POMIAR CZĘSTOTLIWOŚCI I INTERWAŁU CZASU

Transkrypt

1 Nr. Ćwicz. 7 Politechnika Rzeszowska Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych Laboratorium Metrologii I POMIAR CZĘSOLIWOŚCI I INERWAŁU CZASU Grupa:... kierownik Ocena I. CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest poznanie podstawowych metod pomiaru częstotliwości metody analogowe, zasada cyrowego pomiaru częstotliwości i interwału czasu, pomiary częstotliwości z wykorzystaniem oscyloskopu elektronicznego. II. ZAGADNIENIA. Symbole dotyczące dokładności i deinicje klasy dokładności mierników. 2. Budowa i zasada działania ilorazowego miernika częstotliwości. 3. Zasada działania miernika z przetwarzaniem częstotliwość/prąd. 4. Bezpośredni i pośredni cyrowy pomiar częstotliwości. 5. Cyrowy pomiar interwału czasu i okresu. 6. Pomiar częstotliwości za pomocą oscyloskopu. 7. Pomiar częstotliwości metodą porównania z wzorcem. 8. Niepewność zliczania impulsów. 9. Schemat blokowy układu pomiarowego uniwersalnego miernika częstotliwości i okresu sygnałów periodycznych (ogólnie interwału czasu). Opis urządzenia kasety dydaktycznej Urządzenie zawiera bloki unkcjonalne potrzebne do zrealizowania cyrowych mierników częstotliwości, okresu i interwału czasu. Data Rys. Płyta czołowa kasety dydaktycznej Podstawowymi blokami przedstawionego na rysunku 3 urządzenia są: generator kwarcowy, dzielnik częstotliwości, układ licznika, bramka, układ sterownia, wyświetlacz. Laboratoryjna kaseta dydaktyczna wyposażona jest w cztery przełączniki. Pierwszy od lewej, niebieski, służy do automatycznego pomiaru wartości czasu lub częstotliwości (w zależności od wykonanych połączeń). Automatycznie przed pomiarem kasowany jest wyświetlacz. Żółty przełącznik służy do wyboru częstotliwości wzorcowej, może ona zmieniać się skokowo od 0, Hz do 00kHz. Bieżąca wartość częstotliwości wzorcowej sygnalizowana jest załączeniem diody poniżej wybranej częstotliwości. Możliwe jest ręczne uruchomienie

2 zliczania impulsów podawanych na licznik (cyrowy pomiar czasu), w tym celu korzystamy z przełącznika SAR do uruchomienia zliczania, oraz SOP do zatrzymania zliczania. Licznik w tym przypadku może zliczać zarówno impulsy generatora wzorcowego jak również impulsy pochodzące z zewnętrznego generatora. W przypadku, gdy na wejście sterowania bramki podany zostanie sygnał z generatora wzorcowego, natomiast na wejście licznika sygnał badany, miernik pracuje jako częstościomierz. Funkcję cyrowego miernika okresu sygnału można zrealizować podając na wejście licznika sygnał z generatora wzorcowego, natomiast na wejście sterowania bramki sygnał badany. Laboratoryjna kaseta dydaktyczna może pełnić unkcję stopera (z zadawaną rozdzielczością wybór częstotliwości wzorcowej). Zewnętrzne połączenia przewodów należy tak wykonać, aby układ pracował jako miernik interwału czasu. Czas otwarcia bramki zadawany jest za pomocą przełączników SAR/SOP. III. PROGRAM ĆWICZENIA. Zestawić układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem (rys. 2) Przed przystąpieniem do wykonywania ćwiczenia należy włączyć generator unkcyjny, generator wzorcowy i częstościomierz cyrowy w celu ustabilizowania się warunków termicznych pracy tych przyrządów. Sprawdzić działanie urządzenia licznik + generator jako układu stopera, o zmiennej (wybranej) rozdzielczości w zależności od częstotliwości w. W tym celu należy podłączyć wyjścia generatora na wejścia licznika, po wyborze częstotliwości wzorcowej przycisnąć SAR po kilku sekundach SOP, następnie powtórzyć pomiar dla innej częstotliwości wzorcowej, wyniki porównać.. Połączyć układ wg. rys. 2 schematu pomiaru częstotliwości sieci energetycznej, a urządzenie licznik + generator połączyć jako cyrowy miernik częstotliwości. Rys. 2. Schemat układu pomiarowego częstotliwości sieci energetycznej 4. Dobrać częstotliwość wzorcową tak, aby na wyświetlaczu była maksymalna liczba cyr. Zapisać wartość częstotliwości wzorcowej. 5. Zanotować wartości częstotliwości zmierzone za pomocą miernika analogowego i częstościomierza PFL. 6. Obliczyć wartość częstotliwości na podstawie wskazania urządzenia licznik + generator i porównać z wynikami otrzymanymi z pozostałych przyrządów. 7. Wyznaczyć częstotliwość graniczną dla urządzenia licznik + generator. Wyznaczanie częstotliwości sieci energetycznej

3 .. Pomiar miernikiem z przetwornikiem elektronicznym o ustroju magnetoelektrycznym Zakres pomiaru częstotliwości: n ma - min Wskazanie miernika analogowego: Niepewność standardowa typu B: u B ( ) kl n 3 00 Wynik pomiaru częstotliwości sieci energetycznej miernikiem analogowym: ± u B ( ).2. Pomiar cyrowym miernikiem interwału czasu i częstotliwości PFL Wskazanie miernika cyrowego PFL:.3. Pomiar oscyloskopem elektronicznym z wykorzystaniem kalibrowanej podstawy czasu Odczyt: l Stała podstawy czasu: C Wartość okresu: l C.4. Pomiar częstotliwości za pomocą urządzenia licznik + generator Częstotliwość wzorcowa: w Odczyt: N N w

4 2. Dobór częstotliwości generatora wzorcowego dla bezpośredniego pomiaru częstotliwości Do układu połączonego jak w poprzednim punkcie ćwiczenia. Wykonać pomiary częstotliwości dla różnych wartości częstotliwości wzorcowej. Zmieniając jej wartość od najmniejszej do największej, zanotować w tabeli wartości zliczone przez licznik. Obliczyć wartość względną niepewności typu B zliczania U B rel (N) dla poszczególnych pomiarów, porównać otrzymane wyniki, omówić wyniki z prowadzącym ćwiczenie. Względna niepewność standardowa częstotliwości generatora wzorcowego w urządzeniu licznik + generator oraz względna niepewność standardowa wynikająca z czasu przełączania bramki są rzędu poniżej 0-5, i mają pomijalnie mały (w porównaniu z niepewnością zliczania impulsów) wpływ na niepewność wyniku pomiaru częstotliwości. Lp. N w w u B rel (N) w [imp.] [ ] [ ] [ ] [%] N N w Względna niepewność standardowa zliczania impulsów: ( N ) 00 % u B rel 3 N 3. Dobór częstotliwości generatora wzorcowego dla pośredniego pomiaru częstotliwości Zmienić zewnętrzne połączenia w układzie licznik- generator tak, aby uzyskać cyrowy miernik okresu. Zmierzyć wartość okresu dla różnych wartości częstotliwości wzorcowej. Obliczyć wartości częstotliwości oraz błąd zliczania. Porównać wyniki uzyskane w metodzie pośredniej z wynikami uzyskanymi w metodzie bezpośredniej. Lp. N w w t u B rel (N) [imp.] [ ] [ ] [ ] [ ] [%]

5 Wartość okresu: N w Względna niepewność standardowa zliczania impulsów: ( N ) 00 % u B rel 3 N Obliczyć wartość częstotliwości granicznej g częstościomierza użytego do pomiarów. Wskazać, dla jakich częstotliwości pośredni pomiar częstotliwości tym miernikiem jest bardziej dokładny niż pomiar bezpośredni. w ma g w ma gdzie: wma maksymalna częstotliwość wzorcowa wma okres najmniejszej częstotliwości wzorcowej < g - korzystniejszy...pomiar częstotliwości; > g - korzystniejszy...pomiar częstotliwości. IV. PYANIA KONROLNE. Podać deinicję częstotliwości i okresu stanowiące podstawę cyrowych pomiarów tych parametrów. 2. Omówić podstawowe bloki unkcjonalne układu do cyrowego pomiaru częstotliwości. Wynik pomiaru. 3. Co decyduje o niedokładności cyrowego pomiaru częstotliwości? 4. Omówić podstawowe bloki unkcjonalne układu do cyrowego pomiaru interwału czasu. Wynik pomiaru. 5. Omówić pojęcia: niepewność zliczania impulsów, niepewność bramkowania, niepewność wzorca częstotliwości i interwału czasu, niepewność cyrowego pomiaru częstotliwości i interwału czasu. 6. Jak osiągnąć dużą dokładność pomiaru częstotliwości w przypadku małych częstotliwości np. 50 Hz? 7. Jak zminimalizować niepewność zliczania dla cyrowego pomiaru małej częstotliwości? 8. Co wpływa na niedokładność pomiaru częstotliwości oscyloskopem? 9. Co decyduje o niedokładności pomiaru w metodzie porównania do wzorca? V. LIERAURA. Dyszyński J; Metrologia Elektryczna i Elektroniczna. Laboratorium cz.i. Rzeszów: Wyd. PRz, Marcyniuk A., Piasecki E., Pluciński M., Szadkowski B.: Podstawy metrologii elektrycznej, Warszawa: WN, Ratyńska J.: Laboratorium techniki pomiarowej. Radom Zakład Poligraiczny Politechniki Radomskiej, Rydzewski J.: Pomiary oscyloskopowe, Warszawa: WN, Sahner G.: Wstęp do miernictwa cyrowego, Warszawa: WKŁ, 982