POLITECHNIKA WARSZAWSKA
WYDZIAŁ MECHATRONIKI
INSTYTUT METROLOGII I SYSTEMÓW POMIAROWYCH
ZAKŁAD SENSORÓW I SYSTEMÓW POMIAROWYCH
LABORATORIUM
Miernictwa Elektrycznego
studia inŜynierskie
Ć
wiczenie 7
Cyfrowe pomiary czasu i częstotliwości
Instrukcja wykonawcza
2
1 Uruchomienie i zapoznanie się z działaniem częstościomierza-czasomierza
liczącego 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 połoŜeniu, aŜeby kasowanie i wyzwalanie pomiarów następowało
szybko, ale wyniki były dostatecznie czytelne, lub w połoŜeniu ręczne kasowanie.
Przełącznikiem PODSTAWA CZASU wybrać czas pomiaru 1s a następnie sprawdzić, czy przyrząd
mierzy poprawnie częstotliwości od 10 Hz do 10MHz.
JeŜeli częstościomierz jest sprawny, to uzyskany wynik na wskaźniku cyfrowym powinien być
zgodny z nastawioną częstotliwością wzorcową z dokładnością ±1 na ostatnim miejscu wskaźnika.
2 Cyfrowy pomiar częstotliwości generatora
2.1 Układ pomiarowy
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 korzystając z wejścia B (f
x
= 0 ÷ 2 MHz) częstościomierza- czasomierza
cyfrowego. Pomiary naleŜy wykonać dla zadanych wartości częstotliwości generatora na wyjściu
sinusoidalnym. Wyniki pomiarów i obliczeń zanotować w tabelce. Mierzone przebiegi naleŜy
obserwować na ekranie oscyloskopu.
Pomiary wykonać w następujący sposób:
G.F.
WE B
Cz.C.
WE C
WE Y Os.
3
-
przełącznik WZORZEC ustawić w pozycji WEWN,
-
wcisnąć klawisz częstotliwość (FREQ. ) przełącznika FUNKCJA
-
zaleŜnie 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
-
zaleŜnie 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
Częstotliwość
generatora
f
x
Czas pomiaru
f
1
T
1
w
1
w
=
f
T
1
N
1
x
1
w
⋅
=
f
f
1
w
1
w
∆
f
f
x
x
∆
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:
)
f
f
+
f
T
1
(
)
f
f
+
N
1
(
=
f
f
1
w
1
w
x
1
w
1
w
1
w
x
x
∆
⋅
±
=
∆
±
∆
4
przy czym:
T
w1
- czas pomiaru; T
w1
= 1 s lub 10 s
f
f
1
w
1
w
∆
- dokładność generatora wzorcowego;
10
5
=
f
f
7
-
1
w
1
w
⋅
±
∆
f
x
- częstotliwość mierzona
3 Cyfrowy pomiar okresu przebiegów impulsowych
Schemat układu pomiarowego jak w p. 2.1.
NaleŜy dokonać pomiarów okresu T
x
przebiegów impulsowych prostokątnych z generatora
funkcji. Pomiary wykonać korzystając z wejścia B częstościomierza-czasomierza przy częstotliwości
wzorcowej f
w2
=10 MHz (T
w2
= 0,1 µs).
Pomiary wykonać w następujący sposób:
-
przełącznik WZORZEC ustawić w pozycji WEWN,
-
wcisnąć klawisz okres (PERIOD) przełącznika FUNKCJA
-
zaleŜnie od napięcia którego okres jest mierzony ustawić dzielnik B w pozycji 10V lub 100V
-
dołączyć do wejścia B napięcie którego okres jest mierzony,
-
przełącznik 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 się największą dokładność
odczytu wyniku pomiaru,
-
połoŜenie 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 naleŜy ustawić tak, aby mierzyć
okres jako odstęp czasu między bardziej stromymi zboczami.
Wyniki pomiarów oraz obliczeń zanotować w tabelce.
5
Dokładność pomiaru
Częstotliwość
generatora
Liczba
okresów
k
T
x
T
k
T
x
2
w
f
f
2
w
2
w
∆
T
T
x
x
∆
s
10 Hz
1
100 Hz
1
1 kHz
1
10 kHz
1
100 kHz
1
1 MHz
1
1 MHz
10
Dokładność pomiaru:
)
f
f
+
kT
T
(
)
f
f
+
N
1
(
=
T
T
2
w
2
w
x
2
w
2
w
2
w
x
x
∆
±
=
∆
±
∆
przy czym:
T
w2
- jednostka pomiarowa, T
w2
= 0,1 µs
k - liczba mierzonych okresów, k = 1 lub 10
f
f
2
w
2
w
∆
- dokładność generatora wzorcowego;
10
5
=
f
f
7
-
2
w
2
w
⋅
±
∆
T
x
- mierzony okres
4 Wykonać wykres zaleŜności 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 t
x+
oraz ujemnych t
x-
, 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 WEJŚCIE C.
Zbocze impulsu "start" i "stop" moŜe być narastające __/¯ ¯ lub opadające ¯ ¯ \__. JeŜeli impulsy
"start" i "stop" pochodzą ze wspólnego źródła, to doprowadza się je do gniazda WEJŚCIE B lub
WEJŚCIE C, a klawisz naleŜy wcisnąć (połączone). Przypadek ten odpowiada równieŜ pomiarowi
czasu trwania impulsu (zbocze narastające impulsu "start" i opadające impulsu "stop").
W celu dokonania pomiaru odstępu czasu naleŜy:
-
przełącznik WZORZEC ustawić w pozycji WEWN,
-
wcisnąć klawisz CZASOMIERZ (T.I. B→C),
-
ustawić DZIELNIK B i DZIELNIK C w zaleŜności od amplitudy impulsów "start" i "stop"
odpowiednio 10V lub 100V,
-
do gniazda WEJŚCIE B dołączyć źródło impulsu "start", a do gniazda WEJŚCIE C źródło
impulsu "stop". JeŜeli impulsy "start" i "stop" pochodzą z jednego źródła, to naleŜy je dołączyć do
wejścia B lub C i wcisnąć klawisz ┴,
-
przełączniki ZBOCZE ustawić w zaleŜności od tego, między którymi zboczami (narastającymi
__/¯ ¯ lub opadającymi ¯ ¯ \__ ) impulsu "start" i "stop" zawiera się mierzony odstęp czasu,
-
pokrętło POZIOM ustawić w pozycji AUTO jeŜeli szerokość impulsów "start" i "stop" nie
przekracza 50 ms. JeŜeli szerokość impulsów "start" i "stop" jest większa niŜ 50 ms, to naleŜy
regulować ręcznie poziom wyzwalenia,
-
przełącznik 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 się największą dokładność odczytu
wyniku pomiaru,
-
pokrętło CZAS ODCZYTU (DISPAY TIME) ustawić w połoŜeniu "∞" (ręczne kasowanie
wyniku pomiaru klawiszem - KASOWANIE lub ustawić wygodny dla mierzącego czas odczytu
(kasowanie automatyczne).
7
Wyniki pomiarów i obliczeń zanotować w tabeli.
f
x
= 1 kHz
Dokładność pomiaru
Współczynnik
wypełnienia
t
x+
t
x-
t
T
x
2
w
f
f
2
w
2
w
∆
t
t
x
x
∆
ms
ms
1/2
1/3
1/4
)
f
f
+
t
T
(
)
f
f
+
N
1
(
=
t
t
2
w
2
w
x
2
w
2
w
2
w
x
x
∆
±
=
∆
±
∆
5.2 Pomiar czasu opóźnienia pomiędzy dwoma impulsami
Układ pomiarowy
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 opóźnienia τ
x
pomiędzy odpowiednimi zboczami impulsów pojedynczych
podawanych z generatora impulsowego.
G.I.
WY
50Ω
Ω
Ω
Ω
WE B
Cz.C.
WE C
WE Y Os.
8
τ
1
τ
2
T
Rys.3
Uzyskać na ekranie oscyloskopu obraz jak na rysunku 3. Parametry impulsów nastawić następującymi
przełącznikami i pokrętłami. POJED.PODW. - przełącznik klawiszowy słuŜący do wybrania rodzaju
pracy generatora; generacji impulsów pojedynczych lub podwójnych,
CZĘSTOTLIWOŚĆ - przełączniki klawiszowe oraz potencjometr słuŜące do wybrania okresu
(częstotliwości) generowanych impulsów,
SZEROKOŚĆ - przełączniki klawiszowe oraz potencjometr słuŜące 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 opóźnienia 200 µs ÷ 2 ms
Nastawione na generatorze
Zmierzone
częstościomierzem-
czasomierzem
Zmierzone na
oscyloskopie
Częstotliwość
Szerokość impulsu
τ
1
τ
2
T
τ
1
τ
2
T
Hz
ms
ms
ms
ms
ms
ms
ms
500 Hz÷50 Hz
200 µs÷2 ms
Dokonać pomiaru czasu opóźnienia τ
x
pomiędzy odpowiednimi zboczami pary impulsów
podawanych z generatora impulsowego.
9
τ
1
τ
3
τ
2
τ
4
T
Rys.4.
Uzyskać na ekranie oscyloskopu obraz jak na rysunku 4. Wartość opóźnienia τ
2
nastawić
przełącznikiem klawiszowym i potencjometrem OPÓŹNIENIE.
Wyniki pomiarów zanotować w tabelce.
Zakres opóźnienia 200
µs ÷ 2 ms
Nastawione na
generatorze
Zmierzone częstościomierzem-
czasomierzem
Zmierzone na oscyloskopie
Częstotli-
wość
Szerokość
impulsów
τ
1
τ
2
τ
3
τ
4
T
τ
1
τ
2
τ
3
τ
4
T
Hz
ms
ms
ms
ms
ms
ms
ms
ms
ms
ms
ms
500 ÷ 50 Hz
200µs ÷
2ms
5.3 Pomiar czasu reakcji
Schemat układu pomiarowego
Rys.5.
Wykaz elementów
Cz.C. - częstościomierz-czasomierz cyfrowy typ PFL-20 lub KZ 2026A
Os. - oscyloskop typ DT-516A lub DT-525A
Cz.C.
WE B
Os
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 zauwaŜeniu startu świetlika ne ekranie oscyloskopu wciska klawisz ZBOCZE
współpracujący z wejściem WE C (wejście B i wejście C zwarte). Odczytać na czasomierzu czas
reakcji.
τ
r
= .......... ms