Politechnika Rzeszowska
Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Metrologia – laboratorium
Grupa/Zespół
Data
Nr ćwiczenia
Zastosowania pomiarowe oscyloskopu
Measurement applications of oscilloscope
1
1…………….....................
2.........................................
3.........................................
4.........................................
Ocena
I. Cel
ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest poznanie zasady działania, obsługi i podstawowych zastosowań pomiarowych
elektronicznego oscyloskopu analogowego.
II. Zagadnienia:
1.
Budowa, zasada działania i obsługa oscyloskopu analogowego.
2.
Zasada pomiaru parametrów napięciowych i czasowych przebiegu okresowego.
Wykaz używanych przyrządów i ich podstawowe parametry
metrologiczne (typ, zakresy, dokładność):
Przyrządy pomiarowe:
Przyrządy dodatkowe:
Przed rozpoczęciem pomiarów oscyloskopem należy:
1. Włączyć przyrządy kilkanaście-kilkadziesiąt minut wcześniej, w celu ustabilizowania się ich
termicznych warunków pracy.
2. Nastawić odpowiednie parametry linii na oscyloskopie: pokrętłami regulacji jaskrawości
(INTENSITY) i ostrości linii (FOCUS) regulować tak, aby linia była cienka i dobrze zogniskowana.
3. Ustawić pokrętła (VARiable) płynnej regulacji czułości kanałów Y oraz płynnej regulacji podstawy
czasu w pozycji „kalibrowany” (CALibrated).
4. Ustawić przycisk ekspansji podstawy czasu (MAGnitude) w położeniu „×1”.
Podczas pomiarów:
1. Ustawić obraz tak, aby mierzone parametry sygnału zajmowały jak największą część ekranu.
2. Jeżeli obraz na ekranie nie jest stabilny, wykorzystać pokrętło poziomu wyzwalania (LEVEL).
3. Po dokonaniu odczytu odłączamy przewody pomiarowe, ale nie wyłączamy przyrządów.
III. Program
ćwiczenia:
1.
Pomiar parametrów napięcia sinusoidalnego z generatora funkcyjnego.
Do
wejścia oscyloskopu podłączyć przewód ekranowany BNC/BNC. Dołączyć generator
funkcyjny, ustawić na generatorze sygnał sinusoidalny z dodatnią składową stałą. Przebieg czasowy
napięcia generatora opisuje zależność:
( )
(
)
t
f
U
U
t
u
⋅
⋅
⋅
+
=
π
2
sin
peak
DC
.
Wyznaczyć parametry sygnału. Zwrócić uwagę na dużą wartość względnego maksymalnego
dopuszczalnego błędu pomiaru
pom
δ
. Obliczyć wartość błędu bezwzględnego
zm
f
∆
i względnego
zm
f
δ
pomiaru częstotliwości za pomocą oscyloskopu.
Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Metrologia – laboratorium. EN-DI-1, r. ak. 2011/12
ćw. 1 / str. 2
1.1 Zasada pomiaru napięcia i okresu dowolnego przebiegu periodycznego:
Rys. 1. Zasada pomiaru parametrów amplitudowych i czasowych sygnału periodycznego
1.2. Wyniki pomiarów i obliczeń:
OŚ Y (pionowa) – oś napięcia
Długość odcinka proporcjonalnego do
p
-
p
U
:
=
y
l
Nastawiony współczynnik odchylania pionowego:
=
y
C
Wartość międzyszczytowa napięcia:
=
=
y
y
p
-
p
C
l
U
Wartość maksymalna (amplituda) napięcia:
=
=
p
-
p
peak
2
1
U
U
Wartość skuteczna napięcia sinusoidalnego
:
=
⋅
≈
=
peak
peak
RMS
7
0
2
U
,
U
U
Długość odcinka proporcjonalnego do składowej stałej U
DC
:
=
y
l
Nastawiony współczynnik odchylania pionowego:
=
y
C
Wartość składowej stałej napięcia
:
=
=
y
y
DC
C
l
U
Całkowita wartość skuteczna sygnału
:
=
+
=
2
DC
2
RMS
U
U
U
Parametr opisujący dokładność pomiaru napięcia:
=
pom
δ
Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Metrologia – laboratorium. EN-DI-1, r. ak. 2011/12
ćw. 1 / str. 3
OŚ X (pozioma) – oś czasu
Długość odcinka proporcjonalnego do okresu:
=
x
l
Nastawiona podstawa czasu:
=
t
C
Wartość okresu napięcia sinusoidalnego:
=
=
t
x
C
l
T
Wartość obliczonej częstotliwości napięcia
:
=
=
T
f
1
zm
Wartość błędu bezwzględnego pomiaru:
=
−
=
∆
rz
zm
zm
f
f
f
Wartość błędu względnego pomiaru:
=
⋅
∆
=
δ
%
f
f
f
100
rz
zm
zm
2.
Pomiar parametrów napięcia zakłóceń sieciowych indukowanych w przewodzie pomiarowym.
Do
wejścia oscyloskopu dołączyć przewód ekranowany koncentryczny (COAX) zakończony
przejściówką BNC/bananki. Dotykając palcem raz jednej raz drugiej końcówki, zidentyfikować przewód
sygnałowy (tzw. „gorący”) oraz przewód masy. Umieścić przejściówkę w pobliżu przewodu zasilającego
230 V (nie podłączać do gniazdka). Wyznaczyć amplitudę U
peak
oraz częstotliwość f zakłóceń
indukowanych w nieekranowanej części przewodu. Przełącznik źródła wyzwalania ustawić na LINE.
Jeżeli nie można zsynchronizować obrazu na ekranie należy sprawdzić, czy poziom wyzwalania jest
ustawiony prawidłowo (pokrętło LEVEL).
2.1. Wyniki pomiarów i obliczeń:
Rys. 2. Przebieg napięcia otrzymany na oscyloskopie
Długość odcinka proporcjonalnego do
p
-
p
U
:
=
y
l
Wartość nastawionego współczynnika odchylania:
=
y
C
Wartość międzyszczytowa napięcia:
=
=
y
y
p
-
p
C
l
U
Wartość amplitudy napięcia zakłócającego
:
=
=
p
-
p
peak
2
1
U
U
Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Metrologia – laboratorium. EN-DI-1, r. ak. 2011/12
ćw. 1 / str. 4
Długość odcinka proporcjonalnego do okresu:
=
x
l
Nastawiona podstawa czasu:
=
t
C
Wartość okresu napięcia zakłócającego:
=
=
t
x
C
l
T
Wartość częstotliwości napięcia
:
=
=
T
f
1
3. Praca różnicowa oscyloskopu.
Zaobserwować sposób podłączenia i warunki pomiaru napięcia, za pomocą oscyloskopu
pracującego w trybie różnicowym. Wartość chwilowa napięcia wyjściowego na przekątnej mostka
opisana jest następująco:
( )
( )
( )
(
)
CH2
1
CH
2
1
wy
U
U
t
u
t
u
t
u
−
+
⇒
−
=
Należy zrealizować różnicę napięć (ADD, INV) przy jednakowym wzmocnieniu obu kanałów
V/DIV
. W celu prawidłowej obserwacji zależności czasowych pomiędzy przebiegami, zastosować
wyzwalanie zewnętrzne (EXT TRIG).
Rys. 3. Praca różnicowa oscyloskopu
IV. Podsumowanie pomiarów, wnioski i spostrzeżenia:
Uzasadnić stwierdzenie
: oscyloskop analogowy nie jest przyrządem dokładnym – zasadniczo służy do
obserwacji kształtu przebiegów a nie do dokładnych pomiarów napięcia lub czasu.
Literatura:
1.
Chwaleba A.: Metrologia elektryczna, Warszawa: WNT, 2010.
2. Dyszyński J.: Metrologia elektryczna i elektroniczna - laboratorium cz. I. Rzeszów: OWPRz, 1997.
3.
Marcyniuk A.: Podstawy metrologii elektrycznej, Warszawa: WNT, 1984.
4. Parchański J.: Miernictwo elektryczne i elektroniczne, Warszawa: WSiP, 1997.
5.
Sydenham P.H.: Podręcznik metrologii. Warszawa: WKiŁ, 1990.
6.
Rydzewski J.: Pomiary oscyloskopowe, Warszawa: WNT, 1995.