Elektroniczne Techniki Pomiarowe

- laboratorium

Ćwiczenie 2

„Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomia-

rowych”

Instrukcja laboratoryjna

„Człowiek - najlepsza inwestycja”

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Warszawa 2010

2

Ćwiczenie 2

„Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomiarowych”

Elektroniczne Techniki Pomiarowe

2

. Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomia-

rowych

2

.1. CEL ĆWICZENIA

1. Praktyczne zapoznanie się z budową i zasadą działania wybranych cyfrowych mier-

ników elektronicznych na podstawie schematu blokowego.

2. Wykonanie pomiarów sygnałów elektrycznych w wybranych blokach cyfrowych

przyrządów pomiarowych.

2

.2. PRZEDMIOT ĆWICZENIA I POMOCE

2

.2.1. Przedmiot ćwiczenia

Przedmiotem ćwiczenia są wybrane cyfrowe przyrządy pomiarowe oraz oscylogramy

napięć występujące w poszczególnych blokach tych przyrządów.

Do dyspozycji studentów są materiały teoretyczne do ćwiczenia i literatura podana w

materiałach teoretycznych.

2.2.2. Wymagane zagadnienia teoretyczne

Cyfrowe metody i przyrządy do pomiaru czasu i częstotliwości. Budowa, zastosowania

i właściwości użytkowe częstościomierzy – czasomierzy cyfrowych. Zasady pracy i właściwo-

ści woltomierzy cyfrowych impulsowo – czasowych i z podwójnym całkowaniem.

2.3.

WYKONANIE ĆWICZENIA

2.3.1. Wykaz

przyrządów:

Częstościomierz cyfrowy typu PFL-20

Woltomierz cyfrowy typu VC-10-T

Woltomierz cyfrowy typu V-540

Ćwiczenie 2 3

„Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomiarowych”

Elektroniczne Techniki Pomiarowe

Generator funkcyjny typu POF-1

Zasilacz stabilizowany typu 5121

Oscyloskop typu OS 5100 RA

2.3.2.

Podstawowe bloki częstościomierzy cyfrowych na przykładzie często-

ściomierza typu PFL-20

2.3.2.

1. Zasada działania częstościomierzy cyfrowych

Dokonać analizy pracy częstościomierza przy pomiarze częstotliwości, okresu i

czasu na podstawie schematu blokowego przedstawionego na rysunku 1.

Rys.1. Schemat blokowy częstościomierza

2.3.2.2.

Badanie właściwości użytkowych wzmacniaczy wejściowych

2.3.2.2.

1. Pomiar minimalnej częstotliwości przenoszenia wzmacniacza A

Dokonać pomiaru minimalnej częstotliwości przenoszenia f

min

wzmacniacza A

przy U

WEApp

= 5V. Dzielnik wejściowy wzmacniacza A ustawić w położenie 1:1.

Czas pomiaru - 1sek. Napięcie mierzone - sinusoidalne bez składowej stałej. Obserwować

>

>

~

Powielacz

x 2

Dzielniki

f

Układ

kasowania

Licznik

Wskaźnik

cyfrowy

Zespół prze-

łączników

rodzaju pracy

Generator
kwarcowy

start

stop

WE

Bramka i

układ

sterowania

>

We A

We B

We C

We f

zewn

+

+

-

-

Pamięć

4

Ćwiczenie 2

„Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomiarowych”

Elektroniczne Techniki Pomiarowe

wskazania częstościomierza oraz przebieg U

WYA

( gniazdo na tylnej płycie częstościomierza).

f

min

- minimalna częstotliwość prawidłowo mierzona przez częstościomierz

(pomiar jest błędny, gdy wskazanie częstościomierza jest w przybliżeniu dwa razy większe
od częstotliwości generatora ).

Narysować i wyjaśnić przebiegi U

WYA

= f(t), dla f = 1kHz oraz dla f = f

min

.

2.3.2.2.2. Pomia

r wartości minimalnej amplitudy napięcia wyzwalającego czę-

stościomierz przez wzmacniacz A

Dokonać pomiaru napięcia U

WEAmin

wyzwalającego częstościomierz przy dzielniku A

ustawionym w położenie 1:1 oraz 1:10 dla f = kHz.

Narysować i wyjaśnić przebiegi napięcia U

WYA

= f(t) przy U

WEAmin

oraz przy

U

WEApp

=5V, dzielnik A ustawiony w położeniu 1:1.

2.3.2.2.

3. Pomiar wartości minimalnej amplitudy napięcia wyzwalającego czę-

stościomierz przez wzmacniacz B

Dokonać pomiaru minimalnej amplitudy napięcia wyzwalającego dla regulato-

ra wyzwalania ustawionego w położenie „Auto”, „Max(-)”, „0” i Max(+). Dzielnik B

w położeniu 1:1, f=1kHz.

Narysować i wyjaśnić przebieg napięcia U

WEB

=f(t) oraz przebiegi napięć U

WYB

=f(t)

dla rozpatrywanych przypadków. Zaobserwować i wyjaśnić wpływ zmiany zbocza wyzwala-

jącego na kształt przebiegów.

2.3.2.

3. Źródła częstotliwości wzorcowych (generator wzorcowy, powielacz i

dzielnik częstotliwości)

Przy pomocy oscyloskopu zaobserwować przebiegi napięć o częstotliwościach

wzorcowych.

Ćwiczenie 2 5

„Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomiarowych”

Elektroniczne Techniki Pomiarowe

Narysować i wyjaśnić przebiegi napięć wzorcowych o częstotliwości 10MHz i 1MHz

(wyjścia na tylnej płycie częstościomierza).

2.3.2.4. Bramka

Zaobserwować i wyjaśnić przebieg napięcia na wyjściu bramki przy pomiarze

częstotliwości wzorcowej 10MHz.

Narysować przebieg napięcia bramki U

WYbramki

=f(t) dla czasu pomiaru równego

0,01sek. i minimalnej wartości czasu odczytu.

Dokonać pomiaru czasów otwarcia bramki przy pomocy oscyloskopu.

2.3.2.5. Licznik

Zaobserwować i wyjaśnić różnice w pracy częstościomierza przy włączonej

i wyłączonej pamięci (przełącznik na tylnej płycie przyrządu).

2.3.3.. Podstawowe bloki woltomierzy cyfrowych z przetwornikiem impulsowo -

czaso

wym na przykładzie woltomierza typu VC-10-T

2.3.3.1.

Zasada działania woltomierza cyfrowego z przetwornikiem impulsowo -

czasowym

Dokonać analizy pracy woltomierza cyfrowego impulsowo - czasowego na

podstawie schematu blokowego przedstawionego na rysunku 2.

6

Ćwiczenie 2

„Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomiarowych”

Elektroniczne Techniki Pomiarowe

Rys.2. Schemat blokowy woltomierza cyfrowego z przetwarzaniem impulsowo-

czasowym

2.3.3

.2. Obserwacja przebiegów napięć woltomierza z przetwornikiem impul-

sowo-czasowym

Do woltomierza dołączyć napięcie z zasilacza.

1. Zaobserwować jednocześnie przy pomocy oscyloskopu przebiegi napięć U

1

i U

2

,

synchronizując oscyloskop wewnętrznie przebiegiem napięcia U

1

.

Narysować i wyjaśnić obserwowane oscylogramy napięć U

1

i U

2

.

2. Zaobserwować i narysować oscylogram napięcia U

3

.

3. Zaobserwować jednocześnie przebiegi napięć U

2

, U

4

, U

5

i U

6

przy pomocy oscylo-

skopu czterokanałowego. Oscyloskop synchronizować wewnętrznie przebiegiem napięcia U

2

.

Narysować i wyjaśnić obserwowane oscylogramy napięć.

Zaobserwować i wyjaśnić zmiany w oscylogramach, wynikające ze zmiany wartości

napięcia mierzonego oraz polaryzacji tego napięcia. Zaznaczyć te zmiany na rysunkach.

Generator
napięcia
wzorcowego

Wzmac-
niacz
wejścio-
wy

Obwody
wejściowe

Genera-
tor taktu-
jący

Kompara-
tor zerowy

Kompara-
tor pomia-
rowy

Generator
impulsów
wzorcowych

Bramka

Licznik

Wskaźnik
cyfrowy

U

U

2

U

U

5

U

4

U

6

U

3

U

1

WE

Ćwiczenie 2 7

„Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomiarowych”

Elektroniczne Techniki Pomiarowe

2.3.4.

Podstawowe bloki woltomierzy cyfrowych z przetwornikiem podwójnie

całkującym na przykładzie woltomierza typu V-540

2.3.4.

1. Zasada działania woltomierza cyfrowego z przetwornikiem podwójnie

całkującym

Dokonać analizy pracy woltomierza cyfrowego z podwójnym całkowaniem

na podstawie schematu blokowego przedstawionego na rysunku 3.

Rys.3. Schemat blokowy woltomierza cyfrowego z przetwarzaniem podwójnego cał-

kowania.

2.3.4

.2 Obserwacja przebiegów napięć woltomierza z przetwornikiem podwój-

nie ca

łkującym

Do woltomierza dołączyć napięcie z zasilacza.

1. Zaobserwować jednocześnie, przy pomocy oscyloskopu, przebiegi napięć U

1

i U

2

,

synchronizując oscyloskop wewnętrznie przebiegiem napięcia U

1

.

Wzmacniacz

wejściowy

Przetwornik

U



t

Układ

wejściowy

Generator

500kHz

Wskaźnik

cyfrowy

Licznik

Bramka

Pamięć

Układ

sterowania

przetwornika

Układ

sterowania

części cyfro-

wej

U

2

U

3

U

5

U

4

U

1

WE

8

Ćwiczenie 2

„Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomiarowych”

Elektroniczne Techniki Pomiarowe

Narysować i wyjaśnić obserwowane oscylogramy napięć.

2. Zaobserwować jednocześnie przebiegi napięć U

2

, U

3

, U

4

, i U

5

. Oscyloskop czteroka-

nałowy synchronizować wewnętrznie przebiegiem napięcia U

2

.

Narysować i wyjaśnić obserwowane oscylogramy napięć.

Zaobserwować i wyjaśnić zmiany w oscylogramach wynikające ze zmiany wartości na-

pięcia mierzonego oraz polaryzacji tego napięcia. Zaznaczyć te zmiany na rysunkach.

3. Wyznaczanie stałej czasowej całkowania T przetwornika oraz wartości wewnętrz-

nych napięć wzorcowych przetwornika

Na podstawie zależności teoretycznych i obserwowanych oscylogramów obli-

czyć wartość stałej czasowej całkowania T oraz wartość wewnętrznych napięć wzorcowych

przetwornika. Przyjąć, że na zakresie U

z

=10V wzmocnienie wzmacniacza wejściowego wol-

tomierza wynosi 1.

2.4. SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA

W sprawozdaniu należy umieścić spostrzeżenia i wnioski dotyczące poszcze-

gólnych punktów pomiarowych. Na podstawie wyników uzyskanych w ćwiczeniu opisać za-

sadę działania i właściwości poszczególnych przyrządów.. Oscylogramy i wyniki pomiarów i

obliczeń należy umieścić w protokole zamieszczonym poniżej.

2.5. LITERATURA

1.

Materiały teoretyczne do ćwiczenia

2.

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

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.

J. Czajewski - Podstawy metrologii elektrycznej, OWPW,2003

Ćwiczenie 2 9

„Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomiarowych”

Elektroniczne Techniki Pomiarowe

PROTOKÓŁ POMIARÓW

Nr ćw.

2

STRUKTURA BLOKO-

WA CYFROWYCH

PRZYRZĄDÓW

POMIAROWYCH

LABORATORIUM

ELEKTRONICZNYCH TECHNIK

POMIAROWYCH

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

Imię

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

Nazwisko

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

Grupa

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

Zespół

INSTYTUT METROLOGII I INŻYNIERII

BIOMEDYCZNEJ

Politechniki Warszawskiej

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

Data wykonania

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

Podpis

prow

.

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

Ocena

Wykaz przyrządów:

Częstościomierz cyfrowy typu PFL-20

Woltomierz cyfrowy typu VC-10-T

Woltomierz cyfrowy typu V-540

Generator funkcyjny typu POF-1

Zasilacz stabilizowany typu 5121

Oscyloskop typu OS 5100RA.

1. Podstawowe bloki częstościomierzy cyfrowych na przykładzie częstościomierza

typu PFL-20

1.1.Schemat blokowy częstościomierza

>

>

~

Powielacz

x 2

Dzielniki

f

Układ

kasowania

Licznik

Wskaźnik

cyfrowy

Zespół prze-

łączników

rodzaju pracy

Generator
kwarcowy

start

stop

WE

Bramka i

układ

sterowania

>

We A

We B

We C

We f

zewn

+

+

-

-

Pamięć

10

Ćwiczenie 2

„Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomiarowych”

Elektroniczne Techniki Pomiarowe

Dokonać analizy pracy układu.

1.2. Pomiar wartości minimalnej amplitudy napięcia wyzwalającego częstościomierz

przez wzmacniacz B

Poziom

U

WEBmin

AUTO

MAX ( - )

0

MAX (+ )

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

0

2

-2

U

WEB

[V]

t[ms]

Poziom „AUTO”

Poziom „0”

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

0

2

-2

U

WYB

[V]

t[ms]

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

0

2

-2

U

WYB

[V]

t[ms]

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

0

2

-2

U

WYB

[V]

t[ms]

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

0

2

-2

U

WYB

[V]

t[ms]

Poziom „MAX (-)”

Poziom „MAX (+)”

Ćwiczenie 2

11

„Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomiarowych”

Elektroniczne Techniki Pomiarowe

1.3. Pomiar minimalnej częstotliwości przenoszenia wzmacniacza A

U[V] f=1kHz

U[V]

f=f

min

t[ms]

t[ms]

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

0

5

-5

50

100

150

200

250

300

350

0

2

-2

f

min

= ................

1.4. Pomiar wartości minimalnej amplitudy napięcia wyzwalającego częstościomierz

przez wzmacniacz A

Dzielnik A

1:1

1:10

U

WEAmin

U

WYA

[V] U

WEA

=U

WEAmin

U

WYA

[V] U

WYApp

=5V

t[ms]

t[ms]

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

0

0,2

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

0

5

-0,2

-5

1.5. Źródła częstotliwości wzorcowych (generator wzorcowy, powielacz i dzielnik często-

tliwości)

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

0

5

-5

U[V]

t[



s]

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

0

5

-5

U[V]

t[



s]

f = 10MHz

f = 1MHz

1.6. Bramka

T

p

=0,01s; t

odczytu

= min.

T

0,01

= ............; T

0,1

= ................;

T

1,0

= .............; T

10

= ..................

Dokonać analizy uzyskanych wyników w p. 1.2. - 1.6.

10

20

30

40

50

60

70

0

U

WYbramki

[V]

t[ms]

12

Ćwiczenie 2

„Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomiarowych”

Elektroniczne Techniki Pomiarowe

2. Podstawowe bloki woltomierzy cyfrowych z przetwornikiem impulsowo - czasowym
na przykładzie woltomierza typu VC-10-T

Dokonać analizy pracy układu

2.1. Obserwacja przebiegów napięć woltomierza z przetwornikiem impulsowo-
czasowym

Generator
napięcia
wzorcowego

Wzmac-
niacz
wejścio-
wy

Obwody
wejściowe

Genera-
tor taktu-
jący

Kompara-
tor zerowy

Kompara-
tor pomia-
rowy

Generator
impulsów
wzorcowych

Bramka

Licznik

Wskaźnik
cyfrowy

U

U

2

U

U

5

U

4

U

6

U

3

U

1

WE

Ćwiczenie 2

13

„Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomiarowych”

Elektroniczne Techniki Pomiarowe

20

40

60

80

100

120

140

0

U

1

[V]

t[ms]

160

180

200

20

40

60

80

100

120

140

0

U

2

[V]

t[ms]

160

180

200

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

0

U

3

[V]

t[



s]

4,0

4,5

5,0

t[ms]

2

4

6

8

10

12

14

0

U

2

[V]

16

18

20

t[ms]

2

4

6

8

10

12

14

0

U

4

[V]

16

18

20

t[ms]

2

4

6

8

10

12

14

0

U

5

[V]

16

18

20

t[ms]

2

4

6

8

10

12

14

0

U

6

[V]

16

18

20

14

Ćwiczenie 2

„Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomiarowych”

Elektroniczne Techniki Pomiarowe

Dokonać analizy uzyskanych wyników.

3. Podstawowe bloki woltomierzy cyfrowych z przetwornikiem podwójnie całkującym

na przykładzie woltomierza typu V-540

Dokonać analizy pracy układu

Wzmacniacz

wejściowy

Przetwornik

U



t

Układ

wejściowy

Generator

500kHz

Wskaźnik

cyfrowy

Licznik

Bramka

Pamięć

Układ

sterowania

przetwornika

Układ

sterowania

części cyfro-

wej

U

2

U

3

U

5

U

4

U

1

WE

Ćwiczenie 2

15

„Struktura blokowa cyfrowych przyrządów pomiarowych”

Elektroniczne Techniki Pomiarowe

3.1 Obserwacja przebiegów napięć woltomierza z przetwornikiem podwójnie całkują-
cym

T = .............

U

wz

= .............

t[ms]

10

20

30

40

50

60

70

0

U

1

[V]

80

100

120

t[ms]

10

20

30

40

50

60

70

0

U

2

[V]

80

100

120

t[ms]

10

20

30

40

50

60

70

0

U

3

[V]

80

100

120

t[ms]

10

20

30

40

50

60

70

0

U

4

[V]

80

100

120

t[ms]

10

20

30

40

50

60

70

0

U

5

[V]

80

100

120

Dokonać analizy uzyskanych wyników.