background image

WAT – WYDZIAŁ ELEKTRONIKI – Instytut Systemów Elektronicznych  

ZAKŁAD SYSTEMÓW INFORMACYJNO-POMIAROWYCH  

(dla Wydziału Cybernetyki) 

Przedmiot:         PODSTAWY ELEKTRONIKI I MIERNICTWA  

 

Ćwiczenie nr 2m 

PROTOKÓŁ / SPRAWOZDANIE 

Temat:  

POMIARY PARAMETRÓW SYGNAŁÓW

 

Data wykonania ćwiczenia: 
........................................................................ 
Data oddania sprawozdania: 
......................................................................... 
Ocena: 
........................................................................ 

 
Grupa: ............................................................ 
 
1. ............................................................. 
 
2. ............................................................. 
 
3. .............................................................. 
 
4. .............................................................. 

Prowadzący:  
 
......................................................................... 

Laboratorium Miernictwa Elektronicznego 

 
Uwagi prowadzącego ćwiczenie: 

 

 

background image

STANOWISKO 1 

 

1.  Pomiary napięcia. 
1.1.  Sprawdzenie właściwości woltomierza magnetoelektrycznego. 
-  Na podstawie oględzin woltomierza uzupełnić tabelę 1. 
 

Tabela 1 

Typ przyrządu   

 

Typ ustroju (organu ruchomego)   

Zakresy pomiarowe 

 

Klasa dokładności 

 

Czułość (maksymalna) 

 

Stała podziałki 

 

Pozycja pracy 

 

Napięcie probiercze izolacji 

 

Inne 

 

 

1.2.  Wyznaczanie błędu granicznego podstawowego woltomierza prostownikowego. 

Generator

V

w

V

Rys. 1. Układ pomiarowy do wyznaczania klasy woltomierza
magnetoelektrycznego prostownikowego.

 
 
-  Wykonać połączenia układu pomiarowego według rysunku 1; 
-  Dla wybranego podzakresu dokonać pomiaru błędu granicznego podstawowego; 

 

background image

-  Doprowadzić do woltomierza badanego napięcie o takich wartościach, że 

wskazówka miernika będzie przyjmować położenia pokrywające się z działkami 
opisanymi skali; 

-  Przy takich położeniach wskazówki odczytać odpowiadające im wskazania 

woltomierza cyfrowego (wzorcowego); 

-  Pomiarów dokonać dla kierunku malejącego i rosnącego wskazówki miernika 

wychyłowego; 

-  Wyniki pomiarów zamieścić w tabeli 2; 
-  W oparciu o dane z tabeli 2 wykonać obliczenia zgodnie ze wzorami: 
 

U

wśr

 = (U

wrosnące

+U

wmalejące

)/2 

U = U

 – U  

(1) 

 

%

100

%

100

max

max

%

=

=

N

N

gr

U

U

U

U

U

U

δ

 

 

 

(2) 

-  Przy założeniu, że badany woltomierz jest przyrządem jednozakresowym a 

pomiary zostały wykonane w warunkach normalnych określić jego klasę (w 
oparciu o wyznaczony błąd graniczny podstawowy); 

-  Sporządzić wykres błędu skalowania woltomierza w funkcji wartości mierzonej 

U=f(U). 

 

Tabela 2 

U

Rosnąco  Malejąco 

U

wś 

max

δ

%

gr

Lp. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

background image

1.3.  Pomiar napięcia  woltomierzem analogowym prostownikowym.  
-  Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 1; 
-  Dla trzech różnych wartości napięcia odczytać wskazania woltomierza badanego 

na zakresach pomiarowych wskazanych przez prowadzącego ćwiczenie; 

-  Wyniki pomiarów umieścić w tabeli 3. 
-  Wyznaczyć wartość bezwzględnego oraz względnego błędu pomiaru napięcia  ze 

wzorów: 

 

U

U

U

w

=

  

%

100

%

=

w

U

U

U

δ

 

-  Wyniki obliczeń porównać z klasą woltomierza odczytaną z podzielni woltomierza 

analogowego. 

Tabela 3 

 

U

U

δ

%

1,5 

 

 

 

 

 

 

0,55 

15 

 

 

 

1,5 

 

 

 

 

 

 

1,40 

15 

 

 

 

 

 

 

15 

 

 

 

3,00 

50 

 

 

 

 
 
1.4.  Badanie wpływu impedancji woltomierzy na pracę układu rezonansowego.  
 
-  Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 2; 
-  Dołączyć wybrany woltomierz do układu rezonansowego; 
-  Regulując częstotliwością napięcia z generatora doprowadzić obwód do 

rezonansu; 

-  Odczytać wskazania częstościomierza i woltomierza; 
-  Wyniki pomiarów umieścić w tabeli 4; 
-  Analogiczne pomiary wykonać dla pozostałych woltomierzy; 
-  Wyjaśnić różnicę we wskazaniach przyrządów. 
 
 

 

background image

R

V

f

C

L

Generator

Szeregowy obwód
rezonansowy

Rys. 2. Schemat układu do badania wpływu impedancji woltomierza na pracę obwodu
elektrycznego.

 

Tabela 4 

napięcie Uc w 

rezonansie 

częstotliwość rezonansowa 

fr 

typ 

woltomierza 

Hz 

HP-400E 

 

 

V-640 LF 

 

 

FLUKE45 

 

 

V-640 HF 

 

 

 

 
1.5.  Pomiary napięć o różnych kształtach. 
-  Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 3; 
-  Odczytać wskazania woltomierzy dla napięć o różnych kształtach o wartościach 

międzyszczytowych U

p-p

 podanych przez prowadzącego ćwiczenie; 

-  Wyniki pomiarów umieścić w tabeli 5; 
-  W oparciu o wskazanie każdego z przyrządów wyznaczyć wartość średnią 

(sygnału wyprostowanego dwupołówkowo), skuteczną i szczytową mierzonych 
napięć; 

-  Wyniki obliczeń umieścić w tabeli 5. 
 

 

background image

 

FL45 

HP-400 

V-640HF 

Generator 

funkcyjny 

Rys. 3. Układ do badania wpływu mierzonego napięcia na wskazania woltomierzy. 

Tabela 5 

U

p-p

 [V] 

 

 
 
 

 

 

α 

U

sk 

U

śr 

U

α 

U

sk 

U

śr 

U

α 

U

sk 

U

śr 

U

Rodzaj 
przebiegu 

HP-400E 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

FLUKE45 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V-640HF 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gdzie: 

α   - wskazanie woltomierza; 
U

sk

 - wartość skuteczna przebiegu uzyskana na podstawie obliczeń; 

U

śr

 - wartość średnia przebiegu wyprostowanego dwupołówkowo uzyskana na podstawie 

obliczeń; 

U

m

 - amplituda przebiegu uzyskana na podstawie obliczeń. 

Przy obliczeniach należy uwzględnić, że woltomierz: 

• HP-400E jest wyposażony w przetwornik wartości średniej,  

V-640HF jest wyposażony w przetwornik wartości szczytowej w układzie równoległym,  

• 

FLUKE45 jest wyposażony w przetwornik wartości skutecznej,  

• 

oraz to, że każdy z tych woltomierzy jest wyskalowany w wartościach skutecznych 
sygnału sinusoidalnego.  
 

1.6.  Pomiary napięcia z użyciem oscyloskopu 
-  Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 4; 
-  Dla trzech wartości napięcia wskazanych przez prowadzącego pomierzyć wartość 

amplitudy połówki dodatniej, ujemnej i wartość międzyszczytową napięcia 
sinusoidalnego; 

-  Wyniki pomiarów umieścić w tabeli 6; 
-  W oparciu o odczytane z oscyloskopu wartości obliczyć odpowiadające tym 

odczytom wartości skuteczne napięcia; 

-  Wyniki te porównać ze wskazaniami woltomierza; 
-  Przy obliczeniach skorzystać ze wzorów: 
 

 

background image

m

sk

U

U

+

+

=

2

2

 

m

sk

U

U

=

2

2

 

pp

skpp

U

U

4

2

=

 

(4) 

 

Uwaga! Powyższe wzory są prawdziwe jedynie dla kształtu sinusoidalnego. 

V

c

Osc

Generator

U

p-p

U

-m

U

+m

Rys. 4. Układ do pomiaru napięcia z
wykorzystaniem oscyloskopu.

f = 1 kHz

 

Tabela 6 

Oscyloskop 

Amplituda „+” 

Amplituda „-” 

Wartość 

międzyszcz. 

Fluke45 

U

+m 

U

sk+ 

U

-m 

U

sk- 

U

p-p 

U

skpp 

U

sk 

 

Lp. 

1. 

 

 

 

 

 

 

 

2. 

 

 

 

 

 

 

 

3. 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 
 

 

background image

STANOWISKO 2 

 

2.  Pomiary parametrów czasowych i częstotliwościowych sygnałów. 
2.1.  Pomiary okresu, czasu trwania impulsu oraz współczynnika wypełnienia przy 

wykorzystaniu oscyloskopu. 

-  Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 5; 
-  W generatorze impulsowym wybrać rodzaj pracy „INT”; 
-  Doprowadzić sygnał do oscyloskopu o parametrach podanych w tabeli 7; 
-  Dokonać pomiaru okresu, czasu trwania połówki dodatniej i ujemnej dobierając za 

każdym razem właściwy współczynnik czasu, obliczyć współczynnik wypełnienia; 

-  Wyniki pomiarów  i obliczeń wpisać do tabeli 7; 
-  Wartość współczynnika wypełnienia obliczyć ze wzoru: 

%

100

=

+

T

t

k

 

(5) 

 

 

 

 

Tabela 7 

t

t

 

O sc 

G enerator 

im pulsowy 

 

t

t

T

 

Rys.  5.  Układ  do  pom iaru  param etrów 
czasowych 

sygnałów 

za 

pom ocą 

oscyloskopu. 

U

p-p

 = 2 V 

Zadane 

parametry sygn. 

m  

m  

ms 

s

s

T = 10 ms 

t

i 

= 4 ms 

 

 

 

 

 

ms/d

T = 12 ms 

t

i 

= 6 ms 

 

 

 

 

 

ms/d

T = 8 ms 

t

i 

= 2 ms 

 

 

 

 

 

ms/d

T = 14 ms 

t

i 

= 9 ms 

 

 

 

 

 

ms/d

D

t

 

 

 

 

D

t

 

 

 

 

D

t

 

 

 

 

D

t

 

 

 

 

 

background image

2.

Pomiary okresu, przedziału czasu i współczynnika wypełnienia z użyciem 

 

2. 

czasomierza cyfrowego. 

Połączyć układ pomiarowy według rysunku 6 (na rysunku tym przedstawiono 

Rys.  6.  Układ  do  pomiaru  parametrów  czasowych  sygnałów  za  pomocą  przykładowego 
częstościomierza-czasomierza cyfrowego PFL28A. 

Generator 

impulsowy 

U

p-p

 = 2 V 

 

100V 

10V 

10V 

100V 

także schematycznie wygląd części płyty czołowej przykładowego 
częstościomierza PFL-28A zawierającej gniazda wejścia B 

(wejście otwierając

bramkę czasową) i C (wejście zamykające bramk

ę czasową)); w innych typach 

częstościomierzy stosuje się podobną metodę oznaczeń; 
Doprowadzić sygnał z generatora do wejścia B częstościomierza; 

-  Wcisnąć przycisk 3 zwierający wejścia B i C

 pa

 częstościomierza; 

-  Przełączniki 2 i 3 ustawić w pozycji odpowiadając

rametrowi 

ej mierzonemu

(sposób użycia przełączników przedstawia tabela 8); 

Tabela 8 

Parametr mierzony 

Przełączni

t

t

on lub off 

on 

off 

on  

on 

on 

off lub on* 

on 

off 

** 

** 

** 

1 i 5 

* - stan przełącznika 4 jest zależny od stanu przełącznika 2; 
** - przełączniki 1 i 5 służą do zmiany czułości napięciowej wejść B i C. 

-  Na cz

mnej sygnału dla 

czynnika wypełnienia – wyniki obliczeń 

 

 

ęstościomierzu wybrać klawisz funkcyjny T.I. (B

→C); 

-  Dokonać pomiaru okresu, szerokości połówki dodatniej i uje

parametrów sygnału podanych w tabeli 9; 

-  Wyniki pomiarów wpisać do tabeli 9; 

współ

-  W oparciu o wzór 5 obliczyć wartość 

wpisać do tabeli 9. 

 
 
 
 
 
 
 

 

background image

 

Tabela 9 

t

t

Zadane 

parametry 

sygnału 

ms 

m  

ms 

s

 = 10 ms

t

i 

= 6 ms 

 = 10 ms 

t

i 

= 2 ms 

 = 10 ms 

t

= 0,1 ms 

 

 

 

 

= 20 

µs 

t

i 

=  2 

µs 

T

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

.3.  Sprawdzenie właściwości dokładnościowych częstościomierza cyfrowego. 

 o 

ęstościomierza; 

ki i różnych podzakresów; 

Tabela 10 

Czas 

bramkowania 

(

f

1 

f

2 

δ

n

f

2
-  W układzie jak w punkcie poprzednim dokonać pomiaru częstotliwości sygnału

parametrach podanych w tabeli 10; 
Sygnał do prowadzić do wejścia B cz

-  Pomiarów dokonać dla różnych czasów otwarcia bram
-  Wyniki pomiarów wpisać w tabeli 10; 
 

T

Hz 

(ms) 

Hz 

Hz 

Hz 

555 

5555 

55555 

555 

5555 

55555 

555 

5555 

55555 

δ

%

 

(1,8) 

 

 

 

 

 

(0,18) 

 

 

 

 

 

10 

(18

µs) 

 

 

 

 

 

(1,8) 

 

 

 

 

 

(0,18) 

 

 

 

 

 

(18

µs) 

 

 

 

 

 

(1,8) 

 

 

 

 

 

(0,18) 

 

 

 

 

 

0,1 

(18

µs) 

 

 

 

 

 

 

Na podstawie wyników pomiarów obliczyć róznicę między kolejnymi dwoma 

az 

pomiarami (dla tych samych parametrów), względny błąd dyskretyzacji 

δ

n

or

całkowity błąd pomiaru częstotliwości 

δ

f

%

  (wyniki obliczeń wpisać do tabeli 10); 

 

 

10 

background image

-  Obliczenia wykonać w oparciu o wzory: 

f = |  –  |   

 

 

 

(6) 

 

1

2

%

100

1

=

f

n

δ

2

1

%

− f

f

      

 

 

(7) 

Gdzie:  

ęstotliwości wzorcowe odczytane z częstościomierza cyfrowego różniące się 

δ

n

 – w

rszego przypadku) : 

f

1

f

2

 – cz

±1 jednostkę najmniej znaczącego rzędu, 

zględny błąd dyskretyzacji (zliczania). 

Całkowity błąd pomiaru częstotliwości (najgo

(

)

%

100

10

2





+

±

=

+

±

=

B

B

n

f

T

f

δ

δ

δ

%

1

8

%

 

 

(8) 

Wykonać wykresy  

δ

f

 = f (f) dla różnych czasów otwarcia bramki T

B

.  

f – częstotliwość ustawiona na generatorze, T

B

.4.  Pomiar częstotliwości metodą krzywych Lissajous. 

odnie z danymi podanymi w 

ć częstotliwością generatora wzorcowego tak, aby uzyskać stabilne 

 

częstotliwość generatora wzorcowego z częstościomierza cyfrowego; 

ści wyznaczyć częstotliwość mierzoną ze 

 

(9) 

 

dzie:  

N = n

y

 / n

x

;  

a pr

ej z osią Y, n

x

 – liczba przecięć krzywej z osią X; 

Wynik umieścić w tabeli 11. 

 – czas otwarcia bramki

 
 
 
2
-  Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 7; 
-  Na generatorze mierzonym ustawić częstotliwość zg

tabeli 11; 
Regulowa
oscylogramy o krzywych właściwych dla stosunków częstotliwości podanych w
tabeli 11; 
Odczytać 

-  Wynik odczytu wpisać do tabeli 11; 
-  Znając wartość stosunku częstotliwo

wzoru: 

w

x

f

N

f

=

 

G
n

y

 – liczb

zecięć krzyw

 

 

 

11 

background image

Y

X

Generator

wzorcowy

Generator

badany

Często-
ściomierz

Rys.  7.  Schemat  układu  do  pomiaru  częstotliwości  za  pomocą
oscyloskopu  (metoda  krzywych  Lissajous)  i  częstościomierza
cyfrowego.

f

w

f

x

Osc

Tabela 11 

f

x

’ 

Oscylogram 

f

f

Hz 

--- 

--- 

Hz 

Hz 

1:1 

 

 

 

3:1 

 

 

 

150 

1:3 

 

 

 

1000 

1:1 

 

 

 

 

12 

background image

2:1 

 

 

 

1000 

1:2 

 

 

 

 
 
LITERATURA: 

1.  Chwaleba A., Poniński M., Siedlecki A.: Metrologia elektryczna. Wydawnictwa 

Naukowo-Techniczne, Warszawa 1996, Wyd. VI. Sygn. 53200. 

2.  Praca zbiorowa: Miernictwo elektryczne. Ćwiczenia laboratoryjne. WAT, 

Warszawa 1998. Sygn. S-48721. 

 
PRZYKŁADOWE PYTANIA KONTROLNE: 
 
1.  Formuły na wyznaczanie błędów granicznych woltomierzy analogowych i 

cyfrowych. 

2.  Definicje wartości średniej, skutecznej i szczytowej oraz średniej wyprostowanej 

dwupołówkowo, współczynników kształtu i amplitudy. 

3.  Rodzaje i budowa przetworników AC/DC wykorzystywanych w woltomierzach. 
4.  Wpływ impedancji woltomierzy na dokładność pomiaru napięcia. 
5.  Wpływ kształtu mierzonego napięcia zmiennego na wskazania woltomierzy. 
6.  Sposoby pomiaru napięcia z użyciem oscyloskopu. 
7.  Definicje i pomiary okresu, czasu trwania impulsu oraz współczynnika wypełnienia 

przy wykorzystaniu oscyloskopu. 

8.  Częstościomierz cyfrowy: budowa, zasada pracy, dokładność, zakres. 
9.  Okresomierz cyfrowy: budowa, zasada pracy, dokładność, zakres. 
10. Pomiar częstotliwości metodą krzywych Lissajous. 
 
 

 

13