Politechnika Rzeszowska
Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Metrologia – laboratorium
Grupa
Data
Nr ćwiczenia
Pomiary oscyloskopowe
Oscilloscope measurements
8
Student
…………………………… Zaliczenie
I. Cel
ćwiczenia.
Celem ćwiczenia jest poznanie zasady działania, obsługi i podstawowych zastosowań pomiarowych
oscyloskopu analogowego.
II. Zagadnienia.
1.
Budowa, zasada działania i obsługa oscyloskopu analogowego.
2.
Zasada pomiaru parametrów napięciowych i czasowych przebiegu okresowego.
III. Literatura.
1.
Chwaleba A.: Metrologia elektryczna, Warszawa: WNT, 2010.
2. Tumański S.: Technika pomiarowa, Warszawa: WNT, 2007.
3. Parchański J.: Miernictwo elektryczne i elektroniczne, Warszawa: WSiP, 1997.
4.
Rydzewski J.: Pomiary oscyloskopowe, Warszawa: WNT, 1995.
IV. Efekty
kształcenia.
Po
zakończeniu ćwiczenia 8 student:
- definiuje menzurand
- szkicuje schemat układu pomiarowego
- przygotowuje oscyloskop analogowy do pracy
- nastawia napięcie o zadanych parametrach napięciowych i czasowych
- odczytuje wskazania oscyloskopu
- wyznacza parametry napięciowe i czasowe sygnału
- wyznacza granice błędu przyrządu pomiarowego
- oblicza impedancję wejściową oscyloskopu
- oblicza błąd metody pomiarowej
- zapisuje i interpretuje wynik pomiaru
- wykonuje proste obliczenia w notacji inżynierskiej
Wyniki, których wartości liczbowe należy zapisać z trzema cyframi znaczącymi a następnie
zaokrąglić do jednej lub do dwóch cyfr znaczących, oznaczone są w sprawozdaniach gwiazdką (*).
Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Metrologia – laboratorium. ET-DI-2, r. ak. 2014/15
ćw. 8 / str. 2
V. Program
ćwiczenia.
1. Zadanie
pomiarowe.
Do
wejścia oscyloskopu podłączyć przewód ekranowany koncentryczny (koaksialny – COAXial)
zakończony obustronnie wtykami BNC. Następnie podłączyć generator funkcyjny.
Nastawić
na generatorze symetryczny sygnał trójkątny o wartościach: skuteczna składowej
przemiennej napięcia ok. 1 V, składowa stała napięcia ok. +2 V, częstotliwość ok. 400 kHz.
Poznać
wartość szczytową (amplitudę) U
max
w stanie jałowym pracy generatora (Z
obc
=
∞),
pozyskując informację o przedmiocie poznania za pomocą oscyloskopu – metodą bezpośrednią.
2.
Nastawienie wymaganych parametrów napięcia z generatora.
Napięcie:
=
U
⇒
=
ss
U
Dla
=
y
C
=
y
l
=
DC
U
⇒
( )
=
t
u
∆
Dla
=
y
C
=
y
l
Okres:
=
=
f
T
1
Dla
=
x
C
=
x
l
3.
Wyniki pomiarów i obliczeń.
MENZURAND
Przedmiotem poznania jest
Model matematyczny wyniku pomiaru
:
met
instr
wsk
AB
max
∆
∆
−
−
=
=
U
U
U
Schemat układu i wygląd ekranu oscyloskopu przygotowanego do pomiaru parametrów sygnału.
Rys. 1a. Schemat układu pomiarowego (zaznaczyć: co widzę, co mierzę, co chcę poznać).
Rys. 1b. Przebieg napięcia na ekranie oscyloskopu – z uwzględnieniem poziomu U = 0.
Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Metrologia – laboratorium. ET-DI-2, r. ak. 2014/15
ćw. 8 / str. 3
WSKAZANIE
Współczynnik (stała) odchylania pionowego:
=
y
C
Długość odcinka proporcjonalnego do
ss
U :
=
y
l
Wartość międzyszczytowa napięcia:
=
⋅
=
y
y
ss
C
l
U
Wskazana wartość szczytowa
:
=
=
ss
wsk
U
U
2
1
C Z Y T O , C O Z O B A C Z Y Ł E M J E S T D O K Ł A D N I E T Y M , C O M I E R Z Y Ł E M ?
NIEPEWNOŚĆ POMIARU
Błąd instrumentalny pomiaru:
m
wsk
instr
U
U
−
=
∆
Deklaracja dokładności oscyloskopu (w osi Y):
=
Y
m
* Wartości MDB pomiaru amplitudy:
=
⋅
±
=
wsk
Y
U
m
MPE
100
Przedział wartości błędu instrumentalnego:
∈
+
−
∈
instr
instr
;
∆
∆
MPE
MPE
Przedział mierzonej wartości szczytowej
:
∈
+
−
∈
m
wsk
wsk
m
;
U
MPE
U
MPE
U
U
–
wynik pomiaru
.
* Względna niepewność pomiaru:
=
±
=
⋅
=
Y
wsk
rel
100
m
U
MPE
MPE
C Z Y T O , C O Z M I E R Z Y Ł E M J E S T T Y M , C O C H C I A Ł E M P O Z N A Ć ?
BŁĄD METODY POMIAROWEJ
Błąd metody pomiaru napięcia:
max
U
U
−
=
m
met
∆
Impedancja wewnętrzna źródła napięcia:
=
źr
Z
Rezystancja i pojemność wejściowa oscyloskopu oraz przewodu:
=
V
R
=
V
C
=
w
C
Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Metrologia – laboratorium. ET-DI-2, r. ak. 2014/15
ćw. 8 / str. 4
Impedancja wejściowa oscyloskopu:
( )
(
)
(
)
=
+
+
⋅
⋅
⋅
⋅
=
=
1
π
2
2
w
V
V
V
V
V
V
C
C
R
f
R
X
||
R
f
Z
Błąd metody pomiarowej
:
=
−
=
wsk
V
źr
met
U
Z
Z
∆
Wartość poprawki metody:
=
−
=
met
met
∆
p
SKORYGOWANY WYNIK POMIARU
Skorygowany wynik pomiaru
:
∈
+
=
max
met
m
max
U
p
U
U
Interpretacja metrologiczna wyniku pomiaru
: Przedział wartości
〈 ; 〉 ......
obejmuje na pewno punkt U
max
, będący prawdziwą wartością zdefiniowanego menzurandu.
Naszkicować sytuację pomiarową, uwzględniając U
wsk
, U
m
, U
max
.
* Względna niepewność pomiaru:
=
⋅
+
−
±
=
⋅
±
=
100
100
d
g
d
g
śr
gr
gr
U
U
U
U
U
∆
δ
* Względna poprawność pomiaru:
=
⋅
+
⋅
=
⋅
=
100
2
100
d
g
met
śr
met
met
U
U
U
∆
∆
δ
..... , .....
Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Metrologia – laboratorium. ET-DI-2, r. ak. 2014/15
ćw. 8 / str. 5
Zadanie dodatkowe
Oszacować
wartość napięcia stałego U na rezystancji R
3
w stanie jałowym (R
obc
=
∞), pozyskując
informację o przedmiocie poznania za pomocą oscyloskopu analogowego – metodą bezpośrednią.
Wykorzystać dwukanałowy tryb pracy (MODE: DUAL).
Wskazywana wartość napięcia:
≈
⋅
=
y
y
wsk
C
l
U
Impedancja wejściowa oscyloskopu:
=
V
Z
Impedancja wewnętrzna źródła napięcia:
=
źr
Z
Skorygowany wynik oszacowania
:
≈
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+
=
wsk
V
źr
1
U
Z
Z
U
„Rozdzielczość” pomiaru:
≈
⋅
=
y
min
C
l
RES
Czy jest sens korygowania wskazywanej wartości napięcia?