Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I
ĆWICZENIE 9
Pomiary napięcia i częstotliwości przebiegów okresowych
Przed ćwiczeniem przypomnij sobie materiały z Ćw. 8:
1. Karta katalogowa generatora (zał.1 - plik df1641a.pdf)
2. Opis płyty czołowej generatora (zał. 2  df1641.pdf)
3. Opis płyty czołowej typowego oscyloskopu analogowego (zał.3.  plik osc.pdf)
Przypomnij sobie również jak definiujemy i obliczamy błędy (Ćw.1)
1.1. Jakie błędy popełniamy przy pomiarach oscyloskopem?
Przy pomiarach napięcia i czasu za pomocą oscyloskopu dokonujemy pomiaru długości
odpowiednich odcinków na ekranie (w działkach) i mnożymy przez ustawioną wartość
współczynnika czułości toru odchylania pionowego Cy lub współczynnika odchylania
generatora podstawy czasu Cx. Całkowity błąd pomiaru zależy od:
1. Dokładności odczytu długości odcinków z ekranu. Przyjmujemy, że niedokładność
ta wynosi ok. Ä…ð0,1 dziaÅ‚ki (tzn. Ä…ð1mm). Spowodowany tym bÅ‚Ä…d wzglÄ™dny dðl
wynosi:
0,1dz
dðl =ð *100%
(1)
l
gdzie l jest długością mierzonego odcinka (w działkach).
2. Dokładności określenia współczynników odchylania torów X i Y (w zastosowanych
oscyloskopach przyjmujemy dðCx = dðCy = Ä…3%).
Całkowity błąd względny pomiaru wynosi:
Dla amplitudy Dla okresu (częstotliwości)
(2)
dðT =ð dðf =ð dðCx +ð dðlx
dðU =ð dðCy +ð dðly
Przy pomiarze prÄ…du bÅ‚Ä…d wzglÄ™dny pomiaru prÄ…du dðI jest wiÄ™kszy o bÅ‚Ä…d dðR wyznaczenia
rezystancji
dðI =ð dðU +ð dðR
(3)
1.2. Jak z pomiarów oscyloskopem wyznaczamy napięcie średnie i skuteczne
przebiegów przemiennych
Już wiesz, że oscyloskopem mierzymy napięcie międzyszczytowe Uss i obliczamy
amplitudę Um. Dla przebiegu przemiennego definiuje się jeszcze dwie wielkości:
-ð NapiÄ™cie skuteczne U,
-ð NapiÄ™cie Å›rednie półokresowe UÅ›r.
Ćw.9 Pomiary napięcia i częstotliwości przebiegów okresowych
1
Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I
Wartością skuteczna napięcia przemiennego nazywamy taką wartość napięcia stałego,
które doprowadzone do zacisków rezystancji R spowoduje wydzielenie w czasie równym
okresowi T takiej samej mocy jak dane napięcie u(t).
Wartością średnią półokresową napięcia przemiennego o okresie T nazywamy średnią
arytmetyczną tego napięcia obliczoną za połowę okresu, w którym przebieg jest dodatni.
Miernik magnetoelektryczny prostownikowy (i stare mierniki cyfrowe) mierzą wartość
średnią, a jego podziałka wyskalowane jest w wartościach skutecznych przebiegu
sinusoidalnego. Oznacza to, że przy pomiarze napięcia sinusoidalnego miernik wskazuje
wartość skuteczną. Stosunek wartości średniej do skutecznej nazywa się współczynnikiem
kształtu. Przy pomiarach napięć odkształconych korzysta się z tej samej podziałki, a więc tego
samego mnożnika. Ponieważ współczynnik kształtu ma dla tych przebiegów inną wartość,
odczyty obarczone są uchybem, który może być większy od 10%. Dla właściwego odczytu
wskazania miernika należy pomnożyć przez tzw. współczynnik korekcyjny = k/ks. Omówione
zależności dla przebiegów o różnym kształcie zebrano w Tab.1. Wady tej nie posiadają nowe
mierniki mierniki mierzące wartość skuteczną, niezależnie od kształtu przebiegu oznaczone
napisem  true rms .
Tabela 1
Wartość Współczynnik
Kształt
przebiegu
Skuteczna U Średnia Uśr kształtu k korekcyjny
Um pð
2
ð 1,111
ð 0,707Um ×ðU ð 0,637U
sinusoidalny 1
m m
pð
2 2 2
prostokÄ…tny Um Um 1 0,9
Um 2
U
m
ð 1,155
trójkątny 1,039
3 2 3
1 0,9
gð ×ðUm
impulsy gð ×ðU
m
gð gð
tð
gdzie - gð =ð - współczynnik wypeÅ‚nienia impulsu.
T
- tð - czas trwania impulsu
2. Wykonanie ćwiczenia
WYKAZ PRZYRZ
DÓW:
1. Generator funkcyjny DF1641A nr. ser. & & & & & .& .
2. Oscyloskop analogowy Goldstar serii OS-9020 nr. ser. & & & & & .& .
3. Woltomierz UM-110B nr. ser. & & & & & .& .
4. Multimetr cyfrowy Sanwa PC510 nr. ser. .& & & & .& &
Ćw.9 Pomiary napięcia i częstotliwości przebiegów okresowych
2
Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I
2.1. Pomiar napięcia
-ð Do wejÅ›cia CH1 podÅ‚Ä…cz przebieg sinusoidalny z generatora akustycznego f = 1kHz,
-ð PokrÄ™tÅ‚ami synchronizacji doprowadz
do powstania stabilnego obrazu,
-ð Ustaw napiÄ™cie generatora wg poziomu podanego przez prowadzÄ…cego,
-ð ObserwujÄ…c obraz na ekranie oscyloskopu, odczytaj wysokość obrazu Ly oraz
współczynnik odchylania (czułość oscyloskopu) Cy.
-ð Wyniki zapisz w Tabeli 2 i oblicz pozostaÅ‚e wielkoÅ›ci,
-ð Powtórz pomiary dla kolejnych, różnych wartoÅ›ci współczynnika odchylania, podanych
przez prowadzÄ…cego,
-ð Opisz jak wpÅ‚ywajÄ… zmiany ustawieÅ„ pÅ‚ynnej i skokowej regulacji współczynnika
odchylania pionowego, oraz pokręteł przesuwania obrazu na kształt oscylogramu.
G
0
V
Rys.1. Schemat układu pomiarowego
2.2. Pomiar okresu i częstotliwości
-ð PostÄ™pujÄ…c podobnie jak w punkcie 1.1. zmierz okres badanego przebiegu,
-ð Wyniki zapisz w Tabeli 3 i oblicz pozostaÅ‚e wielkoÅ›ci,
-ð Powtórz pomiary dla kolejnych, różnych wartoÅ›ci współczynnika odchylania,
podanych przez prowadzÄ…cego,
-ð Opisz jak wpÅ‚ywajÄ… zmiany ustawieÅ„ pÅ‚ynnej i skokowej regulacji współczynnika
skalowania podstawy czasu oraz pokręteł przesuwania obrazu, na kształt
oscylogramu.
2.3. Pomiar parametrów przebiegów przemiennych
-ð PodÅ‚Ä…cz do generatora równolegÅ‚e oscyloskop i woltomierz magnetoelektryczny,
-ð Ustaw parametry napiÄ™cia przemiennego zgodnie z poleceniem prowadzÄ…cego,
-ð Dokonaj pomiaru oscyloskopem i miernikiem dla przebiegów o różnych ksztaÅ‚tach,
-ð Przerysuj oscylogramy badanego napiÄ™cia, a pomiary i obliczenia wpisz do Tabeli 4.
-ð Przedyskutuj wyniki pomiarów, dlaczego pomiary oscyloskopem i miernikiem
różnią się od siebie?
PYTANIA KONTROLNE I ZAGADNIENIA DO OPRACOWANIA
1. Podaj i omów z
ródła powstawania błędów w pomiarach oscyloskopowych.
2. Oblicz błąd bezwzględny pomiaru napięcia U=5V, gdy wysokość obrazy wynosi 4cm.
3. Co to jest napięcie skuteczne?
4. Co to jest wartość średnia napięcia?
5. Jak wyznaczyć wartość średnią i skuteczną napięcia przy pomocy oscyloskopu?
Ćw.9 Pomiary napięcia i częstotliwości przebiegów okresowych
3
Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I
Protokół pomiarowy
Ocena
Nazwisko ImiÄ™.............................................................................
Klasa& & & & & Data wykonania & & & & & & & & & & & .
Wyk.
Kl.
.....................................................................................
Spr.
.....................................................................................
Nr i temat ćwiczenia
OK
1.1. Pomiar napięcia
Tabela 2
Cy Ly Umax U dð U DðU
Lp.
[V/dz]
[dz] [V] [V] [%] [V]
1
2
3
Spostrzeżenia i wnioski z przeprowadzonego pomiaru:
& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &
& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &
& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &
1.2. Pomiar okresu i częstotliwości
Tabela 3
Cx lx T f dð f Dðf
Lp.
[....s/dz] [dz] [.....s] [....Hz] [%] [.....Hz]
1
2
3
Spostrzeżenia i wnioski z przeprowadzonego pomiaru:
& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &
& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &
& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &
Ćw.9 Pomiary napięcia i częstotliwości przebiegów okresowych
4
Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I
2.3. Pomiar parametrów przebiegów przemiennych
Tabela 4
Woltomierz
Oscyloskop
UM110B PC510
wsp.
Cy Ly Um U Uzm korekcji U U
Kształt
Lp.
przebiegu
[V/dz] [dz] [V] [V] [V] -
[V] [V]
1 sinus
2 prostokÄ…t
3 trójkąt
4 impuls
Spostrzeżenia i wnioski z przeprowadzonego pomiaru:
& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &
& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &
& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &
& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &
& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &
& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &
& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &
& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &
& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &
& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &
& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &
Ćw.9 Pomiary napięcia i częstotliwości przebiegów okresowych
5
Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I
Opis
Cx = & & & .
CH1 CH2
Cy = & & & . Cy = & & & .
Rodzaj sprzężenia:
& & & & & & & &
Rodzaj wyzwalania  & & & ..
y
ródło synchronizacji  & & ..
Opis
Cx = & & & .
CH1 CH2
Cy = & & & . Cy = & & & .
Rodzaj sprzężenia:
& & & & & & & &
Rodzaj wyzwalania  & & & ..
y
ródło synchronizacji  & & ..
Opis
Cx = & & & .
CH1 CH2
Cy = & & & . Cy = & & & .
Rodzaj sprzężenia:
& & & & & & & &
Rodzaj wyzwalania  & & & ..
y
ródło synchronizacji  & & ..
Ćw.9 Pomiary napięcia i częstotliwości przebiegów okresowych
6