POLITECHNIKA WARSZAWSKA
WYDZIAA
MECHATRONIKI
INSTYTUT METROLOGII I SYSTEMÓW POMIAROWYCH
ZAKA
AD SENSORÓW I SYSTEMÓW POMIAROWYCH
LABORATORIUM
Miernictwa Elektrycznego
studia in\
ynierskie
Ćwiczenie 7
Cyfrowe pomiary czasu i częstotliwości
Instrukcja wykonawcza
2
1 Uruchomienie i zapoznanie się z działaniem częstościomierza-czasomierza
liczÄ…cego KZ2026
Sprawdzenie przyrządu polega na pomiarze własnych częstotliwości wzorcowych.
Przełącznik WZORZEC ustawić w pozycji WEWN (INT) płyta tylna przyrządu. Pokrętło CZAS
ODCZYTU ustawić w takim poło\
eniu, a\
eby kasowanie i wyzwalanie pomiarów następowało
szybko, ale wyniki były dostatecznie czytelne, lub w poło\
eniu ręczne kasowanie.
Przełącznikiem PODSTAWA CZASU wybrać czas pomiaru 1s a następnie sprawdzić, czy przyrząd
mierzy poprawnie częstotliwości od 10 Hz do 10MHz.
Je\
eli częstościomierz jest sprawny, to uzyskany wynik na wskaz
niku cyfrowym powinien być
zgodny z nastawioną częstotliwością wzorcową z dokładnością ą1 na ostatnim miejscu wskaz
nika.
2 Cyfrowy pomiar częstotliwości generatora
2.1 Układ pomiarowy
WE B
Cz.C.
G.F.
WE C
WE Y Os.
Rys. 1
2.2 Wykaz elementów
G.F. - generator funkcji typ G 432 lub POF-1 lub KZ 1404
Os. - oscyloskop Tektronix typ 2230 lub DF 4320
Cz.C. - częstościomierz-czasomierz cyfrowy typ KZ 2026A
Dokonać pomiarów zadanych wartości częstotliwości generatora funkcji częstościomierzem
cyfrowym. Pomiary wykonać korzystajÄ…c z wejÅ›cia B (fx = 0 ÷ 2 MHz) czÄ™stoÅ›ciomierza- czasomierza
cyfrowego. Pomiary nale\
y wykonać dla zadanych wartości częstotliwości generatora na wyjściu
sinusoidalnym. Wyniki pomiarów i obliczeń zanotować w tabelce. Mierzone przebiegi nale\
y
obserwować na ekranie oscyloskopu.
Pomiary wykonać w następujący sposób:
3
- przełącznik WZORZEC ustawić w pozycji WEWN,
- wcisnąć klawisz częstotliwość (FREQ. ) przełącznika FUNKCJA
- zale\
nie od kształtu i częstotliwości mierzonego przebiegu wybrać:
pozycja A dla kształtu sinusoidalnego i częstotliwości 1 MHz  80 MHz albo pozycja B dla
dowolnych kształtów i częstotliwości 1 Hz  10MHz
- zale\
nie od napięcia ustawić dzielnik 10V lub 100V
- wybrać odpowiednią podstawe czasu (TIME BASE) 1s lub 10s
- dołączyć napięcie o mierzonej częstotliwości odpowiednio do wejścia A lub B
- pokrętłem czas odczytu (DISPLAY TIME) ustawić dogodny czas odczytu lub " - ręczne
kasowanie przyciskiem kasowanie (RESET)
Wyniki pomiarów zanotować w tabelce.
Dokładność pomiaru
Czas pomiaru
1 1
" "
Częstotliwość
f f
w 1 x
=
fx
1
N Å"fx w 1
generatora = T f
w1 f
x
T
w1
f
w1
Hz s
1 MHz 1
100 kHz 1
10 kHz 1
1 kHz 1
100 Hz 1
10 Hz 1
10 Hz 10
Dokładność pomiaru:
" 1 " 1 "
f x f w1 f w1
= Ä…( + ) = Ä…( + )
N
f x f w1 T Å" f f
w1 x w1
4
przy czym:
Tw1 - czas pomiaru; Tw1 = 1 s lub 10 s
" "
f w1 f w1
- dokÅ‚adność generatora wzorcowego; = Ä…5Å"10-7
f w1 f w1
fx - częstotliwość mierzona
3 Cyfrowy pomiar okresu przebiegów impulsowych
Schemat układu pomiarowego jak w p. 2.1.
Nale\
y dokonać pomiarów okresu Tx przebiegów impulsowych prostokątnych z generatora
funkcji. Pomiary wykonać korzystając z wejścia B częstościomierza-czasomierza przy częstotliwości
wzorcowej fw2=10 MHz (Tw2 = 0,1 µs).
Pomiary wykonać w następujący sposób:
- przełącznik WZORZEC ustawić w pozycji WEWN,
- wcisnąć klawisz okres (PERIOD) przełącznika FUNKCJA
- zale\
nie od napięcia którego okres jest mierzony ustawić dzielnik B w pozycji 10V lub 100V
- dołączyć do wejścia B napięcie którego okres jest mierzony,
- przeÅ‚Ä…cznik k okresów (n PERIOD) ustawić w pozycji 1 (0,1 µs) lub 10; ustawienie w pozycji
0,1 µs (10 MHz) odpowiada jednostce przy której uzyskuje siÄ™ najwiÄ™kszÄ… dokÅ‚adność
odczytu wyniku pomiaru,
- poło\
enie klawisza przełącznika zbocza dowolne przy pomiarze przebiegów sinusoidalnych ,
dla przy pomiarze przebiegów impulsowych ustawić tak aby mierzyć okres między bardziej
stabilnymi zboczami,
- pokrętłem czas odczytu (DISPLAY TIME) ustawić dogodny czas odczytu lub " - ręczne
kasowanie przyciskiem kasowanie (RESET)
- pokrętło poziom (LEVEL) ustawić na auto
Przy pomiarze okresu przebiegów impulsowych klawisz ZBOCZE nale\
y ustawić tak, aby mierzyć
okres jako odstęp czasu między bardziej stromymi zboczami.
Wyniki pomiarów oraz obliczeń zanotować w tabelce.
5
Dokładność pomiaru
Liczba
" "
Częstotliwość
T f T
w 2 w 2 x
Tx
okresów
k
f
generatora T w 2 T
x x
k
s
10 Hz 1
100 Hz 1
1 kHz 1
10 kHz 1
100 kHz 1
1 MHz 1
1 MHz 10
Dokładność pomiaru:
" 1 " "
T f w 2 f w 2
x
= Ä…( + ) = Ä…(Tw 2 + )
N
T f w 2 kT f
x x w 2
przy czym:
Tw2 - jednostka pomiarowa, Tw2 = 0,1 µs
k - liczba mierzonych okresów, k = 1 lub 10
" "
f w 2 f w 2
- dokÅ‚adność generatora wzorcowego; = Ä…5 Å"10-7
f w 2 f w 2
Tx - mierzony okres
4 Wykonać wykres zale\
ności błędu zliczania w funkcji mierzonej
częstotliwości (skala logarytmiczna) w cyfrowym pomiarze częstotliwości
metodą bezpośrednią i pośrednią; odpowiednio pomiar częstotliwości lub
okresu.
6
5 Cyfrowy pomiar odstępu czasu
5.1 Pomiar szerokości impulsów
Schemat układu pomiarowego jak w p. 2.1. zastosować generator funkcji typ POF-1 lub KZ 1404.
Ustawić przy pomocy oscyloskopu współczynnik wypełnienia równy 1/2, 1/3, 1/4 fali prostokątnej o
częstotliwości f = 1 kHz, podawanej z generatora funkcji. Dokonać pomiaru szerokości impulsów
dodatnich tx+ oraz ujemnych tx- , czasomierzem cyfrowym. Badane przebiegi obserwować na
oscyloskopie.
Przyrząd mierzy odstęp czasu między zboczem impulsu "start" podanym na WEJŚCIE B a
zboczem impulsu "stop" podanym na WEJÅšCIE C.
Zbocze impulsu "start" i "stop" mo\
e być narastające __/Ż Ż lub opadające Ż Ż \__. Je\
eli impulsy
"start" i "stop" pochodzą ze wspólnego z
ródła, to doprowadza się je do gniazda WEJŚCIE B lub
WEJÅšCIE C, a klawisz nale\
y wcisnąć (połączone). Przypadek ten odpowiada równie\
pomiarowi
czasu trwania impulsu (zbocze narastajÄ…ce impulsu "start" i opadajÄ…ce impulsu "stop").
W celu dokonania pomiaru odstępu czasu nale\
y:
- przełącznik WZORZEC ustawić w pozycji WEWN,
- wcisnąć klawisz CZASOMIERZ (T.I. BC),
- ustawić DZIELNIK B i DZIELNIK C w zale\
ności od amplitudy impulsów "start" i "stop"
odpowiednio 10V lub 100V,
- do gniazda WEJŚCIE B dołączyć z
ródło impulsu "start", a do gniazda WEJŚCIE C z
ródło
impulsu "stop". Je\
eli impulsy "start" i "stop" pochodzÄ… z jednego z
ródła, to nale\
y je dołączyć do
wejścia B lub C i wcisnąć klawisz 4%,
- przełączniki ZBOCZE ustawić w zale\
ności od tego, między którymi zboczami (narastającymi
__/Ż Ż lub opadającymi Ż Ż \__ ) impulsu "start" i "stop" zawiera się mierzony odstęp czasu,
- pokrętło POZIOM ustawić w pozycji AUTO je\
eli szerokość impulsów "start" i "stop" nie
przekracza 50 ms. Je\
eli szerokość impulsów "start" i "stop" jest większa ni\
50 ms, to nale\
y
regulować ręcznie poziom wyzwalenia,
- przeÅ‚Ä…cznik k okresów (n PERIOD) ustawić w pozycji 1 (0,1 µs) lub 10; ustawienie w pozycji 0,1
µs (10 MHz) odpowiada jednostce przy której uzyskuje siÄ™ najwiÄ™kszÄ… dokÅ‚adność odczytu
wyniku pomiaru,
- pokrętło CZAS ODCZYTU (DISPAY TIME) ustawić w poło\
eniu """ (ręczne kasowanie
wyniku pomiaru klawiszem - KASOWANIE lub ustawić wygodny dla mierzącego czas odczytu
(kasowanie automatyczne).
7
Wyniki pomiarów i obliczeń zanotować w tabeli.
fx = 1 kHz
Dokładność pomiaru
Współczynnik
tx-
tx+ " "
f
T w 2 t
w 2 x
wypełnienia
f
w 2
t t
x x
ms ms
1/2
1/3
1/4
" 1 " "
t f w2 f w 2
x
= Ä…( + ) = Ä…(Tw2+ )
N
t f w 2 x w 2
t f
x
5.2 Pomiar czasu opóz
nienia pomiędzy dwoma impulsami
Układ pomiarowy
WE B
Cz.C.
G.I.
WE C
WY
50&! WE Y Os.
&!
&!
&!
Rys.2
Wykaz elementów
G.I. - generator impulsowy typ PGP-7 lub PGP-5
Os. - oscyloskop typ DF 4320 lub DT-525A
Cz.C. - częstościomierz-czasomierz cyfrowy typ PFL-20 lub KZ 2026A
Dokonać pomiaru opóz
nienia Äx pomiÄ™dzy odpowiednimi zboczami impulsów pojedynczych
podawanych z generatora impulsowego.
8
Ä1
Ä2
T
Rys.3
Uzyskać na ekranie oscyloskopu obraz jak na rysunku 3. Parametry impulsów nastawić następującymi
przełącznikami i pokrętłami. POJED.PODW. - przełącznik klawiszowy słu\
Ä…cy do wybrania rodzaju
pracy generatora; generacji impulsów pojedynczych lub podwójnych,
CZ
STOTLIWOŚĆ - przełączniki klawiszowe oraz potencjometr słu\
Ä…ce do wybrania okresu
(częstotliwości) generowanych impulsów,
SZEROKOŚĆ - przełączniki klawiszowe oraz potencjometr słu\
ące do wybrania szerokości
impulsów,
NORM.ODWR. - przełącznik klawiszowy. Przy wciśnięciu klawisza oznaczonego NORM.
szerokość impulsów głównych na wyjściu generatora określona jest ustawieniem elementów
regulujących SZEROKOŚĆ natomiast przy wciśnięciu klawisza oznaczonego ODWR. na wyjściach
generatora pojawią się impulsy o czasie trwania przerwy równym szerokości ustawionej za pomocą
elementów regulujących SZEROKOŚĆ.
Wyniki pomiarów zanotować w tabelce.
Zakres opóz
nienia 200 µs ÷ 2 ms
Zmierzone
Zmierzone na
Nastawione na generatorze częstościomierzem-
oscyloskopie
czasomierzem
Częstotliwość Szerokość impulsu T T
Ä1 Ä2 Ä1 Ä2
Hz ms ms ms ms ms ms ms
500 Hz÷50 Hz 200 µs÷2 ms
Dokonać pomiaru czasu opóz
nienia Äx pomiÄ™dzy odpowiednimi zboczami pary impulsów
podawanych z generatora impulsowego.
9
Ä1 Ä3
Ä2 Ä4
T
Rys.4.
Uzyskać na ekranie oscyloskopu obraz jak na rysunku 4. Wartość opóz
nienia Ä2 nastawić
przełącznikiem klawiszowym i potencjometrem OPÓy
NIENIE.
Wyniki pomiarów zanotować w tabelce.
Zakres opóz
nienia 200 µs ÷ 2 ms
Nastawione na Zmierzone częstościomierzem-
Zmierzone na oscyloskopie
generatorze czasomierzem
Częstotli- Szerokość
Ä1 Ä2 Ä3 Ä4 T Ä1 Ä2 Ä3 Ä4 T
wość impulsów
Hz ms ms ms ms ms ms ms ms ms ms ms
200µs ÷
500 ÷ 50 Hz
2ms
5.3 Pomiar czasu reakcji
Schemat układu pomiarowego
Cz.C.
Os
WE B
Rys.5.
Wykaz elementów
Cz.C. - częstościomierz-czasomierz cyfrowy typ PFL-20 lub KZ 2026A
Os. - oscyloskop typ DT-516A lub DT-525A
10
Częstościomierz-czasomierz nastawić w pozycji pracy CZASOMIERZ. Na WE B
częstościomierza-czasomierza z odpowiedniego wyjścia oscyloskopu podać impuls prostokątny,
którego przednie zbocze odpowiada startowi podstawy czasu (a więc i startowi świetlika na ekranie).
Zbocze impulsu start (WE B) w pozycji narastającej. Wyzwolić w oscyloskopie przyciskiem 1 RAZ
jednokrotną podstawę czasu (pokrętło czas/cm w pozycji 0,1 s/cm). Osoba, której mierzymy czas
reakcji po zauwa\
eniu startu świetlika ne ekranie oscyloskopu wciska klawisz ZBOCZE
współpracujący z wejściem WE C (wejście B i wejście C zwarte). Odczytać na czasomierzu czas
reakcji.
Är = .......... ms