NO3 POM CZESTOTLI FAZY, LABMIER3, Damian grupa 2


Damian grupa 2

Centkowski

LABORATORIUM

PODSTAW MIERNICTWA

Ćwiczenie 3: Pomiar częstotliwości i fazy.

Pomiar częstotliwości metodą pomiaru okresu.

Aby dokonać tego pomiaru łączymy generator mocy PO-21 (z ustawioną częstotliwością równą 2 kHz) z oscyloskopem. Częstotliwość przebiegu obliczamy ze wzoru:

gdzie XT jest okresem przebiegu, a Dtx współczynnikiem podstawy czasu. Obie te wielkości możemy odczytać korzystając z oscyloskopu i podstawiając do powyższego wzoru mamy już gotowy wynik częstotliwości. Wyniki pomiarów dla obserwowanego przebiegu przedstawia poniższa tabela.

Tabela 1.

XT

cm

4,9

Dtx

ms/cm

0,1

fx

Hz

2040,82

δfx

%

2,04

Pomiar częstotliwości metodą figur Lissajous.

Obserwowaliśmy krzywe Lissajous dla częstotliwości generatora mocy od 200 do 800 Hz. Poniżej zostały przedstawione figury otrzymane dla 200 Hz (patrz rys.1) i 533 Hz (rys.2).

Rys.1. Rys.2.

Sama metoda krzywych Lissajous, służąca do pomiaru częstotliwości polega na podłączeniu do kanału X dodatkowego sygnału z zewnętrznego generatora wzorcowego. Następnie oblicza się liczbę przecięć Px prostej równoległej do osi X z krzywą uzyskaną na ekranie oscyloskopu, oraz liczbę przecięć Py z prostą równoległą do osi Y. Należy tutaj zwrócić uwagę, iż proste te nie powinny przechodzić przez węzły figur. Częstotliwość wyraża się wzorem:

gdzie fx - częstotliwość generatora wzorcowego.

W naszym przypadku dla pierwszego wykresu zachodzi: fx = 200 Hz, Px = 4, Py = 2, a stąd szukane fy = 400 Hz, co całkowicie zgadza się z częstotliwością przebiegu badanego, pochodzącego z generatora PW-12. Dla drugiego przypadku mamy: fx = 533 Hz, Px = 3, oraz Py = 4. Podstawiając to do wzoru otrzymujemy fy = 399,75 Hz, co jest bardzo dobrym przybliżeniem badanej częstotliwości.

Pomiar przesunięcia fazowego oscyloskopem dwukanałowym

Aby obliczyć przesunięcie fazowe oscyloskopem dwukanałowym należy skorzystać ze wzoru:

gdzie Xτ jest odległością pomiędzy przebiegami, a XT okresem sygnału. Wyniki pomiarów dla naszych przebiegów przedstawia tabela 2.

Tabela 2.

XT

cm

9,8

Xτ

cm

1,5

ϕ

o

55,1

δϕ

%

2,84

Względny błąd przesunięcia fazowego δϕ użyty powyżej jest stosunkiem Δϕ/ϕ.

Pomiar przesunięcia fazowego metodą figur Lissajous.

Metoda ta, podobnie jak metoda Lissajous do pomiaru częstotliwości wymaga dołączenia jednego przebiegu do kanału X. Wtedy na ekranie pojawia się obraz elipsy (patrz rys.3).

Rys.3.

Odczytując z ekranu długości odcinków 2Xm i 2X0 obliczamy przesunięcie fazowe korzystając ze wzoru:

Warto zaznaczyć, że dokładność pomiarów oscyloskopem nie jest zbyt duża. Jest ona jednak w wielu przypadkach dość wygodna i pozwala lepiej zobrazować pomiary. Wyniki pomiarów przedstawione zostały w tabeli 3.

Tabela 3.

2Xm

cm

8

2X0

cm

6,7

ϕ

o

± 56,8

δϕ

%

0,23

Podobnie, jak w poprzednim punkcie także i tutaj błąd względny jest stosunkiem Δϕ/ϕ. Wynik kąta przesunięcia fazowego uzyskany metodą Lissajous różni się nieco od wyniku uzyskanego poprzednią metodą. Rozbieżność ta może być spowodowana niedokładnym odczytem z ekranu oscyloskopu.

Obliczenie wartości teoretycznej kąta przesunięcia fazowego.

Aby teoretycznie obliczyć kąt przesunięcia fazowego należy skorzystać ze wzoru:

W naszym ćwiczeniu wartości z prawej strony równania wynoszą kolejno: f=1kHz, R=1kΩ, C=242nF. Podstawiając je otrzymujemy: tgϕ = -1,52 a stąd:

ϕ = -56o40'

Widać więc, że teoretyczny wynik kąta przesunięcia fazowego jest najbardziej zbliżony do wyniku otrzymanego metodą figur Lissajous i różni się tylko o 8 minut co sprawia, że względny błąd δϕ jest bardzo mały. Natomiast w porównaniu z metodą użytą w punkcie 4 różnica ta wynosi aż 1o34', przez co δϕ wynosi przeszło 2%.

6. Pomiar częstotliwości z ręcznym wyborem zakresu pomiarowego przy użyciu częstościomierza cyfrowego.

W zadaniu tym łączymy ze sobą częstościomierz i generator z ustawioną częstotliwością na 10 kHz. Następnie przełącznikiem ustawiamy czas pomiaru Tp od 1 ms do 100 s. Wskazania licznika przedstawia poniższa tabela:

Tabela 4.

Tp

s

10-3

10-2

10-1

1

10

100

stan licznika

00010

0010,0

009,98

09977

9976,1

987,25

jednostka

(kHz/Hz)

kHz

kHz

kHz

Hz

Hz

Hz

przepełnienie

(tak/nie)

nie

nie

nie

nie

nie

tak

fx

10 kHz

10 kHz

9,98 kHz

9,977 kHz

9,9761 kHz

9,98725 kHz

δdyskr.

%

10

1

0,1

0,01

0,001

0,0001

Jak widać przepełnienie licznika wystąpiło dopiero dla czasu 100 sekund, ale co za tym idzie wynik częstotliwości został dla tego przypadku podany z największą dokładnością. Błąd dyskretyzacji, który obliczmy ze wzoru:

gdzie Tp jest czasem otwarcia bramki, jest największy dla najmniejszego czasu zliczania (10%) i maleje w miarę zwiększania czasu Tp. Oczywiście wyniki błędu dyskretyzacji dla Tp > 10-2 zostały podane w pewnym przybliżeniu, gdyż kolejne liczby zajmują dalekie miejsca po przecinku i nie są znaczące.

Sprawdzenie automatycznego przełączania zakresów.

Tym razem - korzystając z układu pomiarowego jak wyżej - przełączamy wybór zakresu na automatyczny. Zwiększając stopniowo częstotliwość generatora od 10 kHz zaobserwowaliśmy moment automatycznej zmiany zakresu dla częstotliwości:

fgr = 80 kHz.

Pomiar minimalnego napięcia wejściowego.

Dla częstotliwości generatora 10 kHz zmniejszamy napięcie wyjściowe tegoż generatora od 1V w dół. Minimalna wartość napięcia potrzebna do prawidłowej pracy częstościomierza w naszym przypadku wyniosła:

Umin = 92 mV.

Cyfrowy pomiar stabilności częstotliwości drgań generatora RC.

Częstościomierz cyfrowy posiada ograniczoną pojemność licznika, co powoduje, iż przy określonych pomiarach powstaje błąd dyskretyzacji. Aby dokonać pomiaru z większą dokładnością należy odpowiednio dobrać czas otwarcia bramki i prowadzić pomiary z przepełnieniem licznika.

W ćwiczeniu tym łączymy generator (częstotliwość 100 kHz) z częstościomierzem. Najpierw tryb pracy ustawiamy na „AUTO”, a następnie w celu uniknięcia błędu dyskretyzacji czas pomiaru ustawiamy na 10 s, co pozwoli na pomiary z rozdzielczością 0,1 Hz.

Wskazania częstościomierza przedstawia tabela 5. Należy tu dodać, że poszczególne wyniki były odczytywane co 30 sekund, a druga seria była mierzona 14 minut po pierwszej.

Tabela 5.

Seria I

Seria II

Nr

fx [Hz]

fx [Hz]

1

100080

100020

2

100013,9

100013,8

3

100010,8

100008,7

4

100001,7

100004,2

5

99992,6

99999,5

6

99988,2

99997,8

czas rejestracji

14:06

14:20

Obliczymy teraz krótkoterminową niestabilność generatora dla obu serii pomiarów, oraz niestabilność długoterminową tego generatora.

a) niestabilność krótkoterminowa: wielkość tą obliczamy ze wzoru:

gdzie: fmax, fmin jest odpowiednio maksymalną i minimalną wartością częstotliwości w serii, a fnom jest nominalną wartością częstotliwości generatora. Podstawiając te wielkości otrzymujemy:

Tabela 6.

Seria I

Seria II

fmax [Hz]

100080

100020

fmin [Hz]

99988,2

99997,8

fnom [Hz]

100000

100000

Δf/f

0,000918

0,000222

b) niestabilność długoterminowa: można ją obliczyć korzystając ze wzoru:

gdzie: f1, f2 to średnie arytmetyczne wartości częstotliwości odpowiednio pierwszej i drugiej serii. Obliczenia wartości niestabilności długoterminowej przedstawione zostały w tabeli poniżej:

Tabela 7.

f1 [Hz]

100014,53

f2 [Hz]

100007,33

fnom [Hz]

100000

Δf/f

0,000072

Badanie przetwornika F/U multimetru M-4650.

Multimetry cyfrowe typu M-4650 mają możliwość pomiaru częstotliwości do 200 kHz. Pomiar ten opiera się na wykorzystaniu przetwornika F/U przetwarzającego częstotliwość przebiegu wejściowego na napięcie mierzone przez woltomierz wewnętrzny przyrządu, przy czym błąd pomiaru nie przekracza kilku procent.

Aby zbadać działanie przetwornika F/U zmieniamy kolejno częstotliwość na generatorze fg i odczytujemy wskazania częstościomierza PFL-30, oraz multimetru M-4650. Wskazanie częstościomierza jest częstotliwością wzorcową fwz , natomiast wskazanie multimetru częstotliwością szukaną fx. Wyniki pomiarów przedstawia tabela 8.

Tabela 8.

fg

fx (M-4650)

fwz (PFL-30)

δfx

kHz

kHz

kHz

%

10

10,00

9,984

0,16

20

20,01

19,969

0,2

50

49,95

49,911

0,07

80

79,99

79,973

0,02

100

100,01

99,95

0,06

120

120,21

119,91

0,25

140

140,88

139,89

0,7

160

161,31

159,86

0,9

180

181,72

179,83

1,04

195

194,05

194,69

-0,33

Poniżej znajduje się wykres w skali liniowo - logarytmicznej, przedstawiający zależność błędu pomiaru przetwornika F/U w zależności od częstotliwości.

Jak widać błąd pomiaru częstotliwości przy użyciu przetwornika F/U nie jest duży i waha się co do wartości bezwzględnej od 0,02 ÷ 1,04 %. Taka sytuacja pozwala na w miarę dokładne pomiary częstotliwości w zakresie do 200 kHz.

Damian Centkowski Pomiar częstotliwości i fazy.

6



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
NO3 POM CZESTOTLI FAZY, MAR3, LABORATORIUM PODSTAW MIERNICTWA
NO3 POM CZESTOTLI FAZY, po czesto i fazy tabele, Mierniki 3. Wst˙p.
NO3 POM CZESTOTLI FAZY, MR3 OPR, LABORATORIUM PODSTAW MIERNICTWA
3 pomiar czestotliwosci fazy c Nieznany
pom czestot, Informatyka, Podstawy miernictwa, Laboratorium
pom czestotliwosci, Porada Krzysztof POMIARY CZ˙STOTLIWO˙CI Politechnika wroc˙awska
Ćwiczenie 2 (Wstęp) Pomiar Czasu, Częstotliwości i Fazy
3. pomiar częstotliwości fazy, protokol cw3, Laboratorium Podstaw Miernictwa
Pomiar częstotliwości i fazy
NO6 RLC MOSTKI, LABMIER6, Damian grupa 2
3 pomiar czestotliwosci fazy c Nieznany
Pomiary częstotliwości i fazy Grzegorz Dys doc
grupa i fazy jej rozwoju, zarządzanie
Dieta zgodna z grupą krwi- 0, ZDROWIE A CZĘSTO ZYCIE, Diety
Grupa kilkudziesięciu pilotów cywilnych i wojskowych dokonała samodzielnej analizy ostatniej fazy lo
częstotl wyk okr badań i pom instal elektr
prąd zmienny malej czestotliwosci (2)
1 4 Fazy ZK

więcej podobnych podstron