Ćwiczenie 1/III

Podstawowe pomiary za pomocą oscyloskopu.

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie uczniów z zasadami i praktycznym przeprowadzaniem pomiarów podstawowych wielkości elektrycznych za pomocą oscyloskopu z uwzględnieniem ich opracowania i możliwości wykorzystania.

Po zrealizowaniu ćwiczenia uczeń powinien:

• znać zasady budowy i działania oscyloskopów oraz ich możliwości wykorzystania /P/;

• znać zasady przeprowadzania pomiarów okresu, częstotliwości, przesunięcia fazowego i podstawowych parametrów przebiegów impulsowych z wykorzystaniem właściwych sond pomiarowych za pomocą oscyloskopu oraz umieć je praktycznie wykonać /P/;

• umieć porównać zalety i wady poznanych metod pomiarowych oraz wybrać optymalną metodę pomiarów w zależności od potrzeb /P+PP/;

• opracować dokumentację techniczną z przeprowadzonych pomiarów z uwzględnieniem oceny ich jakości popartej dyskusją błędów /P+PP/;

• przestrzegać przepisów bhp w trakcie pomiarów zarówno podczas pracy indywidualnej, jak i zespołowej /P+PP/.

2. Wykaz przyrządów i ich dane techniczne.

O - oscyloskop dwukanałowy, typ ………………, nr fabryczny …………….;

G - generator napięć zmiennych, typ ……………, nr fabryczny ...………….;

G - generator napięć zmiennych, typ ……………, nr fabryczny ...………….;

MC - multimetr cyfrowy, typ …………………, nr fabryczny ...………….;

PF - przesuwnik fazowy, typ …………………, nr fabryczny ...………….;

Zestaw sond pomiarowych i przewodów łączeniowych.

3. Zakres ćwiczenia.

3.1 Przeprowadzić pomiary okresów i częstotliwości napięć zmiennych oraz porównać je z wartościami zmierzonymi częstościomierzem cyfrowym. Narysować oscylogram jednego ze zmierzonych napięć z oznaczeniem jego charakterystycznych parametrów.

L.p.	Uss	Sx	Ax	T	f	fc	∆f	ၤf%
		V	….s/dz	dz	…..s	….Hz	….Hz	….Hz	%
1.
2.
3.
4.
5.
6.

U_ss = S_y·A_y [ V] - napięcie międzyszczytowe zmierzone oscyloskopem;

gdzie: S_y[ V/dz] - czułość napięciowa (toru Y) oscyloskopu,

A_y[dz] - liczba zmierzonych działek (w osi Y) na ekranie oscyloskopu;

T = S_x·A_x […s] - okres napięcia zmiennego zmierzony oscyloskopem;

gdzie: S_x[…s/dz] - czułość podstawy czasu (toru X) oscyloskopu,

A_x[dz] - liczba zmierzonych działek (w osi X) na ekranie oscyloskopu;

f = 1/T[…Hz] - częstotliwość przebiegu wyznaczona z pomiarów oscyloskopem;

f_c[…Hz] - częstotliwość przebiegu zmierzona częstościomierzem;

∆f = f - f_c[…Hz] - bezwzględny uchyb pomiaru częstotliwości;

ၤf_% = (∆f/f_c) ·100[%] - względny uchyb pomiaru częstotliwości;

S_x = …………... […s/dz]

A_x = …………... [dz]

T = …………… […s]

f = …………… […Hz]

S_y = ……………[V/dz]

A_y = ………….... [dz]

U_ss = ……………[V_ss]

Tp …… - tryb pracy oscyl.

3.2. Przeprowadzić pomiary częstotliwości napięć zmiennych metodą figur Lissajou's oraz porównać je z wartościami zmierzonymi częstościomierzem cyfrowym. Narysować oscylogram dla wybranego pomiaru z oznaczeniem jego charakterystycznych parametrów.

L.p.	fn	p	q	fx	fc	∆f	δf%
				Hz			Hz			%
1.
2.
3.
4.
5.

f_x = f_n·p/q [Hz] - częstotliwość mierzona;

gdzie: f_n[Hz] - częstotliwość wzorcowa;

p - liczba przecięć figury Lissajou's z osią y;

q - liczba przecięć figury Lissajou's z osią x;

∆f = ( f_x - f_c)[Hz] - błąd bezwzględny pomiaru częstotliwości;

gdzie: f_c[Hz] - częstotliwość zmierzona miernikiem cyfrowym;

ၤf_% = (∆f/f_c) ·100% - błąd względny pomiaru częstotliwości;

S_yI = …………… [V/dz]

S_yII = …………... [V/dz]

f_n = …………….. [Hz]

p = ………………

q = ……………...

f_x = …………….. [Hz]

Tp …… - tryb pracy oscyl.

3.3. Przeprowadzić pomiary przesunięć fazowych napięć zmiennych za pomocą oscyloskopu 2-kanałowego. Narysować oscylogram dla wybranego pomiaru z oznaczeniem jego charakterystycznych parametrów.

L.p.	Sx	Ax	AT	ϕ
		s/dz	dz	dz	°
1.
2.
3.
4.
5.
6.

ၪ = (A_x/A_T)·360[°] - kąt przesunięcia fazowego dwóch przebiegów sinusoidalnych;

gdzie: A_x[dz] - wzajemne przesunięcie dwóch przebiegów sinusoidalnych;

A_T[dz] - liczba działek przypadających na okres przebiegów sinusoidalnych;

S_x = ………….. [… s/dz]

A_x = …………..[dz]

A_T = …………..[dz]

T = ……………[… s]

ϕ = …………...[°]

Tp …… - tryb pracy oscyl.

3.4. Przeprowadzić pomiary przesunięć fazowych napięć sinusoidalnych metodą figur Lissajou's oraz porównać je z wartościami zmierzonymi w punkcie 3.3. Narysować oscylogram dla wybranego pomiaru z oznaczeniem jego charakterystycznych parametrów.

L.p.	a	b	sin ၪ	ၪ
		dz		dz		°
1.
2.
3.
4.

a = ……………[dz]

b = …………... [dz]

ၪ = ………….. [°]

Tp …… - tryb pracy oscyl.

ၪ = arc sin(a/b) [°] - kąt przesunięcia fazowego dwóch przebiegów sinusoidalnych;

gdzie: a,b[dz] - długości rzutów osi elipsy na oś y.

4. Zagadnienia do samodzielnego opracowania.

Poziom podstawowy /P/.

1. Podaj przykłady obliczeń wielkości z tabelek.

2. Wyjaśnij metody pomiarów częstotliwości za pomocą oscyloskopu i częstościomierza oraz porównaj ich wady i zalety.

3. Wyjaśnij metody pomiarów kąta przesunięcia fazowego za pomocą oscyloskopu oraz porównaj ich wady i zalety.

4. Przeprowadź dyskusję dokładności pomiarów częstotliwości i kąta przesunięcia fazowego za pomocą oscyloskopu.

Poziom ponadpodstawowy /PP/.

5. Korzystając z literatury technicznej oraz zasobów Internetu porównaj najważniejsze cechy oscyloskopów analogowych i cyfrowych.

6. Narysuj schematy blokowe częstościomierza cyfrowego i miernika przesunięcia fazowego oraz wyjaśnij ich ogólną zasadę działania.

Opracował: mgr inż. Sylwester Grabowski

5