Politechnika Szczecińska Instytut Automatyki Przemysłowej Zakład Metrologii
Sprawozdanie z wykonania ćwiczenia
Temat: OSCYLOSKOP JAKO PRZYRZĄD POMIAROWY
Skład zespołu: Grzebyta Andrzej Frankowski Roman Pieńkowski Tomasz Sobczyk Szymon		Prowadzący: dr inż. Wiesław Kot	Data wykonania: 2005.04.7	Ocena:	Podpis:

1. Cel ćwiczenia:

Celem tego ćwiczenia było zapoznanie się z obsługą, właściwościami i możliwościami pomiarowymi oscyloskopu elektronicznego.

2. Wykaz przyrządów wykorzystanych w ćwiczeniu:

• Oscyloskop Hung Chang 20MHz 3502C - 3 sztuki;

• RC Decade Generator Type KZ 1115;

• 12MHz Log-Linear Sweep Generator Type POF-10 ;

• Function Generator Type KZ 1404A 0,05÷1MHz;

• Function Generator Type KZ 1405 0,01÷1MHz;

• Dzielnik napięcia Typ Dna-18.

3. Schemat budowy i zastosowanie oscyloskopu:

Oscyloskop to przyrząd elektroniczny umożliwiający wizualną obserwację i pomiar zależności między dwoma lub kilkoma zmiennymi wielkościami fizycznymi, najczęściej napięcia w funkcji czasu lub innego napięcia. Podstawowym elementem oscyloskopu jest lampa oscyloskopowa. Jeśli z wewnętrznego generatora zostanie doprowadzone napięcie Ux będące liniową funkcją czasu (tzw. napięcia podstawy czasu), Uy zaś jest mierzonym napięciem okresowo zmiennym, to na ekranie luminescencyjnym uzyskuje się graficzny obraz Uy w funkcji czasu. Przy obserwacji napięć nieokresowych wykorzystuje się układ wyzwalania podstawy czasu, powodujący rozpoczęcie narastania Ux w momencie pojawienia się impulsu Uy.

Współczesne oscyloskopy są wyposażone zazwyczaj w szerokopasmowe wzmacniacz napięcia, umożliwiające analizowanie szybkozmiennych przebiegów (rzędu ns) oraz w znaczniki świetlne służące do kalibracji zarówno czasu jak i napięcia.

Nasze ćwiczenie przeprowadzone było na oscyloskopach typu 3502C. Oscyloskop ten to model dwukanałowy, o częstotliwości maksymalnej analizowanych przebiegów równej 20MHz i wyposażony w ekran (lampa oscyloskopowa) o dużej jaskrawości. Czułość wzmacniaczy odchylania pionowego wynosi 5 mV/dz, a ich charakterystyka jest liniowa do częstotliwości 20 MHz . Maksymalna szybkośc odchylania poziomego oscyloskopu osiąga 0.2 μs/dz.

Cechami charakterystycznymi opisywanego modelu są:

- duża czułość i szerokie pasmo przenoszenia;

- niski pobór mocy;

- modulacja nasycenia obrazu;

- filtry impulsów synchronizacji sygnału wizyjnego (TV);

- filtry tłumiące zakłócenia w.cz. w obwodzie wyzwalania;

• zewnętrzny potencjometr kompensacji równoległości przebiegów;

• zasilacz mocy sieciowy ze stabilizacją napięć wyjściowych.

4. Tabela pomiarowa:

Wielkości:	Oscyloskop nr.1 (przebieg sinusoidalny)	Oscyloskop nr.2 (przebieg piłokształtny)	Oscyloskop nr.3 (przebieg prostokątny)
lx [dz]	3,1	3,8	2,5
c [V/dz]	5	2	5
U [V]	15,5	7,6	12,5
Δlx [dz]	0,05	0,05	0,05
<δ lx>	0,016	0,013	0,02
<δQ> [V]	0,046	0,043	0,05
Wynik [V]	(19,50 0,046)	(7,60 0,043)	(12,5 0,05)
T [μs]	210	240	160
f [kHz]	4,761	3,508	6,410
cs [μs/dz]	50	50	50
lx [dz]	4,2	4,8	3,2
Δlx [dz]	0,05	0,05	0,05
<δ lx>	0,012	0,010	0,016
<δQ> [kHz]	0,042	0,040	0,036
Wynik [kHz]	(4,761 0,042)	(3,508 0,040)	(6,410 0,036)

Opis powyższych wartości:

Ux - Wartość napięcia C - Stała. f - Częstotliwość. T - Okres. Δlx - Grubość linii. lx - Amplitudy. <δ lx> - Niepewność względna odczytu. <δl> - Całkowita względna niepewność.

5. Wzory i obliczenia:

Na dokładność pomiaru oscyloskopem składają się między innymi: błąd odczytu, błąd kalibracji, błąd liniowości wzmacniaczy odchylania poziomego i pionowego, błąd liniowości generatora podstawy czasu, błąd paralaksy itd. Zatem całkowitą względną niepewność pomiaru dowolnej wielkości Q (np. napięcia, czasu itd.) można zapisać w postaci poniższego wzoru:

gdzie:

- względna niepewność odczytu odległości,

- względna niepewność kalibracji,

- względna niepewność nieliniowości wzmacniaczy,

- względna niepewność nieliniowości generatora podstawy czasu.

- względna niepewność nieliniowości generatora podstawy czasu.

Sumę
możemy zapisać jako 3% co w zapisie da nam 0,03 które należy dodać do obliczonej względnej niepewności odczytu która z kolei obliczaliśmy z zależności :
gdzie < l_x > - grubość linii.

.

6. Pomiar czasu narastania:

Odczyt odległości pomiędzy osiągnięciem przez sygnał badany 0,1 wartości maksymalnej sygnału a 0,9 tego sygnału i przemnożenie przez wartość podstawy czasu. Aby uzyskać czytelny obraz fragmentu przebiegu dodatkowo częstotliwość sygnału badanego była pięciokrotnie wzmacniana .

1. podczas narastania :

l_x=0,8 działki c_s=0,2 μs

stąd T= l_x * c_s T=160 ns

<δ l_x>=0,05/0,8=0,0625

po uwzględnieniu 3% do niepewności i pięciokrotnego wzmocnienia otrzymujemy:

T=160/5=32 ns <δ l_x>=0,0625+0,03=0,0925 więc ΔT=T*<δ l_x>=2,96ns

Ostatecznie : T=(32
3)ns

2. podczas opadania :

l_x=0,4 działki c_s=0,2 μs

stąd T= l_x * c_s T=80 ns

<δ l_x>=0,05/0,4=0,0313

po uwzględnieniu 3% do niepewności i pięciokrotnego wzmocnienia otrzymujemy:

T=80/5=16 ns <δ l_x>=0,0313+0,03=0,0613 więc ΔT=T*<δ l_x>=0,98ns

Ostatecznie : T=(16
1)ns

7. Analiza i wnioski.

Ćwiczenie to zobrazowało nam dotychczasową wiedzę o pomiarach oscyloskopem. Teraz już wiemy skąd brały się nasze nieścisłości z wynikami w pomiarach tym urządzeniem na innych ćwiczeniach laboratoryjnych. Wiemy, że na błąd pomiaru składają się: względna niepewność - odczytu odległości, kalibracji, nieliniowości wzmacniaczy oraz nieliniowości generatora podstawy czasu. Zauważyliśmy, że istotne jest zniwelowanie błędu do jak najmniejszego rzędu, ponieważ choć oscyloskop jest dokładnym przyrządem, gdy zwróciliśmy uwagę na częstotliwość badanego sygnału różnica między wskazaniem generatora a naszym obliczeniem była naprawdę znaczna. Ponieważ wartość bezwzględnej niepewności odczytu
jest równa grubości linii
przebiegu ustawionego na ekranie oscyloskopu nasuwa się wniosek, że im cieńsza jest linia i im większa odległość l_x tym względna niepewność odczytu będzie mniejsza.

---