WAT – WYDZIAŁ ELEKTRONIKI – Instytut Systemów Elektronicznych

ZAKŁAD SYSTEMÓW INFORMACYJNO-POMIAROWYCH

(dla Wydziału Cybernetyki)

Przedmiot: PODSTAWY ELEKTRONIKI I MIERNICTWA

Ćwiczenie nr 2m

PROTOKÓŁ / SPRAWOZDANIE

Temat:

POMIARY PARAMETRÓW SYGNAŁÓW

Data wykonania ćwiczenia:
........................................................................
Data oddania sprawozdania:
.........................................................................
Ocena:
........................................................................

Grupa: ............................................................

1. .............................................................

2. .............................................................

3. ..............................................................

4. ..............................................................

Prowadzący:

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

Laboratorium Miernictwa Elektronicznego

Uwagi prowadzącego ćwiczenie:

1

STANOWISKO 1

1. Pomiary napięcia.
1.1. Sprawdzenie właściwości woltomierza magnetoelektrycznego.
- Na podstawie oględzin woltomierza uzupełnić tabelę 1.

Tabela 1

Typ przyrządu

Typ ustroju (organu ruchomego)

Zakresy pomiarowe

Klasa dokładności

Czułość (maksymalna)

Stała podziałki

Pozycja pracy

Napięcie probiercze izolacji

Inne

1.2. Wyznaczanie błędu granicznego podstawowego woltomierza prostownikowego.

Generator

V

w

V

Rys. 1. Układ pomiarowy do wyznaczania klasy woltomierza
magnetoelektrycznego prostownikowego.

- Wykonać połączenia układu pomiarowego według rysunku 1;
- Dla wybranego podzakresu dokonać pomiaru błędu granicznego podstawowego;

2

- Doprowadzić do woltomierza badanego napięcie o takich wartościach, że

wskazówka miernika będzie przyjmować położenia pokrywające się z działkami
opisanymi skali;

- Przy takich położeniach wskazówki odczytać odpowiadające im wskazania

woltomierza cyfrowego (wzorcowego);

- Pomiarów dokonać dla kierunku malejącego i rosnącego wskazówki miernika

wychyłowego;

- Wyniki pomiarów zamieścić w tabeli 2;
- W oparciu o dane z tabeli 2 wykonać obliczenia zgodnie ze wzorami:

U

wśr

= (U

wrosnące

+U

wmalejące

)/2

;

∆U = U

wś

– U

(1)

%

100

%

100

max

max

%

⋅

−

=

⋅

∆

=

N

wś

N

gr

U

U

U

U

U

U

δ

(2)

- Przy założeniu, że badany woltomierz jest przyrządem jednozakresowym a

pomiary zostały wykonane w warunkach normalnych określić jego klasę (w
oparciu o wyznaczony błąd graniczny podstawowy);

- Sporządzić wykres błędu skalowania woltomierza w funkcji wartości mierzonej

∆U=f(U).

Tabela 2

U

w

U

Rosnąco Malejąco

U

wś

∆U

∆

max

U

δ

%

gr

U

Lp.

V

V

V

V

V

V

%

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

3

1.3. Pomiar napięcia woltomierzem analogowym prostownikowym.
- Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 1;
- Dla trzech różnych wartości napięcia odczytać wskazania woltomierza badanego

na zakresach pomiarowych wskazanych przez prowadzącego ćwiczenie;

- Wyniki pomiarów umieścić w tabeli 3.
- Wyznaczyć wartość bezwzględnego oraz względnego błędu pomiaru napięcia ze

wzorów:

U

U

U

w

−

=

∆

;

%

100

%

⋅

∆

=

w

U

U

U

δ

- Wyniki obliczeń porównać z klasą woltomierza odczytaną z podzielni woltomierza

analogowego.

Tabela 3

U

w

U

N

U

∆U

δ

%

U

V

V

V

V

%

1,5

5

0,55

15

1,5

5

1,40

15

5

15

3,00

50

1.4. Badanie wpływu impedancji woltomierzy na pracę układu rezonansowego.

- Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 2;
- Dołączyć wybrany woltomierz do układu rezonansowego;
- Regulując częstotliwością napięcia z generatora doprowadzić obwód do

rezonansu;

- Odczytać wskazania częstościomierza i woltomierza;
- Wyniki pomiarów umieścić w tabeli 4;
- Analogiczne pomiary wykonać dla pozostałych woltomierzy;
- Wyjaśnić różnicę we wskazaniach przyrządów.

4

R

V

f

C

L

Generator

Szeregowy obwód
rezonansowy

Rys. 2. Schemat układu do badania wpływu impedancji woltomierza na pracę obwodu
elektrycznego.

Tabela 4

napięcie Uc w

rezonansie

częstotliwość rezonansowa

fr

typ

woltomierza

V

Hz

HP-400E

V-640 LF

FLUKE45

V-640 HF

1.5. Pomiary napięć o różnych kształtach.
- Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 3;
- Odczytać wskazania woltomierzy dla napięć o różnych kształtach o wartościach

międzyszczytowych U

p-p

podanych przez prowadzącego ćwiczenie;

- Wyniki pomiarów umieścić w tabeli 5;
- W oparciu o wskazanie każdego z przyrządów wyznaczyć wartość średnią

(sygnału wyprostowanego dwupołówkowo), skuteczną i szczytową mierzonych
napięć;

- Wyniki obliczeń umieścić w tabeli 5.

5

FL45

HP-400

V-640HF

Generator

funkcyjny

Rys. 3. Układ do badania wpływu mierzonego napięcia na wskazania woltomierzy.

Tabela 5

U

p-p

[V]

α

U

sk

U

śr

U

m

α

U

sk

U

śr

U

m

α

U

sk

U

śr

U

m

Rodzaj
przebiegu

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

HP-400E

FLUKE45

V-640HF

Gdzie:

α - wskazanie woltomierza;
U

sk

- wartość skuteczna przebiegu uzyskana na podstawie obliczeń;

U

śr

- wartość średnia przebiegu wyprostowanego dwupołówkowo uzyskana na podstawie

obliczeń;

U

m

- amplituda przebiegu uzyskana na podstawie obliczeń.

Przy obliczeniach należy uwzględnić, że woltomierz:

• HP-400E jest wyposażony w przetwornik wartości średniej,

V-640HF jest wyposażony w przetwornik wartości szczytowej w układzie równoległym,

•

FLUKE45 jest wyposażony w przetwornik wartości skutecznej,

•

oraz to, że każdy z tych woltomierzy jest wyskalowany w wartościach skutecznych
sygnału sinusoidalnego.

1.6. Pomiary napięcia z użyciem oscyloskopu
- Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 4;
- Dla trzech wartości napięcia wskazanych przez prowadzącego pomierzyć wartość

amplitudy połówki dodatniej, ujemnej i wartość międzyszczytową napięcia
sinusoidalnego;

- Wyniki pomiarów umieścić w tabeli 6;
- W oparciu o odczytane z oscyloskopu wartości obliczyć odpowiadające tym

odczytom wartości skuteczne napięcia;

- Wyniki te porównać ze wskazaniami woltomierza;
- Przy obliczeniach skorzystać ze wzorów:

6

m

sk

U

U

+

+

=

2

2

;

m

sk

U

U

−

−

=

2

2

;

pp

skpp

U

U

4

2

=

(4)

Uwaga! Powyższe wzory są prawdziwe jedynie dla kształtu sinusoidalnego.

V

c

Osc

Generator

U

p-p

U

-m

U

+m

Rys. 4. Układ do pomiaru napięcia z
wykorzystaniem oscyloskopu.

f = 1 kHz

Tabela 6

Oscyloskop

Amplituda „+”

Amplituda „-”

Wartość

międzyszcz.

Fluke45

U

+m

U

sk+

U

-m

U

sk-

U

p-p

U

skpp

U

sk

Lp.

V

V

V

V

V

V

V

1.

2.

3.

7

STANOWISKO 2

2. Pomiary parametrów czasowych i częstotliwościowych sygnałów.
2.1. Pomiary okresu, czasu trwania impulsu oraz współczynnika wypełnienia przy

wykorzystaniu oscyloskopu.

- Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 5;
- W generatorze impulsowym wybrać rodzaj pracy „INT”;
- Doprowadzić sygnał do oscyloskopu o parametrach podanych w tabeli 7;
- Dokonać pomiaru okresu, czasu trwania połówki dodatniej i ujemnej dobierając za

każdym razem właściwy współczynnik czasu, obliczyć współczynnik wypełnienia;

- Wyniki pomiarów i obliczeń wpisać do tabeli 7;
- Wartość współczynnika wypełnienia obliczyć ze wzoru:

%

100

⋅

=

+

T

t

k

(5)

Tabela 7

t

+

t

-

T

O sc

G enerator

im pulsowy

t

+

t

-

T

Rys. 5. Układ do pom iaru param etrów
czasowych

sygnałów

za

pom ocą

oscyloskopu.

U

p-p

= 2 V

k

Zadane

parametry sygn.

m

m

ms

s

s

%

T = 10 ms

t

i

= 4 ms

ms/d

T = 12 ms

t

i

= 6 ms

ms/d

T = 8 ms

t

i

= 2 ms

ms/d

T = 14 ms

t

i

= 9 ms

ms/d

D

t

z

D

t

z

D

t

z

D

t

z

8

2.

Pomiary okresu, przedziału czasu i współczynnika wypełnienia z użyciem

-

2.

czasomierza cyfrowego.

Połączyć układ pomiarowy według rysunku 6 (na rysunku tym przedstawiono

Rys. 6. Układ do pomiaru parametrów czasowych sygnałów za pomocą przykładowego
częstościomierza-czasomierza cyfrowego PFL28A.

f

Generator

impulsowy

U

p-p

= 2 V

100V

10V

10V

100V

B

C

1

2

4

5

3

także schematycznie wygląd części płyty czołowej przykładowego
częstościomierza PFL-28A zawierającej gniazda wejścia B

e

(wejście otwierając

bramkę czasową) i C (wejście zamykające bramk

-

ę czasową)); w innych typach

częstościomierzy stosuje się podobną metodę oznaczeń;
Doprowadzić sygnał z generatora do wejścia B częstościomierza;

- Wcisnąć przycisk 3 zwierający wejścia B i C

pa

częstościomierza;

- Przełączniki 2 i 3 ustawić w pozycji odpowiadając

rametrowi

ej mierzonemu

(sposób użycia przełączników przedstawia tabela 8);

Tabela 8

Parametr mierzony

Przełączni

k

T

t

-

t

+

2

on lub off

on

off

3

on

on

on

4

off lub on*

on

off

**

**

**

1 i 5

* - stan przełącznika 4 jest zależny od stanu przełącznika 2;
** - przełączniki 1 i 5 służą do zmiany czułości napięciowej wejść B i C.

- Na cz

mnej sygnału dla

czynnika wypełnienia – wyniki obliczeń

ęstościomierzu wybrać klawisz funkcyjny T.I. (B

→C);

- Dokonać pomiaru okresu, szerokości połówki dodatniej i uje

parametrów sygnału podanych w tabeli 9;

- Wyniki pomiarów wpisać do tabeli 9;

współ

- W oparciu o wzór 5 obliczyć wartość

wpisać do tabeli 9.

9

Tabela 9

t

+

t

-

T

k

Zadane

parametry

sygnału

ms

m

ms

s

%

= 10 ms

t

i

= 6 ms

= 10 ms

t

i

= 2 ms

= 10 ms

t

i

= 0,1 ms

T = 20

µs

t

i

= 2

µs

T

T

T

.3. Sprawdzenie właściwości dokładnościowych częstościomierza cyfrowego.

o

-

ęstościomierza;

ki i różnych podzakresów;

Tabela 10

Czas

bramkowania

f

(

f

1

f

2

∆f

δ

n

%

f

2
- W układzie jak w punkcie poprzednim dokonać pomiaru częstotliwości sygnału

parametrach podanych w tabeli 10;
Sygnał do prowadzić do wejścia B cz

- Pomiarów dokonać dla różnych czasów otwarcia bram
- Wyniki pomiarów wpisać w tabeli 10;

T)

s

Hz

(ms)

Hz

Hz

Hz

%

%

555

5555

55555

555

5555

55555

555

5555

55555

δ

%

(1,8)

(0,18)

10

(18

µs)

(1,8)

(0,18)

1

(18

µs)

(1,8)

(0,18)

0,1

(18

µs)

Na podstawie wyników pomiarów obliczyć róznicę między kolejnymi dwoma

az

-

pomiarami (dla tych samych parametrów), względny błąd dyskretyzacji

δ

n

%

or

całkowity błąd pomiaru częstotliwości

δ

f

%

(wyniki obliczeń wpisać do tabeli 10);

10

- Obliczenia wykonać w oparciu o wzory:

∆f = | f – f |

(6)

1

2

%

100

1

⋅

=

f

n

δ

2

1

%

− f

f

(7)

Gdzie:

ęstotliwości wzorcowe odczytane z częstościomierza cyfrowego różniące się

δ

n

– w

rszego przypadku) :

f

1

; f

2

– cz

o

±1 jednostkę najmniej znaczącego rzędu,

zględny błąd dyskretyzacji (zliczania).

Całkowity błąd pomiaru częstotliwości (najgo

(

)

%

100

10

2

⋅









⋅

+

⋅

±

=

+

±

=

B

B

n

f

T

f

δ

δ

δ

%

1

8

%





−

(8)

Wykonać wykresy

δ

f

= f (f) dla różnych czasów otwarcia bramki T

B

.

f – częstotliwość ustawiona na generatorze, T

B

,

.4. Pomiar częstotliwości metodą krzywych Lissajous.

odnie z danymi podanymi w

-

ć częstotliwością generatora wzorcowego tak, aby uzyskać stabilne

-

częstotliwość generatora wzorcowego z częstościomierza cyfrowego;

ści wyznaczyć częstotliwość mierzoną ze

(9)

dzie:

N = n

y

/ n

x

;

a pr

ej z osią Y, n

x

– liczba przecięć krzywej z osią X;

Wynik umieścić w tabeli 11.

– czas otwarcia bramki

2
- Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 7;
- Na generatorze mierzonym ustawić częstotliwość zg

tabeli 11;
Regulowa
oscylogramy o krzywych właściwych dla stosunków częstotliwości podanych w
tabeli 11;
Odczytać

- Wynik odczytu wpisać do tabeli 11;
- Znając wartość stosunku częstotliwo

wzoru:

w

x

f

N

f

⋅

=

G
n

y

– liczb

zecięć krzyw

-

11

Y

X

Generator

wzorcowy

Generator

badany

Często-
ściomierz

Rys. 7. Schemat układu do pomiaru częstotliwości za pomocą
oscyloskopu (metoda krzywych Lissajous) i częstościomierza
cyfrowego.

f

w

f

x

Osc

Tabela 11

f

x

’

N

Oscylogram

f

w

f

x

Hz

---

---

Hz

Hz

1:1

3:1

150

1:3

1000

1:1

12

2:1

1000

1:2

LITERATURA:

1. Chwaleba A., Poniński M., Siedlecki A.: Metrologia elektryczna. Wydawnictwa

Naukowo-Techniczne, Warszawa 1996, Wyd. VI. Sygn. 53200.

2. Praca zbiorowa: Miernictwo elektryczne. Ćwiczenia laboratoryjne. WAT,

Warszawa 1998. Sygn. S-48721.

PRZYKŁADOWE PYTANIA KONTROLNE:

1. Formuły na wyznaczanie błędów granicznych woltomierzy analogowych i

cyfrowych.

2. Definicje wartości średniej, skutecznej i szczytowej oraz średniej wyprostowanej

dwupołówkowo, współczynników kształtu i amplitudy.

3. Rodzaje i budowa przetworników AC/DC wykorzystywanych w woltomierzach.
4. Wpływ impedancji woltomierzy na dokładność pomiaru napięcia.
5. Wpływ kształtu mierzonego napięcia zmiennego na wskazania woltomierzy.
6. Sposoby pomiaru napięcia z użyciem oscyloskopu.
7. Definicje i pomiary okresu, czasu trwania impulsu oraz współczynnika wypełnienia

przy wykorzystaniu oscyloskopu.

8. Częstościomierz cyfrowy: budowa, zasada pracy, dokładność, zakres.
9. Okresomierz cyfrowy: budowa, zasada pracy, dokładność, zakres.
10. Pomiar częstotliwości metodą krzywych Lissajous.

13