Cel ćwiczenia

Ćwiczenie ma na celu zapoznanie się z metodami pomiaru i wyznaczania podstawowych parametrów sygnałów zmiennych w czasie.

Aparatura

1. Oscyloskop cyfrowy RIGOL DS1052E.

2. Generator cyfrowy DDS DF1410.

3. Karta pomiarowa ADVANTECH USB4711

4. Multimetr RIGOL DM3051

Oprogramowanie

1. Program DATA4711 do obsługi karty pomiarowej USB4711.

2. Program do obsługi oscyloskopu ULTRASCOPE FOR DS1000E.

3. Program do generowania przebiegów sinusoidalnych AUDIOGENERATOR.

4. Arkusz kalkulacyjny z pakietu Office do przetwarzania danych z przyrządów pomiarowych.

Schematy

Opis podłączeń przetwornika RMS/DC AD637

Przebieg wykonywanych czynności i przedstawienie danych.

Przystępujemy do wyznaczenia wartości skutecznej X_RMS i X_AVG sygnału za pomocą trzech następujący metod :

1. Funkcja pomiaru automatycznego w oscyloskopie.

2. Pomiar z zastosowaniem multimetrów.

3. Pomiar z zastosowaniem scalonego przetwornika RMS/DC AD637.

4. Pomiar z zastosowaniem karty pomiarowej.

Dla wszystkich przeprowadzonych metod zostały ustawione te same wartości V_PP=5,55 V i f=444,44 Hz na generatorze.

Metoda A

Wyznaczamy wartość skuteczną i średnią za pomocą funkcji pomiaru automatycznego oscyloskopu dla pięciu przebiegów testowych ustawianych na generatorze :

• Przebieg sinusoidalny(SIN)

• Przebieg sinusoidalny wyprostowany dwupołówkowo (SIN 2P)

• Przebieg sinusoidalny wyprostowany jednopołówkowo (SIN 1P)

• Przebieg trójkątny (TR)

• Przebieg prostokątny (PR)

Odczytane dane przedstawiamy w tabeli 1.

Tabela 1.

Typ przebiegu	VAMP	VPP	f	VRMS	VAVG
-	V	V	Hz	V	mV
SIN	5,55	5,55	444,44	1,93	44,6
SIN 2P	2,82	5,55	444,44	2,06	1840
SIN 1P	2,8	5,55	444,44	1,45	86
TR	5,62	5,55	444,44	1,71	-73,5
PR	5,52	5,55	444,44	2,76	71,6

Metoda B

Wyznaczamy wartość skuteczną i częstotliwość za pomocą multimetrów RIGOL i METEX dla tych samych przebiegów testowych co w metodzie A. Odczytane dane przedstawia tabela 2.

Tabela 2.

Typ przebiegu	VRMS (RIGOL DM3051)	f (RIGOL DM3051)	VRMS (METEX 3270D)	f (METEX 3270D)
-	V	HZ	V	Hz
SIN	1,9759	444,44	1,978	444
SIN 2P	0,8626	888,9	0,823	880
SIN 1P	1,0823	444,44	0,966	444
TR	1,6276	444,44	1,567	444
PR	2,743	444,44	2,988	444

Metoda C

Wyznaczamy wartość skuteczną korzystając ze scalonego przetwornika RMS/DC AD637 oraz funkcji pomiaru napięcia stałego w multimetrach RIGOL DM3051 dla tych samych przebiegów testowych co w metodzie A natomiast wartość V_RMS obliczamy z niżej podanego wzoru. Wyniki pomiarów i obliczenia przedstawia tabela 3.

Tabela 3

	VRMS (RIGOL DM3051)	VRMS
Typ przebiegu	V	dBV
SIN	1,95548	5,825068
SIN 2P	2,06325	6,291037
SIN 1P	1,44638	3,205648
TR	1,60965	4,134629
PR	2,71655	8,680354

Przykładowe obliczenia :

Metoda D

Wyznaczamy wartość skuteczną i średnie sygnałów korzystając z karty sygnałowej oraz funkcji arkuszu kalkulacyjnego Excel dla tych samych przebiegów testowych co w metodzie A, oraz wyliczamy współczynnik kształtu i współczynnik szczytu. Wyniki obliczenia przedstawia tabela 4.

Tabela 4

Typ przebiegu	VRMS	VAVG	VMAX	kk	ks
-	V	V	V	-	-
SIN	1,981701	1,78823	2,810059	1,11	1,42
SIN 2P	2,049508	1,85612	2,885742	1,10	1,41
SIN 1P	1,441404	0,95226	2,866211	1,51	1,99
TR	1,635837	1,41669	2,861328	1,15	1,75
PR	2,740693	2,74065	2,768555	1,00	1,01

Wartości V_RMS i V_AVG obliczamy za pomocą arkusza kalkulującego Excel z następujących wzorów.

Przykładowe obliczenia wartości k_k i k_s.

W następnym kroku zestawiamy winki pomiarów i obliczeń wartości skutecznej przebiegów wszystkimi metodami, oraz obliczamy błąd względny pomiaru wartości skutecznej sygnału. Zestawienie wyników tabela 5.

Tabela 5

	Metoda A	Metoda B	Metoda C	Metoda D
	Przebieg: SIN
VRMS [V]	1,930	1,976	1,955	1,982
δVRMS [%]	1,730	1,795	1,766	1,803
	Przebieg: SIN 2P
VRMS [V]	2,060	0,863	2,063	2,050
δVRMS [%]	1,914	0,220	1,918	1,899
	Przebieg: SIN 1P
VRMS [V]	1,450	1,082	1,446	1,441
δVRMS [%]	1,900	1,165	1,893	1,883
	Przebieg: TR
VRMS [V]	1,710	1,628	1,610	1,636
δVRMS [%]	1,964	1,821	1,790	1,835
	Przebieg: PR
VRMS [V]	2,760	2,743	2,717	2,741
δVRMS [%]	1,760	1,743	1,717	1,741

Przykładowe obliczenia błędu względnego wartości skutecznej.

Wnioski i uwagi :

Z przeprowadzonych pomiarów i obliczeń możemy wywnioskować iż metoda B okazała się najbardziej dokładna przy określaniu wartości skutecznej sygnału co wiąże się z tym, że urządzenia wykorzystywane w danej metodzie maja największą dokładność.
Porównując wartości współczynnika kształtu i współczynnika szczytu do wartości tablicowych zauważamy, że różnią się one nie znacznie co świadczy o dobrej poprawności wykonanych obliczeń i pomiarów.
Porównując wyniki wartości skutecznej określonej różnymi metodami możemy zauważyć że otrzymane wyniki odbiegają nieznacznie od siebie. Przyczyną rozrzutu wartości skutecznej otrzymywanej z różnych metod jest różna dokładność przyrządów pomiarowych wykorzystywanych w danej metodzie.