Moduł 1 Metody i przyrządy pomiarowe stosowane w urządzeniach elektronicznych

Transkrypt

1 Moduł 1 Metody i przyrządy pomiarowe stosowane w urządzeniach elektronicznych 1. Uniwersalne mierniki analogowe i cyfrowe 2. Metody i błędy pomiarowe 3. Wykonywanie pomiarów

2 1. Uniwersalne mierniki analogowe i cyfrowe Miernikiem uniwersalnym nazywa się przyrząd pomiarowy umożliwiający odczyt kilku rodzajów wielkości elektrycznych na wielu zakresach pomiarowych. Najczęściej są to mierniki służące do pomiarów: prądów stałych i przemiennych, napięć stałych i przemiennych oraz rezystancji. Bardziej zaawansowane technicznie urządzenia pozwalają również na pomiar pojemności, częstotliwości i wielu innych wielkości elektrycznych. Mierniki uniwersalne można podzielić na analogowe i cyfrowe. Wspólną ich cechą jest niewielki rozmiar i związana z tym poręczność, lekkość i wygoda w przenoszeniu, co pozwala na dokonywanie pomiarów również w warunkach przemysłowych. Uniwersalne mierniki analogowe Układ pomiarowy uniwersalnego miernika analogowego zawiera kilka obwodów pomiarowych: obwód woltomierza i amperomierza prądu stałego, obwód woltomierza i amperomierza prądu przemiennego, obwód omomierza, dodatkowo inne obwody. Wszystkie obwody współpracują z jednym ustrojem magnetoelektrycznym, którego zasada działania polega na oddziaływaniu pola magnetycznego magnesu trwałego na cewkę organu ruchomego, przez którą płynie prąd. Rysunek 1.1. Schemat budowy ustroju magnetoelektrycznego Źródło: Ustrój magnetoelektryczny zbudowany jest z nieruchomego magnesu trwałego (1) oraz walca (3) umieszczonego pomiędzy biegunami magnesu. Walec i nabiegunniki (2) magnesu trwałego wykonuje się ze stali magnetycznej miękkiej. Umieszcza się je względem siebie w taki sposób, aby pomiędzy nimi powstała równomierna szczelina. W niej znajduje się cewka (4), która jest elementem ruchomym i osadzonym na osi (9), do której dołączona jest wskazówka (6). Prąd doprowadza się do cewki za pośrednictwem dwóch spiralnych sprężyn (5), które równocześnie odpowiadają za wytworzenie momentu zwrotnego. Pole magnetyczne magnesu działa na cewkę, wytwarzając moment napędowy proporcjonalny do wartości prądu. Zrównanie momentu napędowego z momentem zwrotnym sprężyn powoduje wychylenie się wskazówki i ustawienie się jej w miejscu pozwalającym na odczyt wartości mierzonego prądu. Połączenie dowolnego obwodu z ustrojem pomiarowym odbywa się za pomocą przełącznika rodzaju wielkości mierzonej. Wartości poszczególnych podzakresów dobiera się w taki sposób, aby napięcie i prąd stały można było odczytywać na jednej podziałce, a napięcie i prąd przemienny na drugiej. 2

3 Uniwersalne mierniki cyfrowe (multimetry cyfrowe) Pozwalają one na bezpośredni odczyt wartości mierzonej na wyświetlaczu ciekłokrystalicznym lub LCD zainstalowanym w mierniku, dzięki czemu unika się błędów pomiarowych związanych z odczytem wyników, które znacznie częściej zdarzają się w przypadku mierników analogowych. Do zalet mierników cyfrowych należą: duża dokładność pomiarów, szybkość pomiarów, automatyczna polaryzacja, automatyczny wybór mierzonego zakresu, możliwość zapisu wyników pomiaru, możliwość współpracy z innymi urządzeniami, np. systemami kontrolnopomiarowymi. W multimetrze cyfrowym mierzony sygnał wejściowy, np. napięcie zmienne, jest zamieniany na napięcie stałe, które następnie przeskalowuje się do zakresu przetwornika analogowo-cyfrowego. Takie napięcie na końcu w przetworniku analogowocyfrowym zamienia się na wartość cyfrową i prezentuje na wyświetlaczu miernika. Rysunek 1.2. Schemat blokowy multimetru cyfrowego Źródło: W multimetrze cyfrowym wyróżnia się następujące bloki: kondycjoner sygnału wejściowego odpowiadający za zamianę dowolnego sygnału na napięcie stałe o odpowiednim zakresie dostosowanym do zakresu przetwornika analogowo-cyfrowego, przetwornik analogowo-cyfrowy pozwalający na zamianę poziomu napięcia otrzymanego z kondycjonera na postać cyfrową, blok prezentacji wyniku odpowiadający za wyświetlenie przetworzonej wartości na wyświetlaczu, mikrokontroler pozwalający na sterowanie pracą poszczególnych elementów multimetru cyfrowego. W kondycjonerze sygnału wejściowego możemy wyróżnić następujące bloki funkcyjne: przetwornik prądu na napięcie, przetwornik skali napięcia zmiennego, przetwornik napięcia zmiennego na napięcie stałe, przetwornik skali napięcia stałego, przetwornik rezystancji na napięcie. 3

4 Rysunek 1.3. Schemat kondycjonera Źródło: W zależności od wybranej wielkości pomiarowej w kondycjonerze ustawiony jest odpowiedni tor sygnałowy, w którym mierzona wielkość zostaje zamieniona na napięcie stałe proporcjonalne do sygnału wejściowego. Pomiar napięcia odbywa się bezpośrednio przez multimetr po jego uprzednim przeskalowaniu, które odbywa się metodą pomiaru spadku napięcia na wzorcowym rezystorze dla wybranego zakresu pomiarowego, np.: dla prądu 10mA wartość rezystora wynosi 10 ohm, dla prądu 100mA wartość rezystora wynosi 1 ohm, dla prądu 1A wartość rezystora wynosi 0,1 ohm. Pomiar rezystancji może odbywać się z wykorzystaniem prawa Ohma, gdzie przy znanej wartości prądu płynącego przez rezystor mierzona jest wartość napięcia. Mając daną wartość prądu i napięcia, wylicza się wartość rezystancji w układzie sterującym. Pomiar napięcia przemiennego i prądu przemiennego możliwy jest po uprzednim przeskalowaniu do odpowiedniego zakresu wartości i wyprostowaniu np. za pomocą prostownika zbudowanego na diodach. Podstawowe parametry multimetrów cyfrowych Liczba cyfr znaczących jest podstawowym parametrem technicznym multimetru. Pełna liczba cyfr odpowiada liczbie pozycji dziesiętnych, na których multimetr wyświetla zestaw cyfr od 0 do 9. Błąd pomiaru jest specyfikowany dla multimetrów cyfrowych jako ± (% odczytu + % zakresu). Dodatkowy błąd wskazań może być wywołany zmianą temperatury otoczenia, bardzo niską częstotliwością lub dużym współczynnikiem szczytu mierzonego sygnału. Rozdzielczość wyraża najmniejszy przyrost wielkości sygnału wejściowego, który powoduje zmianę wyniku pomiaru. Rozdzielczość może być podawana w jednostkach mierzonej wielkości, na przykład w ma, lub jako stosunek minimalnej wyświetlanej wartości do maksymalnej wyświetlanej wartości na wybranym zakresie, czyli w procentach. Rozdzielczość bywa też wyrażana liczbą bitów słowa wyjściowego przetwornika analogowo-cyfrowego zastosowanego w multimetrze. Na przykład 8 bitów odpowiada [1 / (2^8 1)]100% = 100% / 255 = 0.39% rozdzielczości. Czas pomiaru multimetrem jest zazwyczaj dłuższy od czasu przetwarzania A/C. Na przykład niektóre multimetry mają w cykl pomiarowy włączoną fazę autozerowania, inne jako wynik pomiaru podają uśrednioną wartość wielu przetworzeń zrealizowanych 4

5 w dłuższym odcinku czasu. W zaawansowanych multimetrach użytkownik może sam ustawić czas pomiaru w celu uzyskania kompromisu pomiędzy szybkością pomiaru a jego dokładnością. Aby zapoznać się z przetwornikami pomiarowymi uruchom prezentację multimedialną dołączoną do kursu. Oscyloskop Rysunek 1.4. Oscyloskop cyfrowy Źródło: Jest to przyrząd elektroniczny umożliwiający obserwację i badanie sygnałów elektrycznych oraz zależności pomiędzy dwiema wielkościami elektrycznymi. Stosuje się go również do badania sygnałów szybkozmiennych niemożliwych do bezpośredniej obserwacji. Można wyróżnić oscyloskopy analogowe i cyfrowe. W oscyloskopach analogowych badany sygnał po wzmocnieniu steruje plamką świetlną w płaszczyźnie pionowej na ekranie oscyloskopu, natomiast sterowanie płaszczyźnie poziomej odbywa się przez wbudowany w oscyloskop generator podstawy czasu, co umożliwia obserwację przebiegów zmieniających się w czasie. Plamką w płaszczyźnie poziomej można także sterować za pomocą drugiego przebiegu odniesienia, obserwując tym samym zależności pomiędzy tymi przebiegami. Większość oscyloskopów analogowych nie posiada możliwości ich zapamiętania, dlatego muszą one być podawane na wejściu urządzenia. Wyjątek stanowią oscyloskopy z tak zwaną lampą pamiętająca, w której wykorzystano efekt emisji wtórnej, co umożliwia zachowanie przebiegu na ekranie przez dłuższy czas. Sytuacja uległa zmianie wraz z pojawieniem się oscyloskopów cyfrowych, w których lampę oscyloskopową zastąpiono wyświetlaczem LCD, a sygnał wejściowy po przetworzeniu na postać cyfrową wyświetlany jest na ekranie. Oferta rynkowa obejmuje wiele różnych oscyloskopów, jednak one wszystkie są zbudowane z takich samych bloków, a panel przedni opisuje się w języku angielskim. Z tego względu poznanie jednego modelu ułatwia obsługę innych urządzeń tego typu. Każdy z bloków ma przypisaną określoną funkcję, która służy do badania danego przebiegu. Blok obrazu Można wyróżnić 3 podstawowe pokrętła odpowiadające za: regulację jasności oznaczone INTENSITY, regulację ostrości obrazu oznaczone FOCUS, regulację podświetlania skali oznaczone SCALE. 5

6 Blok odchylania pionowego opisany VERTICAL 1. Każdy oscyloskop posiada co najmniej 2 kanały wejściowe: CH1 i CH2. W przypadku pracy z wykorzystaniem wewnętrznego generatora podstawy czasu (na układ odchylania poziomego dostarczany jest przebieg piłokształtny) na ekranie może być wyświetlony przebieg z wejścia CH1 lub CH2. Wejście CH1 w oscyloskopie może zostać połączone z układem odchylania poziomego. 2. Przełącznik AC/GND/DC umożliwia wybór sposobu podawania sygnału na wejście CH1 i CH2: ustawienie opcji AC oznacza przekazanie tylko składowej zmiennej na wejście wzmacniacza Y przez szeregowy kondensator, który eliminuje składową stałą badanego sygnału, ustawienie opcji GND pozwala na połączenie wejścia kanału Y z masą, co umożliwia ustawienie poziomu zerowego na ekranie oscyloskopu, ustawienie opcji DC powoduje bezpośrednie przekazanie sygnału pomiarowego na wejście wzmacniacza Y, co umożliwia pomiar całego sygnału lub pomiar napięcia stałego. 3. Przełącznik wzmocnienia czułości opisany VOLTS/DIV umożliwia wyskalowanie przebiegu na ekranie w taki sposób, aby zajmował całą jego wysokość. Jest on wyskalowany w woltach lub miliwoltach na działkę. Każdej pozycji przełącznika odpowiada inna czułość wzmacniacza i przy prawidłowym jej ustawieniu badany przebieg powinien być wyraźny i czytelny. 4. Płynna regulacja wzmocnienia opisana VARIABLE pozwala na płynne ustawienie czułości wzmacniaczy w poszczególnych kanałach oscyloskopu. Wadą tej funkcji jest możliwość rozkalibrowania poszczególnych wzmacniaczy, przez co rzeczywiste wzmocnienie jest mniejsze, niż wynika z ustawień na przełączniku VOLTS/DIV. Z tego względu należy pamiętać, aby po zakończeniu korzystania z płynnej regulacji ponownie skalibrować wzmacniacz danego kanału przez ustawienie pokrętła płynnej regulacji w pozycji maksymalnej zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Tylko odpowiednio skalibrowany oscyloskop umożliwia poprawny pomiar napięcia. 5. Przesuwanie w pionie opisane POSITION umożliwia ustawienie osi badanego przebiegu na ekranie. 6. Rodzaj pracy opisany MODE lub VERTICAL MODE pozwala na wybranie, który z badanych przebiegów zostanie wyświetlony na ekranie i w jaki sposób. Najczęściej spotykane tryby to: CH1, w którym wyświetlany jest przebieg z wejścia CH1, CH2, w którym wyświetlany jest przebieg z wejścia CH2, DUAL, w którym na ekranie wyświetlane są jednocześnie przebiegi z obu wejść. Blok odchylania poziomego opisany jako HORIZONTAL W bloku odchylania poziomego możemy wyróżnić regulację podstawy czasu i przesunięcie wykresu w poziomie. 1. Skokowa regulacja częstotliwości podstawy czasu opisana TIME/DIV pozwala na ustawienie skali podstawy czasu zgodnie z wartościami zaznaczonymi na pokrętle. 2. Płynna regulacja częstotliwości podstawy czasu umożliwia płynną regulację podstawy czasu, dzięki czemu można ustawić ją proporcjonalnie do długości danego impulsu lub liczby okresów danego przebiegu. Należy jednak pamiętać, że płynna regulacja powoduje rozkalibrowanie podstawy czasu w oscyloskopie w identyczny sposób jak przy płynnej regulacja wzmocnienia. 3. Przesuwanie w poziomie opisane HORIZONTAL POSITION pozwala na przesuwanie wyświetlonego przebiegu na ekranie wzdłuż osi X. 6

7 Blok wyzwalania opisany jako TRIGGER Pozwala na ustawienie sposobu uruchamiania generatora podstawy czasu w taki sposób, aby na ekranie był widoczny dany przebieg. W tym celu plamka lampy oscyloskopowej powinna rozpoczynać ruch synchronicznie z badanym przebiegiem. 1. Tryb uruchamiania generatora podstawy czasu opisany jako TRIGGER MODE. Każdy oscyloskop pozwala na ustawienie kilku sposobów wyzwalania, z których najczęściej stosuje się: AUTO oscyloskop sam synchronizuje generator podstawy czasu dzięki wykorzystaniu sygnału wejściowego do wyzwalania podstawy czasu, ten sposób nie nadaje się do pomiaru bardzo krótkich impulsów i przebiegów o dużej częstotliwości, NORMAL podstawa czasu wyzwalana jest badanym impulsem, sposób ten najczęściej stosuje się do oglądania sygnałów impulsowych, gdyż po zaniku sygnału impulsu plamka spoczywa z lewej strony ekranu, czekając na następny impuls. 2. Źródło wyzwalania opisane TRIGGER SOURCE umożliwia wybór, które z wejść będzie odpowiadało za uruchomienie generatora podstawy czasu. Możliwe są następujące ustawienia: CH1 oznacza, że podstawa czasu będzie synchronizowana z sygnałem z wejścia CH1, CH2 oznacza, że podstawa czasu będzie synchronizowana z sygnałem z wejścia CH2, EXT oznacza wyzwalanie podstawy czasu sygnałem zewnętrznym z wejścia EXT TRIG IN. Blok odczytywania kursorów opisany CURSOR/READOUT umożliwia pomiar wartości za pomocą linii ustawionych na ekranie. Wielkości, jakie można dzięki temu mierzyć, to napięcie, czas i częstotliwość, a w tym celu należy wybrać odpowiedni przycisk V, T lub 1/T. Najczęściej przyciskiem SELECT określa się kursor, który będzie przemieszczany. Wynik pomiaru wyświetlany jest bezpośrednio na ekranie oscyloskopu. Blok pamięci opisany jako STORAGE MODE umożliwia zapamiętywanie zarejestrowanych przebiegów w pamięci wewnętrznej oscyloskopu. Najczęściej przyciskiem MENU włącza się tryb pozwalający na ustawienie parametrów rejestracji danego przebiegu, HOLD zatrzymuje przetwarzanie przebiegu i unieruchamia obraz na ekranie. Przyciskiem SAVE można zapisać obraz w pamięci urządzenia., a RECALL służy do wyświetlania na ekranie zapamiętanego przebiegu. Przyciskiem PLOT można przesłać zawartość ekranu do komputera lub na ploter. Podstawowe parametry oscyloskopu Oscyloskop jest urządzeniem uniwersalnym umożliwiającym pomiar rozmaitych wielkości elektrycznych zależnie od jego parametrów. Do najistotniejszych z nich należą pasmo przenoszenia oscyloskopu i czas narastania impulsu, które są ściśle ze sobą powiązane. Pasmo przenoszenia określa się jako zakres częstotliwości zawartych pomiędzy dolną i górną częstotliwością graniczną, przy których wzmocnienie maleje o 3 db w stosunku do wartości wzmocnienia zawartego pomiędzy tymi częstotliwościami. Dolna częstotliwość pasma jest ograniczona stałymi czasowymi wejściowych układów sprzęgających, a górna częstotliwość graniczna wynika z parametrów wzmacniacza na poszczególnych kanałach i lampy oscyloskopowej. 7

8 Czas narastania jest zgodny z wartością tego parametru, którą miałby idealny impuls prostokątny uwidoczniony na ekranie danego oscyloskopu. Pomiędzy czasem narastania Tn a górną częstotliwością graniczną Fg występuje następująca zależność: Tn=0,35/Fg W przypadku przebiegów rzeczywistych czas narastania jest niezerowy, gdyż o wierności przebiegu na ekranie decyduje stosunek czasu narastania badanego sygnału Ts do czasu narastania Tn. Gdy wartość stosunku Ts/Tn przekracza 5, to błąd pomiaru nie przekroczy 2% i jest do zaakceptowania. Rezystancja wejściowa w przypadku większości oscyloskopów wynosi 1Mohm. W przypadku oscyloskopów o częstotliwości granicznej większej od 200MHz, tzw. szerokopasmowych, rezystancja wejściowa wynosi 50 ohm. Pojemność wejściowa oscyloskopu wynosi od 20 do 30 pf. Parametr ten jest istotny przy pomiarach sygnałów o dużych częstotliwościach. Dokładność pomiaru wykonanego oscyloskopem zależy od zastosowanej sondy pomiarowej. Jej charakterystyka wyznaczana jest przez wiele parametrów, które zależą od przeznaczenia danej sondy. Jej podstawowe zadanie to odizolowanie źródła badanego sygnału od układu pomiarowego oraz wierne przeniesienie sygnału do oscyloskopu. Można wyróżnić następujące rodzaje sond: rezystorowe, RC, wtórnikowe, prądowe, różnicowe. Analizatory widma Rysunek 1.5. Analizator widma Źródło: Jest to urządzenie pozwalające na przedstawienie napięcia lub mocy w funkcji częstotliwości. Sygnał, na który składa się kilka innych o różnych częstotliwościach, w funkcji czasu zostanie przedstawiony jako suma wszystkich składowych, natomiast 8

9 w funkcji częstotliwości będzie możliwe uwzględnienie mocy poszczególnych składowych danego sygnału. Rysunek 1.6. Związek czasu i częstotliwości Źródło: Analizator widma stosuje się do badania takich układów, jak: wzmacniacze, modulatory, miksery, detektory i filtry oraz sygnałów AM i FM. Do uzyskania charakterystyk badanych układów w funkcji częstotliwości analizator widma współpracuje z generatorem śledzącym (bardzo często te dwa urządzenia są ze sobą zintegrowane). Sygnał testowy jest podawany z wyjścia generatora śledzącego na wejście badanego układu, a wyjście badanego układu jest z kolei połączone z wejściem analizatora widma. Taką konfigurację układu pomiarowego nazywa się zamkniętą pętlą i pozwala ona na analizę pasma przenoszenia wzmacniacza, filtra pasmowo-przepustowego lub zniekształceń harmonicznych przestrajanego oscylatora. 2. Metody i błędy pomiarowe Metoda pomiarowa określa sposób porównania wielkości mierzonej z wzorcem tej wielkości zastosowanym w pomiarach w celu wyznaczenia wyniku pomiaru. Stosowane są różne metody w zależności od: wielkości mierzonej, dokładności, sposobu opracowania wyników i warunków pomiaru. Wyróżnia się następujące metody pomiarowe: bezpośrednia, w której wynik otrzymujemy bezpośrednio z odczytu jego wartości bez wykonywania dodatkowych obliczeń, np. w przypadku pomiaru napięcia, pośrednia, która polega na wyznaczeniu wartości mierzonej wielkości pośrednio, na podstawie bezpośrednich pomiarów innych wielkości związanych odpowiednią zależnością, np. w przypadku pomiaru mocy na podstawie pomiaru wartości napięcia i natężenia prądu, różnicowa, która jest metodą porównawczą, gdzie w układzie pomiarowym występuje wzorzec wielkości wartości zbliżonej do wielkości mierzonej. Każde wykonanie pomiaru powinno być poprzedzone: wyborem właściwej metody pomiarowej, 9

10 wyborem odpowiedniego układu pomiarowego, doborem odpowiednich przyrządów pomiarowych, zastosowaniem niezbędnych środków zapewniających bezpieczne wykonanie pomiarów. 3. Wykonywanie pomiarów Pomiar wartości napięcia stałego 1. Multimetrem analogowym UM-221 Rysunek 1.7. Multimetr analogowy Źródło: W celu dokonania pomiaru napięcia multimetrem analogowym należy: wybrać odpowiedni zakres pomiarowy i rodzaj mierzonej wielkości oznaczonej V= za pomocą przełącznika znajdującego w multimetrze, a przy wyborze zakresu należy pamiętać, aby spodziewana wartość była większa od połowy ustawionego zakresu, połączyć przewody pomiarowe odpowiednio z wejściem V,A oraz z wejściem - multimetru, połączyć odpowiednio przewody na zaciskach elementu, dla którego mierzone będzie napięcie, odczytać wartość na podstawie wychylenia wskazówki i odpowiedniej skali pomiarowej zgodnej z ustawieniami przyrządu pomiarowego, w przypadku gdy wskazówka nie osiągnęła połowy skali przyrządu pomiarowego, należy zmienić zakres pomiarowy, zanotować odczytany wynik pomiaru, wyłączyć obwód pomiarowy oraz odłączyć od niego przewody. 2. Multimetrem cyfrowym CHY

11 Rysunek 1.7. Multimetr cyfrowy Źródło: W celu dokonania pomiaru napięcia multimetrem cyfrowym należy: ustawić odpowiedni zakres pomiarowy zgodnie z oczekiwaną wartością mierzoną, ustawić przełącznik trybu pomiaru na napięcie stałe (symbol : ), połączyć przewody pomiarowe czerwony do wejścia V, czarny do wejścia COM, włączyć układ pomiarowy, połączyć przewody w miejscu dokonywania pomiaru zgodnie z polaryzacją (czerwony +, czarny - ), odczytać zmierzoną wartość, w przypadku źle dobranego zakresu zmienić go i ponownie odczytać mierzoną wartość, zanotować wynik pomiaru, wyłączyć układ pomiarowy, rozłączyć przewody pomiarowe. 3. Oscyloskopem cyfrowym GoldStar OS W celu dokonania pomiaru napięcia stałego oscyloskopem należy: przed wykonaniem pomiaru właściwego wybrać kanał pomiarowy CH1 lub CH2, podłączyć sondę pomiarową RC do wybranego kanału, ustawić potencjometr płynnej regulacji czułości pionowej wybranego kanału na maksymalne wychylenie w prawo aż do zeskoku, przełącznikiem skokowej regulacji czułości pionowej ustawić odpowiednią wartość Sy, przełącznik rodzaju sprzężenia ustawić w pozycji GND, wcisnąć przycisk AUTO, ustawić linię czasu na wybranej linii odniesienia, przełącznik rodzaju sprzężenia ustawić w pozycji DC, sprawdzić, czy podstawa czasu uległa przesunięciu w pionie o odległość Ly, wyznaczyć napięcie stałe zgodnie ze wzorem U=Ly*Sy, a w przypadku sondy o skali 1:10 wyliczoną wartość należy pomnożyć przez 10. Pomiar wartości skutecznej napięcia zmiennego 1. Multimetrem analogowym UM-221. W celu dokonania pomiaru wartości skutecznej napięcia zmiennego multimetrem analogowym należy: wybrać odpowiedni zakres pomiarowy i rodzaj mierzonej wielkości na V~ za pomocą przełącznika znajdującego w multimetrze, przy wyborze zakresu należy 11

12 pamiętać, aby spodziewana wartość mierzona była większa od połowy ustawionego zakresu, połączyć przewody pomiarowe odpowiednio z wejściem V,A oraz z wejściem - multimetru, połączyć odpowiednio przewody na zaciskach elementu, dla którego mierzone będzie napięcie, odczytać wartość na podstawie wychylenia wskazówki i odpowiedniej skali pomiarowej zgodnej z ustawieniami przyrządu pomiarowego, w przypadku gdy wskazówka nie osiągnęła połowy skali przyrządu pomiarowego, należy zmienić zakres pomiarowy, zanotować odczytany wynik pomiaru, wyłączyć obwód pomiarowy oraz odłączyć od niego przewody. 2. Multimetrem cyfrowym CHY 38. W celu dokonania pomiaru wartości skutecznej napięcia zmiennego multimetrem cyfrowym należy: ustawić odpowiedni zakres pomiarowy dla oczekiwanej wartości mierzonej, ustawić przełącznik trybu pomiaru na napięcie stałe symbol ~, połączyć przewody pomiarowe czerwony do wejścia V, czarny do wejścia COM, włączyć układ pomiarowy, połączyć przewody w miejscu dokonywania pomiaru zgodnie z polaryzacją (czerwony +, czarny - ), odczytać zmierzoną wartość, w przypadku źle dobranego zakresu zmienić go i ponownie odczytać mierzoną wartość, zanotować wynik pomiaru, wyłączyć układ pomiarowy, rozłączyć przewody pomiarowe. 3. Oscyloskopem cyfrowym GoldStar OS W celu dokonania pomiaru wartości skutecznej napięcia zmiennego stałego oscyloskopem należy: przed wykonaniem pomiaru właściwego należy wybrać kanał pomiarowy CH1 lub CH2, ustawić potencjometr płynnej regulacji czułości pionowej wybranego kanału na maksymalne wychylenie w prawo aż do zeskoku, przełącznikiem skokowej regulacji czułości pionowej ustawić odpowiednią wartość Sy, połączyć sondę RC z układem pomiarowym potencjometrem POSITION przesunąć przebieg do wybranej linii odniesienia, zmierzyć odległość pomiędzy skrajnymi wychyleniami przebiegu Ly, wyznaczyć napięcie między szczytowe Upp zgodnie ze wzorem Upp=Ly*Sy, wyznaczyć wartość amplitudy Um=Upp/2, wyznaczyć wartość skuteczną U=Um/pierwiastek(2). Pomiar wartości natężenia prądu stałego 1. Multimetrem analogowym UM-221. W celu dokonania pomiaru natężenia prądu stałego multimetrem analogowym należy: 12

13 wybrać odpowiedni zakres pomiarowy i rodzaj mierzonej wielkości na A= za pomocą przełącznika znajdującego w multimetrze, przy wyborze zakresu należy pamiętać, aby spodziewana wartość mierzona była większa od połowy ustawionego zakresu, połączyć przewody pomiarowe odpowiednio z wejściem V,A oraz z wejściem - multimetru, połączyć odpowiednio przewody na zaciskach elementu, dla którego mierzony będzie prąd stały, odczytać wartość na podstawie wychylenia wskazówki i odpowiedniej skali pomiarowej zgodnej z ustawieniami przyrządu pomiarowego, w przypadku gdy wskazówka nie osiągnęła połowy skali przyrządu pomiarowego, należy zmienić zakres pomiarowy, zanotować odczytany wynik pomiaru, wyłączyć obwód pomiarowy oraz odłączyć od niego przewody. 2. Multimetrem cyfrowym CHY 38. W celu dokonania pomiaru natężenia prądu stałego multimetrem cyfrowym należy: ustawić odpowiedni zakres pomiarowy dla oczekiwanej wartości mierzonej, połączyć przewody pomiarowe czerwony do wejścia ma lub A, czarny do wejścia COM, włączyć układ pomiarowy, połączyć przewody w miejscu dokonywania pomiaru zgodnie z polaryzacją (czerwony +, czarny - ), odczytać zmierzoną wartość, w przypadku źle dobranego zakresu zmienić go i ponownie odczytać mierzoną wartość, zanotować wynik pomiaru, wyłączyć układ pomiarowy, rozłączyć przewody pomiarowe. 3. Oscyloskopem cyfrowym GoldStar OS W celu dokonania pomiaru napięcia stałego oscyloskopem należy: przed wykonaniem pomiaru właściwego należy wybrać kanał pomiarowy CH1 lub CH2, podłączyć do wybranego kanału sondę pomiarową prądową, która zamienia prąd płynący w obwodzie na proporcjonalną wartość napięcia, ustawić potencjometr płynnej regulacji czułości pionowej wybranego kanału na maksymalne wychylenie w prawo aż do zeskoku, przełącznikiem skokowej regulacji czułości pionowej ustawić odpowiednią wartość Sy, przełącznik rodzaju sprzężenia ustawić w pozycji GND, wcisnąć przycisk AUTO, ustawić linię czasu na wybranej linii odniesienia, przełącznik rodzaju sprzężenia ustawić w pozycji DC, sprawdzić, czy podstawa czasu uległa przesunięciu w pionie o odległość Ly, wyznaczyć napięcie stałe zgodnie ze wzorem U=Ly*Sy proporcjonalne do mierzonego prądu, wyliczyć wartość mierzonego prądu I=k*U, gdzie k jest współczynnikiem proporcjonalności danej sondy prądowej. 13

14 Z powyższych uwag wynika, że pomiar prądu i napięcia za pomocą multimetrów jest pomiarem bezpośrednim mierzonej wartości, natomiast pomiar tych samych parametrów za pomocą oscyloskopu to pomiar pośredni, gdyż wymaga wykonania dodatkowych obliczeń w zależności od mierzonej wielkości. Przykładem pomiaru pośredniego z wykorzystaniem innych wielkości będzie pomiar mocy, w którym najpierw należy zmierzyć wartość natężenia prądu I płynącego przez dany element, następnie wartość napięcia U. Mając obie wartości, można obliczyć moc ze wzoru P = U * I. Znając wartość natężenia prądu i jego napięcia, można wyznaczyć również rezystancję danego elementu, korzystając z zależności R = U/I. Przy wykonywaniu pomiarów należy uwzględnić błędy pomiarowe. Wynikają one z tego, że wartość mierzona nie jest znana, a pomiar ma na celu jedynie przybliżenie tej wielkości, jako że dokładne jej wyznaczenie uznać trzeba za niemożliwe. Każdy pomiar może być obarczony błędami wynikającymi z: ograniczonej dokładności przyrządów pomiarowych, ograniczeń wynikających z zastosowanej metody pomiarowej, niedoskonałości zmysłów obserwatora, wpływu innych czynników, które zakłócają pomiar. Ograniczona dokładność przyrządów pomiarowych wynika z właściwości materiałów użytych do ich budowy, niedoskonałości wykonania elementów składowych oraz niedokładności wzorcowania. Nie istnieją idealne przyrządy pomiarowe, a jedynie takie, które posiadają ograniczoną dokładność charakteryzowaną przez błąd graniczny Δgr. Wyznacza on największą wielkość błędu wskazania, jaka może wystąpić w dowolnym punkcie zakresu pomiarowego przyrządu nawet w przypadku jego poprawnego użytkowania w warunkach odniesienia. Bezwzględny błąd graniczny pomiaru miernikiem analogowym jest stały w całym zakresie pomiarowym i zależy od klasy przyrządu i zakresu pomiarowego. Δgr = K * Z/100, gdzie K klasa dokładności urządzenia, Z zakres pomiarowy. Względny błąd graniczny, który jest stosunkiem błędu granicznego do wartości mierzonej, maleje wraz ze wzrostem tej wartości. Δgr = (Δgr/X)*100%, gdzie Δgr bezwzględny błąd graniczny, X zmierzona wartość. Z powyższych powodów zakres przyrządu należy dobrać w taki sposób, aby wychylenie wskazówki znajdowało się w części podziałki powyżej 1/2 zakresu. Przykład Woltomierzem o zakresie pomiarowym Zu = 250 V i wskaźniku klasy K = 0,5 zmierzono napięcia 25 V, 125 V i 250 V. Bezwzględny błąd graniczny nie zależy od wartości zmierzonej i dla zakresu pomiarowego 250 V wynosi: Δgr = K*Zu/100 = 0,5*250 V/100 = 1,25 V i jest stały. Z kolei względny błąd graniczny dla poszczególnych zakresów wyniesie odpowiednio: dla napięcia zmierzonego U = 25 V jednej dziesiątej zakresu pomiarowego δgr = (Δgr/U)*100% = (1,25/25)*100% = 5%, dla napięcia zmierzonego U = 125 V jednej dziesiątej zakresu pomiarowego δgr = (Δgr/U)*100% = (1,25/125)*100% = 1%, 14

15 dla napięcia zmierzonego U = 250 V jednej dziesiątej zakresu pomiarowego δgr = (Δgr/U)*100% = (1,25/250)*100 = 0,5%. Dla wskazania 250 V błąd graniczny jest równy klasie dokładności danego przyrządu pomiarowego. Ograniczenia wynikające z zastosowanej metody pomiarowej wynikają przede wszystkim z oddziaływania przyrządów pomiarowych na wielkość mierzoną lub zjawisko będące źródłem tej wielkości i są nazywane błędem metody. Przykładem może być włączenie amperomierza, co zmienia rozkład prądów i napięć w badanym obwodzie. Niedoskonałość zmysłów obserwatora powoduje wprowadzenie błędów tam, gdzie wynik pomiaru jest oceniany za pomocą zmysłów, np.: położenie wskazówki na podziałce, natężenie dźwięku oceniane za pomocą słuchu, barwa lub temperatura światła oceniana na podstawie obserwacji wzrokowej. Do innych czynników zakłócających pomiar zazwyczaj zaliczamy zakłócenia o charakterze losowym, a więc takie, których wpływu na wynik pomiaru nie da się przewidzieć. Bibliografia: 1. Katalogi układów elektronicznych 2. Katalogi podzespołów elektronicznych 3. Instrukcje obsługi urządzeń pomiarowych 15