 
Pomiar przeprowadzić dla trzech oscylogramów (liczba pełnych cykli badanego sygnału widoczna na ekranie 
oscyloskopu : n = 1, n =2 i n = 5). 
Uwaga: regulator płynnej regulacji współczynnika czasu należy ustawić w prawe skrajne położenie (kalibracja). 
 

f

x

 = ………………..           (jak w p. 1.2) 

− 

D

t

 

ms/dz 

 

 

 

dz 

 

 

 

dz 

 

 

 

L

 

%  

 

 

 

ms 

 

 

 

 

 

 

f = 1/T 

Hz 

 

 

 

f

 = 

T

 

 

 

 

 
 
Oznaczenia: 
n      – liczba pełnych cykli badanego sygnału widoczna na ekranie oscyloskopu, 
D

t

     – współczynnik czasu, 

L      – długość jednego okresu wyrażona w [dz], 
T = L

 D

t

      – zmierzony oscyloskopem okres badanego napięcia, 

T

 = 

(

L

 + 

Dt

)     – względny błąd pomiaru okresu, 

L

 = 

L/L   – względny błąd pomiaru L, 

L = 0,1 dz  – bezwzględny błąd pomiaru L, 

Dt

 = 

 3%  – względny błąd współczynnika czasu, 

f  = 1/T    – częstotliwość zmierzona metodą pośrednią, 

f

 = 

T

    – względny błąd pomiaru częstotliwości. 

 
 
 
 
 
 
 
 

CH 1 

Generator  

badany RC 

Oscyloskop 

background image

 

3.2. Metoda porównawcza (figur Lissajous). 
3.2.1. Układ pomiarowy 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.2.2.  Pomiary 

Przełączyć oscyloskop na pracę X – Y .  
Na generatorze badanym ustawić częstotliwość jak w p. 3.1.2 : f

x

 = ........................  

Na wejście Y oscyloskopu podać sygnał o częstotliwości wzorcowej f

w

.  

Regulując częstotliwością generatora wzorcowego, ustawić na ekranie figury Lissajous odpowiednie dla 
zadanych w tabeli stosunków częstotliwości f

w

/f

x

Naszkicować oscylogramy i obliczyć częstotliwość f

x

Wyniki zamieścić w tabeli. 
 

f

w

 : f

x

 

1 : 1 

1 : 2 

2 : 1 

2 : 3 

3 : 2 

  

OSC

YL

O

GR

AM

 

 

 

 

 

 

f

 

 

 

 

 

f

x

 

 

 

 

 

 

f

w

 /f

x

 

  

 

 

 

 

 
Oznaczenia:  
f

w

  – częstotliwość odczytana z generatora wzorcowego, 

f

x

   – częstotliwość zmierzona obliczona z wzoru: 

X

n

Y

n

w

f

x

f

 

 n

X

  –  liczba przecięć figury Lissajous’a z osią X, 

 n

Y

  –  liczba przecięć figury Lissajous’a z osią Y, 

 f

w

 /f

x

 –  stosunek częstotliwość zmierzony częstościomierzem cyfrowym. 

Przeprowadzić analizę dokładności pomiaru częstotliwości metodami oscyloskopowymi. 
Zastanowić się nad zakresem pomiaru częstotliwości metodami oscyloskopowymi. 
 
 
 
 
 
 

Częstościomierz 

Generator 

wzorcowy 

Generator 

badany RC 

Oscyloskop 

background image

 

4. POMIARY KĄTA PRZESUNIĘCIA FAZOWEGO. 
4.1.  Układ pomiarowy 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.2. Pomiary 

Zmierzyć kąt przesunięcia fazowego dla kilku częstotliwości podanych przez prowadzącego. Pomiary 
przeprowadzić metodą  oscyloskopu dwukanałowego, metodą figur Lissajous oraz częstościomierzem – 
czasomierzem cyfrowym. Przy pomiarze metodą figur Lissajous oscyloskop przełączyć na pracę X – Y. 
Wyniki pomiarów zamieścić w tabeli. 

 
 

Metoda oscyloskopu dwukanałowego 

Metoda figur Lissajous 

Częstościomierz 

f  

l

1

  

l

2

  

os

 

fL 

cz 

Hz 

dz 

dz 

(

dz 

dz 

(

(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
Oznaczenia: 

os

 – kąt przesunięcia fazy zmierzony metodą oscyloskopu dwukanałowego, 

fL

 – kąt przesunięcia fazy zmierzony metodą figur Lissajous, 

cz

 – kąt przesunięcia fazy zmierzony częstościomierzem. 

A

B

arcsin

 

0

2

1

0

x

x

360

360

T

t

l

l

 

t

x

= l

1

D

T

x

= l

2

D

We A 

Częstościomierz 

cyfrowy 

Przesuwnik 

fazy 

We B 

CH1 

CH2

Wy A 

Wy B 

Gen. 

Oscyloskop 

Generator 

pomiarowy 

background image

 

5. POMIAR WSPÓŁCZYNNIKA WYPEŁNIENIA D. 
5.1. Układ pomiarowy 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
5.2. Pomiary 

Dla stałej częstotliwości f

gen

 i różnych współczynników wypełnienia nastawianych na generatorze dokonać 

pomiaru za pomocą oscyloskopu i częstościomierza: czasu trwania impulsu, okresu i współczynnika 
wypełnienia. Wyniki pomiarów przedstawić w tabeli. 

 

 f

gen

 = const. = ................... 

 

ustawione 

na 

generatorze 

Oscyloskop 

Częstościomierz 

t

i

 

T

t

i

 

T

D

obliczone 

D

zmierzone 

ms 

ms 

ms 

ms 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

gen

 = const. – częstotliwość ustawiona na generatorze, 

t

i

   – czas trwania impulsu, 

T

i

  – okres powtarzania impulsów, 

D = t

i

/T

i

 – współczynnik wypełnienia. 

 
 
 
 

Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać: 

1) Protokół pomiarowy z wypełnionymi tabelami. 
2) Przykłady obliczeń do każdego punktu pomiarowego. 
3) Wymagane wykresy (odpowiednio opisane). 
4) Porównanie wyników pomiarów z danymi technicznymi. 
5) Własne wnioski, spostrzeżenia i uwagi wynikające z przeprowadzonych pomiarów i obserwacji. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

WE A

 

 

    

Częstościomierz 

 

WE B 

Generator 

pomiarowy 

Y

2

 

        Oscyloskop

 

 

Y

1

 

background image

 

Przykładowe pytania kontrolne: 

 
1)   Częstościomierz cyfrowy: schemat blokowy, zasada pracy, dokładność, zakres. 
2)   Okresomierz cyfrowy: schemat blokowy, zasada pracy, dokładność, zakres. 
3)   Cyfrowy pomiar stosunku dwóch częstotliwości: schemat blokowy, zasada pracy,  dokładność. 
4)   Rozszerzanie zakresu częstościomierzy cyfrowych na w.cz.: przystawka dzieląca. 
5)   Fazomierz cyfrowy: schemat blokowy, zasada pracy, dokładność. 
6)   Cyfrowy pomiar częstotliwości: analiza dokładności pomiaru. 
7)   Metody rozszerzania zakresu pomiarowego częstościomierzy cyfrowych na m.cz. 
8)   Cyfrowy pomiar czasu: schemat blokowy, zasada pracy, dokładność, zakres. 
9)   Cyfrowy pomiar okresu: analiza dokładności pomiaru. 
10) Rozszerzanie zakresu częstościomierzy cyfrowych na w.cz.: przystawka mieszająca. 
11) Analiza dokładności pomiaru częstotliwości metoda cyfrową. 
 

Wykaz literatury do ćwiczenia 

 
1) A.Chwaleba, M.Poniński, A.Siedlecki, „Metrologia elektryczna”, Wyd. 5, 6, 7, 8, 9 WNT, 1996r, 1998r,  
    2000r, 2003r, 2007r. 
2)  M. Stabrowski  "Miernictwo elektryczne : cyfrowa technika pomiarowa "   
      Ofic. Wyd. Politechniki Warszawskiej 1994r. 
3)  J. Rydzewski   „Pomiary oscyloskopowe”   WNT, 1994r 
4)  M. Stabrowski. „Cyfrowe przyrządy pomiarowe”,  Wyd. PWN, 2002.