ĆWICZENIE 8 WOLTOMIERZ CYFROWY 16.1 Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jes poznanie zasady działania i właściwości merologicznych wolomierzy cyfrowych. 16.2 Wprowadzenie 16.2.1 Wiadomości wsępne Wolomierze cyfrowe należy zaliczyć do najpowszechniej sosowanych przyrządów pomiarowych. Wynika o z faku, że napięcie jes najczęściej mierzoną wielkością elekryczną. Powszechność sosowania wolomierzy cyfrowych spowodowana jes również ich licznymi zaleami, do kórych należy zaliczyć: dużą dokładność pomiaru, auomayczny wybór zakresów pomiarowych, króki czas pomiaru, bezpośredni odczy wyniku pomiaru, ławość przechowywania i przewarzania informacji i inne. Wolomierz cyfrowy zbudowany jes z nasępujących podsawowych bloków funkcjonalnych: układu wejściowego, przewornika analogowocyfrowego (A/C) i wskaźnika cyfrowego (rys.16.1). X kład k X Przewornik N wejściowy A/C Wskaźnik cyfrowy Rys. 16.1. Schema blokowy wolomierza cyfrowego kład wejściowy służy do zmiany zakresów wolomierza. Najczęściej funkcję układu wejściowego spełnia rezysancyjny dzielnik napięcia. Dzielnik en powinien charakeryzować się dużą rezysancją wejściową oraz odpowiednią do klasy wolomierza dokładnością podziału napięcia. Typowe warości rezysancji wejściowej dzielników rezysancyjnych są rzędu 1 MΩ. zyskanie większych warości rezysancji wejściowych jes możliwe w układach wejściowych zbudowanych z elemenów ak-
24 Laboraorium merologii elekrycznej ywnych. W wielu współczesnych wolomierzach cyfrowych wybór zakresu pomiarowego jes zauomayzowany. Również w sposób auomayczny określana jes polaryzacja mierzonego napięcia. kłady wejściowe wolomierzy cyfrowych napięcia sałego wyposażone są zwykle w filr dolnoprzepusowy, kórego zadaniem jes łumienie zakłócających napięć zmiennych nałożonych na mierzone napięcie sałe. O właściwościach merologicznych wolomierzy cyfrowych napięcia sałego decyduje rodzaj zasosowanego przewornika A/C. Z ego powodu można przyjąć, że najisoniejszym kryerium, według kórego klasyfikowane są wolomierze cyfrowe, jes zasada działania przewornika A/C. Ze względu na zasadę działania przeworniki A/C dzielone są na dwie zasadnicze grupy: przeworniki o przewarzaniu pośrednim i przeworniki o przewarzaniu bezpośrednim. W grupie przeworników z przewarzaniem pośrednim podział przebiega pomiędzy przewornikami przewarzającymi napięcie na odcinek czasu i przewornikami przewarzającymi napięcie na częsoliwość. Przeworniki bezpośrednie dzielą się na przeworniki kompensacyjne i przeworniki bezpośredniego porównania. Wśród przeworników z przewarzaniem napięcia na odcinek czasu do najpopularniejszych zalicza się przeworniki impulsowo-czasowe oraz przeworniki z podwójnym całkowaniem, a w grupie przeworników z przewarzaniem bezpośrednim - przeworniki kompensacyjne z kompensacja wagową. Sąd eż do najczęściej sosowanych wolomierzy zaliczane są: wolomierze impulsowo-czasowe, wolomierze z podwójnym całkowaniem, wolomierze kompensacyjne. 16.2.2 Wolomierz impulsowo-czasowy W wolomierzach z przewarzaniem napięcia na odcinek czasu realizowane są dwie podsawowe operacje: zamiana napięcia na odcinek czasu i cyfrowy pomiar odcinka czasu. Pierwsza z wymienionych operacji polega najczęściej na wyznaczaniu czasu, kóry upływa od pewnej chwili, określonej jako począek pomiaru, do momenu zrównania się mierzonego napięcia z napięciem odniesienia (wzorcowym). Do ego celu wykorzysywane są układy porównujące (komparaory). Cyfrowy pomiar czasu realizowany jes w układzie: generaor impulsów wzorcowych, bramka, licznik (rys. 16.2a).
Ćwiczenie 8: Wolomierz cyfrowy 25 a) X kład wejściowy K X kład porównujący B pb Zerowanie i znak Generaor napięcia liniowego G G kład serujący S B N X Bramka Licznik Wskaźnik cyfrowy G pa i b) G kład porównujący A Generaor impulsów wzorcowych K X pa pb S i T i B N X T i Rys. 16.2. Wolomierz cyfrowy impulsowo-czasowy: a) schema blokowy, b) przebiegi czasowe W przedsawionym wolomierzu napięcie liniowo narasające G (rys.16.2.b) podawane jes równocześnie na wejścia dwóch układów porównujących, w chwili, w kórej napięcie G przyjmuje warość równą
26 Laboraorium merologii elekrycznej zeru z wyjścia układu porównującego A przesyłany jes impuls do układu serującego. kład serujący generuje impuls owierający bramkę. Od ego momenu licznik zlicza impulsy wzorcowe. Czas owarcia bramki kończy się w chwili zrównania się napięcia G z napięciem K X. Wówczas układ porównujący B generuje impuls, kóry poprzez układ serujący zamyka bramkę. Liczba impulsów zliczonych przez licznik w czasie jes równa N x = = f N (16.1) T i gdzie: f N - częsoliwość impulsów wzorcowych. Przyjmując, że napięcie G narasa liniowo z szybkością v, można odcinek czasu wyznaczyć z zależności gdzie: K- sała przewarzania układu wejściowego. Podsawiając (16.2) do (16.1) uzyskuje się 1 = K x (16.2) v N x 1 = KfN x (16.3) v Z zależności (16.3) wynika, że napięcie mierzone X jes proporcjonalne do liczby zliczonych impulsów N X. W przedsawionym układzie polaryzacja mierzonego napięcia określana jes przez układ serujący w zależności od kolejności pojawiania się impulsów na wyjściach układów porównujących (por. rys.16.2b) Bardzo prosa zasada działania przedsawionego wolomierza okupiona jes jednak kilkoma isonymi wadami, kóre powodują, że są one coraz rzadziej sosowane. Podsawową wadę sanowi sosunkowo mała dokładność przewarzania spowodowana nieliniowością i niesabilnością szybkości narasania napięcia liniowego. Ponado wolomierze e charakeryzuje względnie długi czas przewarzania (rzędu 1-1 ms) oraz duża wrażliwość na zakłócające napięcia zmienne w czasie, nakładające się na mierzone napięcie. Typowe zakresy pomiarowe wolomierzy impulsowo-czasowych mieszczą się w przedziale od 1 mv do 1V, a niedokładność pomiaru jes rzędu.1-.2%.
Ćwiczenie 8: Wolomierz cyfrowy 27 16.2.3 Wolomierz z podwójnym całkowaniem W wolomierzu z podwójnym całkowaniem można wyróżnić dwie fazy przewarzania napięcia na odcinek czasu. W pierwszej fazie, kórej czas rwania jes dokładnie znany, całkowane jes napięcie mierzone. W drugiej fazie jes całkowane napięcie wzorcowe. Czas rwania drugiej fazy, co zosanie poniżej wykazane, jes proporcjonalny do mierzonego napięcia. Pierwsza faza całkowania rozpoczyna się w momencie wysłania przez układ serujący impulsu usawiającego klucz P w pozycji1 (rys.16.3b). W ej samej chwili zosaje owara bramka i licznik zaczyna zliczać impulsy wzorcowe. Dołączenie do wejścia inegraora napięcia K X powoduje, że na jego wyjściu napięcie liniowo maleje (jeśli X > ) lub narasa ( X < ) do warości CO lub + CO. Faza a kończy się w chwili, gdy licznik zliczy liczbę impulsów wynikającą z jego pojemności. Osani zliczany impuls zeruje licznik oraz poprzez układ serujący przełącza klucz P w położenie 2, inicjując w en sposób drugą fazę całkowania. W momencie zakończenia pierwszej fazy całkowania napięcie na wyjściu inegraora przyjmuje warość (dla X > ) C 1 K = K xd = x (16.4) RC RC gdzie: K - sała przewarzania układu wejściowego, - czas całkowania napięcia. X Czas całkowania określony jes wzorem N = (16.5) max f n gdzie: N max F N - pojemność licznika, - częsoliwość impulsów wzorcowych.
28 Laboraorium merologii elekrycznej a) Generaor impulsów wzorcowych i X kład K X 1 wejściowy 2 W R C C Inegraor kład porównujący P S Zerowanie i znak Bramka S b) Źródło napięcia wzorcowego Biegunowość kład serujący Licznik N Wskaźnik cyfrowy K X C W C P S i T i S N max T i N X T i Rys. 16.3. Wolomierz cyfrowy z podwójnym całkowaniem: a) schema blokowy, b) przebiegi czasowe W drugiej fazie całkowania do wejścia inegraora zosaje dołączone napięcie W o polaryzacji przeciwnej w sosunku do napięcia mierzone-
Ćwiczenie 8: Wolomierz cyfrowy 29 go. Faza druga zosaje zakończona w momencie osiągnięcia przez napięcie wyjściowe inegraora warości zerowej. Momen en wykrywany jes przez układ porównujący, kóry wysyła do układu serującego impuls kończący drugą fazę całkowania. Podczas rwania drugiej fazy całkowania przebieg napięcia wyjściowego inegraora określony jes zależnością C 1 = C RC W d = K RC x W + RC (16.6) względniając fak, że po upływie czasu napięcie C przyjmuje warość zerową, z (16.6) uzyskuje się x = K W (16.7) Jeśli przyjąć, że w czasie licznik zliczył N X impulsów, wówczas czas drugiej fazy całkowania wyznacza się z zależności N x = (16.8) f względniając zależności (16.6), (16.7) i (16.8) uzyskuje się osaecznie N N x N max = K x (16.9) W Z zależności (16.9) wynika, że liczba impulsów zliczona podczas drugiej fazy całkowania jes proporcjonalna do mierzonego napięcia. Wynik pomiaru odczyany na cyfrowym polu odczyowym jes bezpośrednio wyrażony w jednoskach napięcia. Z zależności ej wynika również, że eoreycznie na wynik przewarzania nie mają wpływu paramery inegraora oraz długoczasowa niesabilność częsoliwości generaora impulsów wzorcowych. Wynika sąd duża dokładność wolomierzy z podwójnym całkowaniem. Sosunkowo prosymi środkami echnicznymi uzyskuje się błąd pomiaru napięcia rzędu.1-.5%. Kolejny ważny wniosek wynikający z zasady działania wolomierza z podwójnym całkowaniem wskazuje, że wynik pomiaru jes proporcjonalny do warości średniej napięcia X w pierwszej fazie całkowania. Te inegracyjne właściwości wolomie-
3 Laboraorium merologii elekrycznej rzy z podwójnym całkowaniem powodują, że charakeryzują się one dużą odpornością na zakłócenia. Miarą odporności wolomierza na zakłócenia szeregowe jes współczynnik łumienia zakłóceń szeregowych NMRR (Normal Mode Rejecion Raio), zdefiniowany jako sosunek wskazania wolomierza przy pomiarze napięcia sałego o warości równej ampliudzie napięcia zmiennego (zakłócającego) do wskazania wolomierza przy pomiarze napięcia zmiennego. Współczynnik en, podawany najczęściej w decybelach, dany jes wzorem NMRR db = 2log (16.1) Z przy czym: - wskazanie wolomierza podczas pomiaru napięcia sałego, Z - wskazanie wolomierza podczas pomiaru napięcia zmiennego. W celu obliczenia współczynnika łumienia zakłada się, że do wejścia wolomierza zosaje doprowadzone napięcie zmienne u z = sin( ω + ϕ ) (16.11) z, m z z Wskazanie wolomierza będzie proporcjonalne do warości średniej śr w czasie rwania pierwszej fazy całkowania śr K K z, m = u zd = [cos( ω z + ϕ z ) cosϕ z ] (16.12) RC RC Sosując przekszałcenie rygonomeryczne 1 ω z cos( ω z + ϕ z ) cosϕ z = 2sin ( ω z + 2ϕ z )sin (16.13) 2 2 oraz uwzględniając, że uzyskuje się, po przekszałceniu zależności (16.12) ω z = 2πf z (16.14)
Ćwiczenie 8: Wolomierz cyfrowy 31 śr K z, m 1 = sin ( ω z + 2ϕ z )sinπf (16.15) RCf 2 z Warość śr jes największa (najmniej korzysny przypadek zn. najsilniejszy wpływ napięcia zakłócającego) dla akiego kąa ϕ z, przy kórym spełniony jes warunek 1 sin ( z + 2 z ) = ± 1 2 ω ϕ (16.16) względnienie warunku (16.16) oznacza, że maksymalna warość wskazana przez wolomierz (zarówno ujemna jak i dodania) podczas pomiaru napięcia sałego będzie proporcjonalna do warości K = (16.17) z, m śr, max sinπf z RCπf z względnienie zależności (16.14) oraz (16.17), pozwala w oparciu o zależność (16.1) wyznaczyć współczynnik łumienia zakłóceń szeregowych NMRR db = 2log (16.18) K RC x πf z = 2log K z, m sinπf sinπf RCπf z z z Wzór (16.18) uzyskano przyjmując, zgodnie z definicją współczynnika zakłóceń szeregowych (por. zal.16.1), że x = z,m. Wykres współczynnika łumienia zakłóceń szeregowych w funkcji iloczynu f Z przedsawiono na rys.16.4. Dla f Z =1, 2,..., współczynnik łumienia jes eoreycznie równy nieskończoności i zakłócenia sinusoidalne nie wpływają na wynik pomiaru. Oznacza o również, że właściwy wybór czasu pierwszej fazy całkowania zapewnia eliminację wpływu zakłóceń szeregowych. Ponieważ najczęściej zakłócenia pochodzą od sieci energeycznej (f Z =5 Hz), czas całkowania dobiera się ak, aby był równy okresowi napięcia zakłócającego ( =2ms) lub jego całkowiej wielokroności. Przebieg zależności współczynnika łumienia wskazuje również, że ze wzrosem f Z (prakycznie oznacza o wzros częsoliwości sygnału zakłócającego) dodakowo wzrasa łumienie również dla innych częsoliwości (prosa, na kórej leżą minima funkcji NMRR).
32 Laboraorium merologii elekrycznej NMRR[dB] 5 NMRR WC +NMRR FD 4 NMRR FD 3 2 NMRR WC 1 NMRR WCmin f Z,4,6,8 1, 2, 3, 4, 5, Rys. 16.4. Tłumienie sygnału zakłócającego przez wolomierz z podwójnym całkowaniem 16.2.4 Wolomierz kompensacyjny W cyfrowym wolomierzu kompensacyjnym mierzone napięcie X jes porównywane ze skwanowanym napięciem wzorcowym (rys.16.5.). Źródłem napięcia wzorcowego jes przewornik cyfrowo-analogowy (C/A). Napięcie wyjściowe przewornika C/A jes proporcjonalne do sygnału cyfrowego L(A) w posaci N-biowego słowa (najczęściej w kodzie binarnym), doprowadzonego na wejście cyfrowe przewornika.
Ćwiczenie 8: Wolomierz cyfrowy 33 a) K X X kład kład P wejściowy porównujący kład serujący Wskaźnik cyfrowy b) K Przewornik cyfrowoanalogowy L(A) K K X.5R.25 R 1 1 1 1 1 2 3 4 5 6 Rys. 16.5. Cyfrowy wolomierz kompensacyjny: a) schema blokowy, b) przebieg kompensacji Napięcie wyjściowe K przewornika C/A określone jes zależnością K = L( A) = a 2 R N R m m= 1 m (16.19) gdzie: R - napięcie odniesienia przewornika C/A (paramer charakeryzujący przewornik C/A), L(A)- warość liczbowa reprezenowana przez słowo kodowe A = a 1, a 2,..., a N ; a m = lub 1, N - liczba biów słowa kodowego A. Minimalna warość o jaką może zmienić się napięcie K nazwana kwanem napięcia wzorcowego K wynosi R N = 2 (16.2) Napięcie mierzone po przejściu przez układ wejściowy jes porównywane z napięciem K, kórego warość zmienia się skokowo z częsoli-
34 Laboraorium merologii elekrycznej wością wyznaczoną przez generaor wewnęrzny (generaor akujący) układu serującego. W ak impulsów generaora akującego włączane są kolejne przyrosy napięcia wzorcowego od największego do najmniejszego. Jeżeli w danym akcie zachodzi K X < K, o układ porównania, poprzez układ serujący, powoduje wyłączenie osaniego włączonego przyrosu napięcia K. Jeżeli naomias zachodzi K X > K, o napięcie wzorcowe pozosaje włączone. Wynik pomiaru odpowiada warości liczbowej słowa kodowego L(A) w sanie, dla kórego K X K. Słowo kodowe A po odpowiednim zdekodowaniu wyświelane jes na polu odczyowym wolomierza. Na rys. 16.5b. przedsawiono przebieg procesu przewarzania dla 6- biowego przewornika C/A. W prakyce sosowane są w wolomierzach cyfrowych przeworniki C/A o znacznie większej rozdzielności (12...16 biów). Zapewnia o błąd rozdzielczości pomiaru napięcia.1 -.2%. Cyfrowy wolomierz kompensacyjny mierzy warość chwilową napięcia. Jeśli do wejścia wolomierza doprowadzone jes łącznie z mierzonym napięciem również napięcie zakłócające, o wolomierz wskaże warość napięcia w chwili osaniego porównania. W celu zminimalizowania wpływu zmiennych w czasie napięć zakłócających sosowane są na wejściu wolomierza filry dolnoprzepusowe. Wydłużają one jednak czas pojedynczego pomiaru. Cyfrowe wolomierze kompensacyjne zaliczane są do najdokładniejszych i najszybciej działających przyrządów do pomiarów napięć sałych. Najlepsze z wykonywanych wolomierzy kompensacyjnych osiągają błąd podsawowy.1% oraz czasy przewarzania rzędu ułamków mikrosekundy. 16.2.5 Cyfrowy pomiar napięcia zmiennego, prądu i rezysancji Cyfrowe wolomierze napięcia sałego mogą, w połączeniu z odpowiednimi przewornikami, służyć również do pomiaru innych wielkości elekrycznych. Powsające w en sposób uniwersalne przyrządy cyfrowe (mulimery cyfrowe) sosowane są do pomiarów napięć i prądów sałych i zmiennych, rezysancji, pojemności, częsoliwości. Cyfrowy pomiar napięć zmiennych odbywa się, podobnie jak analogowy, przez przewarzanie warości średniej, skuecznej lub maksymalnej ych napięć na napięcie sałe. Zagadnienie o zosało szerzej przedsawione we wprowadzeniu do ćwiczenia nr 9. Oddzielną grupę cyfrowych wolomierzy napięć zmiennych sanowią wolomierze próbkujące (rys.16.6.)
Ćwiczenie 8: Wolomierz cyfrowy 35 X kład wejściowy K X kład próbkujący A/C µk Wskaźnik cyfrowy Rys. 16.6. Schema blokowy wolomierza próbkującego Napięcie mierzone po wsępnym przeworzeniu w układzie wejściowym poddane jes próbkowaniu. Próbkowanie polega na pobieraniu w określonych odsępach czasu próbek napięcia w celu ich dalszego przeworzenie. Spróbkowane napięcie mierzone przeworzone jes w przeworniku A/C na posać cyfrową i wprowadzone do pamięci mikrokompuera µk. Mikrokompuer na podsawie zgromadzonych próbek oblicza warość wielkości mierzonej. Zasosowanie mikrokompuera pozwala na obliczenie, a ym samym na pomiar warości skuecznej, średniej i szczyowej napięcia. Możliwe jes również, przy zasosowaniu odpowiedniego oprogramowania przyrządu, przeprowadzenie analizy harmonicznych oraz obliczanie współczynników charakeryzujących mierzone napięcie. Pomiar prądu w mulimerach cyfrowych realizowany jes podobnie jak w miernikach analogowych przez pomiar spadku napięcia na boczniku rezysancyjnym. O błędzie pomiaru prądu decyduje niedokładność pomiaru napięcia oraz klasa zasosowanego bocznika Pomiaru rezysancji za pomocą mulimerów cyfrowych dokonuje się pośrednio przez pomiar spadku napięcia wywołanego na rezysancji dołączonej do zacisków mulimeru przez prąd o znanej warości. Do ego celu służy, sanowiące inegralną część przyrządu, elekroniczne źródło prądowe o naężeniu prądu wybieranym odpowiednio do zakresu pomiarowego rezysancji. Np. w mulimerze o zakresach pomiarowych rezysancji obejmujących warości 1kΩ-1MΩ naężenie prądu przyjmuje warość z zakresu 1 ma,1µa. Zapewnia o jednakową warość mierzonego spadku napięcia na każdym zakresie. 16.2.6 Niedokładność pomiaru wolomierzami cyfrowymi Ocena pomiaru napięcia wykonanego za pomocą wolomierza cyfrowego powinna uwzględniać wiele czynników, kóre mogą być przyczyną powsawania błędów. Do ego celu służą paramery opisujące właściwości merologiczne wolomierza, kóre powinny być zamieszczone w insrukcji echnicznej przyrządu. Paramery używane do oceny właściwości merologicznych cyfrowych przyrządów pomiarowych można podzielić na nasępujące grupy: paramery sayczne, paramery dynamiczne,
36 Laboraorium merologii elekrycznej współczynniki zmian paramerów saycznych i dynamicznych pod wpływem czynników zewnęrznych. Błąd sayczny podawany jes najczęściej jako suma dwóch składników, z kórych jeden a zależy od warości wielkości mierzonej X, drugi b - od użyego zakresu pomiarowego Z =± ( a + bz) (16.21) X Składniki a i b uworzone są przez różnego rodzaju błędy zależne od zasady działania przyrządu. Składowa a nazywana częso błędem podsawowym wolomierza zależy głównie od akich czynników jak: nieliniowość przewornika a/c, błąd wzorca, błąd układu wejściowego. Składowa a podawana jes w procenach warości mierzonej. Druga składowa b podawana jes w procenach użyego zakresu lub niekiedy w posaci liczby cyfr osaniej pozycji pola odczyowego wolomierza. O warości składowej b decyduje błąd rozdzielczości (błąd kwanowania) zasosowanego przewornika a/c. Błąd względny pomiaru napięcia X określony jes wzorem X Z δ X = ± a + b (16.22) X Zdarza się, że producen wolomierza podaje ylko składową błędu a. W akiej syuacji należy przyjąć, że składowa błędu b jes równa błędowi rozdzielczości zn. warości odpowiadającej jednej cyfrze osaniej pozycji pola odczyowego. Przykładowo dla wolomierza o zakresie 1V i czeropozycyjnym polu odczyowym (9.999 V) błąd rozdzielczości jes równy ±.1 V. 16.3 Program ćwiczenia 16.3.1 Zapoznać się z opisem płyy czołowej oraz paramerami użykowymi wolomierza cyfrowego V543 zawarymi w dokumenacji echnicznej przyrządu. 16.3.2 Dokonać pomiaru napięć sałych i zmiennych za pomocą wolomierza V543. Warunki pomiaru uzgodnić z prowadzącym ćwiczenia. 16.3.3 Przeprowadzić, za pomocą wolomierza V543, pomiary rezysancji rezysorów wskazanych przez prowadzącego ćwiczenia.
Ćwiczenie 8: Wolomierz cyfrowy 37 16.3.4 Badanie odporności całkującego wolomierza cyfrowego na szeregowe zakłócenia okresowe. 16.3.4.1 Wyznaczyć eksperymenalnie charakerysykę częsoliwościową współczynnika łumienia zakłóceń szeregowych wolomierza V543 dla dwóch nasępujących przypadków: a) filr wejściowy wolomierza wyłączony b) filr wejściowy wolomierza włączony Pomiary przeprowadzić w układzie pomiarowym, kórego schema blokowy przedsawiono na rys.16.7. Cyfrowy wolomierz napięcia zmiennego Generaor napięcia sinusoidalnego Badany wolomierz (V 543) µk Częsościomierz - czasomierz cyfrowy Rys. 16.7. Schema blokowy układu do pomiaru współczynnika łumienia zakłóceń szeregowych całkującego wolomierza cyfrowego 16.4 Wskazówki do wykonania ćwiczenia i sprawozdania 16.4.1 Przed przysąpieniem do pomiarów w p. 16.3.2. i 16.3.3. należy przygoować wolomierz do pracy w sposób opisany w insrukcji obsługi (p.16.3.1). W sprawozdaniu należy obliczyć błędy bezwzględne i względne pomiarów napięć sałych, zmiennych i rezysancji oraz podać wyniki końcowe pomiarów. 16.4.2 Pomiary wykonane w p.16.3.4. mają na celu eksperymenalne wyznaczenie charakerysyki częsoliwościowej współczynnika NMRR. Badanie wpływu zakłócającego sygnału sinusoidalnego na wynik pomiaru napięcia sałego cyfrowym wolomierzem całkującym jes wykonywane dla szczególnego przypadku, w kórym składowa sała jes równa zeru. Nie ma o wpływu na wynik
38 Laboraorium merologii elekrycznej końcowy, a umożliwia przeprowadzenie badań w układzie bez sosowania dodakowego źródła napięcia sałego. Wynik całkowania mierzonego napięcia zmiennego w czasie, a ym samym warość napięcia wskazana przez wolomierz, dla usalonego sosunku T Z zależy m.in. od kąa fazowego, przy kórym zaczyna się całkowanie. Z powodu asynchronizmu napięcia zmiennego uzyskiwanego z generaora oraz cyklu pracy wolomierza, ką fazowy, przy kórym rozpoczyna się całkowanie mierzonego napięcia jes zmienną losową. Efekem ego jes niesabilność wskazań wolomierza. Aby eksperymenalnie znaleźć największą warość wyniku całkowania, co jes porzebne dla wyznaczenia jednego punku poszukiwanej charakerysyki, należałoby wykonać serię pomiarów o dosaecznie dużej liczebności (dla znalezienia warości maksymalnej z wymaganą dokładnością). Aby uwolnić ćwiczących od konieczności żmudnego wyszukiwania wyników pomiarów o maksymalnej warości, badany wolomierz połączony jes z mikrokompuerem PC z zainsalowanym programem MESYST, kórego jedna z opcji pozwala śledzić na bieżąco warości maksymalnie i minimalne napięcia wejściowego wolomierza. Dokładne wskazówki umożliwiające posługiwanie się programem MESYST umieszczone są w opisie programu dosępnym podczas ćwiczeń na sanowisku laboraoryjnym. Wyznaczenie wybranego punku charakerysyki częsoliwościowej współczynnika NMRR wymaga nasawienia na zaciskach wyjściowych generaora, napięcia sinusoidalnego o określonej częsoliwości (pomiar za pomocą częsościomierza cyfrowego) oraz warości skuecznej (pomiar za pomocą wolomierza cyfrowego napięcia zmiennego). Dla ak usalonych warunków pomiaru należy zaobserwować na ekranie moniora i zanoować warość maksymalną napięcia. Pomiaru warości maksymalnej należy za każdym razem dokonać w układzie z wyłączonym i włączonym filrem wejściowym badanego wolomierza. Charakerysykę częsoliwościową wyznacza się dla zakresu częsoliwości od 2 Hz do 22 Hz. Podczas pomiarów należy, dla dwóch wybranych przypadków (małej i dużej warości współczynnika łumienia), zaobserwować przebieg zmian warości napięcia wskazywanej przez wolomierz (obserwując wynik pomiaru na ekranie moniora) i sposrzeżenia z obserwacji odnoować w sprawozdaniu.
Ćwiczenie 8: Wolomierz cyfrowy 39 W sprawozdaniu należy obliczyć warości współczynnika łumienia dla każdej warości częsoliwości posługując się wzorem NMRR db = 2log 2 m AC gdzie: AC - warość skueczna napięcia wskazana przez wolomierz cyfrowy napięcia zmiennego, m - maksymalna warość napięcia wskazana przez wolomierz badany (odczyana przy zasosowaniu programu MESYST). W oparciu o uzyskane wyniki obliczeń należy wykreślić na wspólnym wykresie (w skali logarymicznej) charakerysyki współczynnika łumienia dla przypadku a) i b) (p.16.3.4.1). zyskane wyniki porównać z przebiegiem charakerysyki wyznaczonej z zależności (16.18). Porównując przebiegi prosych, na kórych leżą minima charakerysyki częsoliwościowej współczynnika łumienia przebiegów odpowiadających przypadkowi wyłączonego i włączonego filru wejściowego, określić wpływ filru dolnoprzepusowego na warość współczynnika łumienia zakłóceń szeregowych. 16.5 Zagadnienia do samodzielnego przygoowania 16.5.1 Zasada działania wolomierza z przewarzaniem napięcia na częsoliwość. 16.5.2 Zasada działania wolomierza z porójnym i poczwórnym całkowaniem. 16.6 Lieraura 1. Chwaleba A., Poniński M., Siedlecki A.: Merologia elekryczna. WNT, Warszawa 1998. 2. Dacko G., Jaskulski J., Koczela D.: Miernicwo elekryczne. Wydawnicwo Poliechniki Wrocławskiej, Wrocław 1993. 3. Marcyniuk A., Pasecki E., Pluciński M., Szadkowski B.: Podsawy merologii elekrycznej. WNT, Warszawa, 1984.
4 Laboraorium merologii elekrycznej 4. Srabowski M.: Miernicwo elekryczne - cyfrowa echnika pomiarowa. Oficyna Wydawnicza Poliechniki Warszawskiej, Warszawa, 1994.