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
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.
Elektroniczne Techniki Pomiarowe
 Ćwiczenie 1 3
 Pomiary napięć odkształconych i analiza widmowa
1.2. WYKONANIE ĆWICZENIA
1.2.1. Pomiary napięć odkształconych
Oscyloskop
Transformator
Generator 1
WY WE
Mostek rezy-
Woltomierz
stancyjny
1
Transformator
Generator 2
WY WE
Woltomierz 3
Rys.8. Układ pomiarowy
Wykaz przyrządów:
Generator 1, 2  generatory typ JC 1642P, wyjście mocy
Transformator  transformatory separujÄ…ce
Mostek rezystancyjny
Woltomierz 1,2,3  woltomierze z przetwornikiem AC/DC wartości średniej U1- wol-
tomierz typ V541, skutecznej U2  multimetr typ APPA207 i międzyszczytowej U3  wolto-
mierz typ V640 z sondą międzyszczytową.
Oscyloskop typ TDS 1002B
Wykonać pomiary napięcia odkształconego stanowiącego sumę dwóch sygnałów sinu-
soidalnych. Wartości napięć składowych Uw1=4V, f1=1kHz i Uw2=1V, f2=3kHz ustawić przy
pomocy woltomierza V1 na wejściu mostka rezystancyjnego (rys.9.)
Elektroniczne Techniki Pomiarowe
4 Ćwiczenie 1
 Pomiary napięć odkształconych i analiza widmowa
R
R
Uwy
R
R
Uw1
R
Uw2
Rys. 9. Sposób podłączenia napięć wejściowych Uw1 i Uw2 oraz napięcia wyjściowego
Uwy w mostku rezystancyjnym.
Na oscyloskopie zaobserwować kształt badanego napięcia odkształconego. Narysować
przebieg badanego napięcia odkształconego.
Wyniki pomiarów zanotować w tabeli
U1[V] U2[V] U3[V] U4[dB] U4[V] U5[dB] U5[V] U6[V]
Przy pomocy oscyloskopu wyznaczyć widmo badanego napięcia odkształconego.
Narysować widmo badanego napięcia odkształconego.
Napięcie U4 jest napięciem składowym o częstotliwości f1=1kHz.zmierzone przy po-
mocy oscyloskopu(FFT)
Napięcie U5 jest napięciem składowym o częstotliwości f1=3kHz. zmierzone przy po-
mocy oscyloskopu(FFT).
2 2
Obliczyć wartość napiÄ™cia U6= U4 +ðU5
Dokonać analizy wyników pomiarów i obserwacji.
Elektroniczne Techniki Pomiarowe
 Ćwiczenie 1 5
 Pomiary napięć odkształconych i analiza widmowa
1.2.2. Analiza widmowa
Generator Oscyloskop
Nanowoltomierz
Dzielnik
selektywny
napięcia(x 0,01)
Rys.10. Układ pomiarowy
Wykaz przyrządów:
Generator  generator funkcyjny typu JC 1642P
Oscyloskop  oscyloskop cyfrowy z funkcjÄ… 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  U1, druga - U2 i trzecia harmoniczna  U3) przy po-
mocy oscyloskopu i nanowoltomierza selektywnego napięcia sinusoidalnego, piłokształtnego i
prostokątnego o współczynniku wypełnienia wp=0,25, 0,5 i 0,75. Współczynnik wypełnienia
jest to stosunek czasu trwania impulsu do okresu. Współczynnik wypełnienia ustawić przy
pomocy oscyloskopu (YT).
Elektroniczne Techniki Pomiarowe
6 Ćwiczenie 1
 Pomiary napięć odkształconych i analiza widmowa
Wyniki pomiarów zanotować w tabeli
ProstokÄ…tny ProstokÄ…tny ProstokÄ…tny
Kształt Sinusoidalny Piłokształtny
wp=0,25 wp=0,5 wp=0,75
Przebieg
U(t)
Widmo U(f)
Harmoniczne U1 U2 U3 U1 U2 U3 U1 U2 U3 U1 U2 U3 U1 U2 U3
Pomiar
oscyloskopem
[dB]
Obliczone warto-
ści U1, U2, U3 [V]
Pomiar nanowol-
tomierzem selek-
tywnym [V]
Dokonać analizy wyników pomiarów
1.2.3. Pomiary współczynnika zniekształceń nieliniowych
Miernik
zniekształceń
Generator
nieliniowych
Oscyloskop
Rys.11. Układ pomiarowy
Elektroniczne Techniki Pomiarowe
 Ćwiczenie 1 7
 Pomiary napięć odkształconych i analiza widmowa
Wykaz przyrządów:
Generator typ JC 1642P
Miernik zniekształceń nieliniowych typ 233
Dokonać pomiaru współczynnika zniekształceń nieliniowych napięcia sinusoidalnego,
piłokształtnego i prostokątnego o współczynniku wypełnienia wp=0,25, 0,5 i 0,75. Współ-
czynnik wypełnienia jest to stosunek czasu trwania impulsu do okresu.
Wyniki pomiarów zanotować w tabeli
ProstokÄ…tny ProstokÄ…tny ProstokÄ…tny
Kształt Sinusoidalny Piłokształtny
wp=0,25 wp=0,5 wp=0,75
Oscylogram
h[%]
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
Elektroniczne Techniki Pomiarowe
8 Ćwiczenie 1
 Pomiary napięć odkształconych i analiza widmowa
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, WPÅš, 2002
6. Instrukcja użytkownika oscyloskopu cyfrowego Tektronix typu TDS2002B.
Elektroniczne Techniki Pomiarowe
 Ćwiczenie 1 9
 Pomiary napięć odkształconych i analiza widmowa
Pomiary napięć
Nr ćw.
odkształconych i
PROTOKÓA
POMIARÓW 1
analiza widmowa
LABORATORIUM ELEKTRONICZNYCH ..................................
TECHNIK POMIAROWYCH ImiÄ™
.................................. .............. ..............
Nazwisko Grupa Zespół
INSTYTUT METROLOGII I INŻYNIERII
BIOMEDYCZNEJ .................................. .............. ..............
Podpis
Politechniki Warszawskiej Data wykonania Ocena
prow.
1. Pomiary napięć odkształconych
Oscyloskop
Transformator
Generator 1
WY WE
Mostek rezy-
Woltomierz 1
stancyjny
Transformator
Generator 2
WY WE
Woltomierz 3
Generator 1, 2  generatory typ JC 1642P
Transformator - transformator separujÄ…cy
Mostek rezystancyjny
Oscyloskop typ TDS1002B
Woltomierz 1,2,3,  woltomierze z przetwornikiem AC/DC wartości średniej - wolto-
mierzV541, skutecznej U2  multimetr APPA 207 i międzyszczytowej U3  woltomierz V640
z sondą międzyszczytową.
U1[V] U2[V] U3[V] U4[dB] U4[V] U5[dB] U5[V] U6[V]
Elektroniczne Techniki Pomiarowe
10 Ćwiczenie 1
 Pomiary napięć odkształconych i analiza widmowa
U(t)
U(f)
t
f
Przebieg badanego napięcia odkształconego Przebieg widma badanego napięcia od
kształconego
Dokonać analizy uzyskanych wyników.
2. Analiza widmowa
Generator Oscyloskop
Nanowoltomierz
Dzielnik
selektywny
napięcia(x 0,01)
Generator  generatory typ JC 1642P
Dzielnik napięcia
Nanowoltomierz selektywny typ 233
Oscyloskop typ TDS1002B
Elektroniczne Techniki Pomiarowe
 Ćwiczenie 1 11
 Pomiary napięć odkształconych i analiza widmowa
ProstokÄ…tny ProstokÄ…tny ProstokÄ…tny
Kształt Sinusoidalny Piłokształtny
wp=0,25 wp=0,5 wp=0,75
Rys.U(t)
Widmo U(f)
Harmoniczne U1 U2 U3 U1 U2 U3 U1 U2 U3 U1 U2 U3 U1 U2 U3
Pomiar
oscyloskopem
[dB]
Obliczone warto-
ści U1, U2, U3 [V]
Pomiar nanowol-
tomierzem selek-
tywnym [V]
Dokonać analizy wyników pomiarów.
3. Pomiary współczynnika zniekształceń nieliniowych
Miernik
zniekształceń
Generator nieliniowych
Oscyloskop
ProstokÄ…tny ProstokÄ…tny ProstokÄ…tny
Kształt Sinusoidalny Piłokształtny
wp=0,25 wp=0,5 wp=0,75
Oscylogram
h[%]
Elektroniczne Techniki Pomiarowe
12 Ćwiczenie 1
 Pomiary napięć odkształconych i analiza widmowa
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 .
Elektroniczne Techniki Pomiarowe