Stredná priemyselná škola dopravná, Sokolská 911/94, 960 01 Zvolen Kód ITMS projektu: 26110130667 Názov projektu: Zvyšovanie flexibility absolventov v oblasti dopravy UČEBNÉ TEXTY Pracovný zošit č.12 Vzdelávacia oblasť: Predmet: Ročník, triedy: Tematický celok: Vypracoval: Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť Elektrotechnické merania Tretí, triedy III B, III C Základné merania Ing. Alžbeta Kršňáková Dátum: 15.6.2015 Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ
Obsah 1. TEÓRIA: OSCILOSKOP - PRINCÍP... 3 2. LABORATÓRNE CVIČENIE č.12: MERANIE ELEKTRICKÝCH VELIČÍN OSCILOSKOPOM. VERZIA UČITEĽ... 13 3. LABORATÓRNE CVIČENIE č.12:meranie ELEKTRICKÝCH VELIČÍN OSCILOSKOPOM. VERZIA ŽIAK... 17 4. POUŽITÉ ZDROJE... 21 Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 2 z 21
MERANIE ELEKTRICKÝCH VELIČÍN OSCILOSKOPOM 1. TEÓRIA: OSCILOSKOP - PRINCÍP Elektronický osciloskop je univerzálny merací prístroj určený na zobrazenie rôznych fyzikálnych dejov, ktoré sa dajú zmeniť na elektrický signál. S výhodou sa využíva na zobrazenie časovo premenlivých dejov. Obraz na tienidle obrazovky je daný súčtom okamžitých hodnôt napätí privedených na vertikálny a horizontálny vychyľovací systém obrazovky osciloskopu. Bloková schéma osciloskopu Elektronický osciloskop sa skladá z týchto základných častí: a) obrazovka b) časová základňa c) horizontálny a vertikálny zosilňovač d) napájací zdroj Ak pozorujeme časovo závislé napäťové priebehy, pripájame sledované napätie na vstup Y vertikálneho zosilňovača časovú základňu na vstup X horizontálneho zosilňovača. Generátor časovej základne pripojený na horizontálny zosilňovač nám umožňuje časovo rozvinúť pozorovaný priebeh napätia privedeného na vstup Y. Ak privedieme na vstup X určité napätie, tak sa na obrazovke zobrazí vzájomná závislosť medzi napätím na vstupe Y a vstupe X. Popis meracej metódy: Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 3 z 21
Neznáme časové priebehy napätia pripájame na vstup Y osciloskopu. Na vstupnom deliči ( ociachovaný V/dielik) nastavíme taký rozsah, aby sledované napätie bolo vo vymedzenom poli obrazovky (os y). Na generátore časovej základne ( ociachovaná V/dielik) nastavíme taký rozsah, aby sme zobrazili časový priebeh sledovaného napätia (jedna až niekoľko periód). Rozdelenie osciloskopov podľa princípu činnosti: 1. analógové (klasické) 2. digitálne (plnia funkcie pamäťových/vzorkovacích) 1. analógové (klasické) Princíp činnosti: Analógové osciloskopy spracúvajú analógový signál. Sú vhodné na meranie periodicky opakujúcich sa priebehov, pretože k tomu, aby bol meraný signál na tienidle obrazovky pozorovateľný, musí sa neustále vykresľovať (obrazovka má krátky dosvit). Základným prvkom je obrazovka so svojimi vychyľovacími elektródami. Vertikálne vychyľovacie elektródy určujú polohu stopy vo vertikálnom a horizontálne v horizontálnom smere. Vertikálny zosilňovač - vertikálny zosilňovač je pripojený cez oddeľovací kondenzátor, ktorý slúži na odstránenie jednosmernej zložky meraného signálu. Účinok tohto kondenzátora je možné zrušiť skratovaním pomocou spínača AC/DC. Typický osciloskop ponúka rozsahy 10mV/d, 20mV/d, 50mV/d, 100mV/d, 200mV/d, 500mV/d, 1V/d, 2V/d, 5V/d, pričom rozmer V/d sa číta, ako Volt na dielik. Obrazovka osciloskopu je totiž obvykle vertikálne rozdelená na osem dielikov a citlivosť je udávaná v hodnote zmeny napätia, ktorá spôsobí zmenu polohy lúča o jeden dielik. Z týchto údajov je možné jednoducho vypočítať veľkosť napätia, ktoré spôsobí vertikálnu výchylku lúča po celej obrazovke tak, že citlivosť udávanú v napätí na dielik vynásobíme počtom dielikov na obrazovke. Osciloskop s uvedenými možnosťami nastavenia citlivosti zobrazuje podľa nastavenej citlivosti zmenu napätia meraného signálu o 80mV, 160mV, 400mV, 800mV, 1.6V, 4V, 8V, 16V, 40V zmenou polohy lúča o vertikálny rozmer obrazovky. Horizontálny zosilňovač - vstup horizontálneho zosilňovača je obvykle pripojený ku generátoru časovej základne. Prepínačom X-Y režimu je ho však možné pripojiť k externému vstupu horizontálneho vychyľovacieho signálu (vstup X). Takto je možné merať vzájomnú súvislosť dvoch signálov. Tento režim však nie je pre osciloskop typický a je málo používaný. Generátor časovej základne generuje taký priebeh napätia, ktorý lineárne rastie definovanou rýchlosťou v závislosti od času. Spôsobí tak pohyb stopy lúča konštantnou rýchlosťou v horizontálnom smere. Rýchlosť pohybu lúča sa udáva časom, ktorý uplynie pokiaľ lúč prejde vzdialenosť jedného dielika v horizontálnom smere. Rýchlosť pohybu lúča sa dá meniť zmenou rýchlosti nárastu napätia na výstupu generátora časovej základne. Obvykle je nastaviteľná s krokom 1:2:5. Typické nastavenia časovej základne sú napríklad: 10ns/d, 20ns/d, 50ns/d, 100ns/d, 200ns/d, 500ns/d, 1us/d,...atd. Pretože v Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 4 z 21
horizontálnom smere je obrazovka rozdelená obvykle na 10 dielikov, na obrazovke je viditeľný desaťkrát dlhší časový úsek meraného signálu, než ako je nastavenie časovej základne. O synchronizáciu periódy meraného napätia a časovej základne sa starajú synchronizačné obvody, ktoré sledujú meraný signál a na základe jeho okamžitého napätia a tendencie jeho zmeny (rast, alebo pokles) dávajú povel k štartu generátora časovej základne. Okamžitú hodnotu napätia, ako i tendenciu jeho zmeny je možné nastaviť. Generátor časovej základne môže byť synchronizovaný aj externým synchronizačným signálom. Príklad analógového osciloskopu Ovládacie prvky školského analógového prístroja: Popis Prenosný analógový osciloskop BM 574 sa používa pre meranie ako v laboratóriách, tak i pre servisné účely. Vertikálny zosilňovač umožňuje použitie v pásme 0 až 10 MHz, vychyľovací činiteľ 10 mv/dielik až 5 V/dielik. Časová základňa má rozsah 200 ms/dielik až 0,5 μs/ dielik. Rozsah kalibrovaných rýchlostí časovej základne, možnosť zaradenia časovej lupy 10x. 1. CAL - Kalibrácia citlivosti 2. Vertikálny posuv stopy na tienidle 3. Lupa (po stlačení sa efektívne zväčší na prepínači ČAS/DIL nastavená hodnota vychyľovacieho činiteľa 10x) 4. Voľba spúšťania časovej základne (NORM spustí ČZ len za prítomnosti signálu s dostatočnou úrovňou spúšťania 5. TV - spúšťanie časovej základne snímkovými impulzmi 6. Voľba spúšťania časovej základne zostupnou alebo nástupnou hranou vstupného signálu 7. Voľba spúšťania časovej základne vnútorným (INT) alebo externým (EXT) zdrojom 8. X - zapnutie horizontálneho zosilňovača Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 5 z 21
9. Vstupná zdierka horizontálneho zosilňovača 10. Vstupný delič horizontálneho zosilňovača 11.TIME/DIV - prepínač vychyľovacieho činiteľa časovej základne 12. Vstupná zdierka pre externú synchronizáciu 13. Vstupná zdierka pre amplitúdovú kalibráciu 14.V/DIV - prepínač vychyľovacieho činiteľa vertikálneho zobrazenia Plynulá zmena vychyľovacieho činiteľa (potenciometer súoso umiestnený s prepínačom vychyľovacieho činiteľa umožňuje znížiť vychyľovací činiteľ v rozsahu asi 1 : 2,5. Kalibrovaný vychyľovací činiteľ je zaručený v pravej krajnej polohe tohto potenciometra) 16. Vstupný BNC konektor (1 MΩ, 30 pf) 17. Voľba väzby meraného signálu (jednosmerná, striedavá cez C = 100 nf) 18. Nulovanie tlačidla 19.DC BALL - vyrovnanie nuly 20. Sieťový vypínač prístroja s kontrolkou zapnutia 21. Regulácia jasu stopy na obrazovke 22. Regulácia ostrosti stopy na tienidle 23. Spoločne s reguláciou ostrenia slúži k dosiahnutiu optimálnej ostrosti stopy na tienidle 24.LEVEL - nastavenie úrovne spúšťania časové základne s kontrolou spúšťania 25.VF - nastavenie synchronizácie časovej základne 26. Horizontálny posun stopy na tienidle Technické údaje Vertikálny systém Šírka pásma (-3 db): 0 až 10 MHz Striedavá väzba: 2 Hz až 10 MHz Vychyľovací činiteľ: 9 rozsahov (10 mv/dielik až 5 V/dielik) Činiteľ potlačení súhlasného napätia: 20 db pri 5 MHz Vstupná impedancia: 1 MΩ, 22 pf, nesymetrický vstup Max. vstupné napätie: 130 V (ss + špičková hodnota) Horizontálny systém Časová základňa: 18 rozsahov (200 ms/dielik až 0,5 μs/dielik) Presnosť: ±5 % Linearita časovej základne: ±2 % Vonkajšie spúšťanie časovej základne (EXT.) Rozsah: 1 až 20 Všš Vstupná impedancia: >10 kω, <30 pf Max. vstupné napätie: 20 V (ss + špičková hodnota) Vnútorné spúšťanie horizontálneho zosilňovača Rozsah: 0,5 až 20 Všš Vstupná impedancia: >2 kω, <20 pf Kmitočtový rozsah: 0 až 250 khz pri -3 db Max. vstupné napätie: 20 V (ss + špičková hodnota) Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 6 z 21
2. digitálne (plnia funkcie pamäťových/vzorkovacích) Princíp činnosti Vstup meraného signálu (vstup Y) je pripojený cez oddeľovací kondenzátor a prepínač referenčnej úrovne na delič napätia s nastaviteľným deliacim pomerom. Výstup deliča je pripojený na vertikálny zosilňovač. Výstupné napätie vertikálneho zosilňovača je digitalizované AD prevodníkom v pravidelných časových intervaloch. Výsledok digitalizácie sa zapisuje do pamäti. Časový interval medzi dvomi digitalizáciami určuje frekvencia taktovacieho generátora, ktorý je pripojený k obvodom riadenia prevodu. Obvody riadenia prevodu generujú ovládacie signály pre prevodník spolu s riadiacimi signálmi a adresou pre pamäť tak, aby sa výsledky prevodu postupne zapisovali do pamäte. Po zozbieraní dát o meranom priebehu napätia, riadiaci počítač digitálneho osciloskopu vyčíta zozbierané dáta a zobrazí ich na zobrazovacom prvku osciloskopu. Počítač sa okrem zobrazovania stará aj o komunikáciu s používateľom prostredníctvom ovládacích prvkov. Nastavenie frekvencie taktovacieho generátora spolu s usporiadaním priebehu na obrazovke určujú parametre časovej základne digitálneho osciloskopu. Ak je taktovací generátor nastavený tak, že medzi dvomi vzorkami uplynie čas Ts a priebeh je zobrazený tak, že za jeden dielik časovej základne (horizontálna os zobrazenia) tvorí N bodov, potom zobrazovaná časová základňa má Ts*N [s/d]. Napríklad, ak je vzorkovacia frekvencia 10MHz (Ts =0.1us) a dielik je tvorený 50 bodmi, je nastavená časová základňa Td = 0.1 * 50 = 5 [us/d]. Pretože údaje, na základe ktorých sa kreslí tvar meraného signálu sú diskrétne v čase, najjednoduchší spôsob ich zobrazenia je zobrazenie bodu v mieste, ktorý zodpovedá veľkosti nameranej vzorky a jej miesta v postupnosti údajov. Čitateľnosť údajov však zvyšuje ak sa medzi nameranými bodmi vykoná interpolácia (v najjednoduchšom prípade spojením nameraných bodov čiarou tzv. lineárna). V takomto prípade si však treba uvedomiť, že skutočnosť sa od zobrazených priebehov môže líšiť. Vzniká chyba, ktorá je dôsledkom skutočnosti, že zobrazený priebeh je vytváraný na základe diskrétnych bodov. Jednou z ciest je zvyšovanie frekvencie vzorkovania. Platí, že v prípade, ak fv/2 >> fah, kde fv je vzorkovacia frekvencia a fah je horná medzná frekvencia vertikálneho zosilňovača, bude určovacím faktorom kvality zobrazenia šírka pásma vertikálneho zosilňovača. To je aj dôvod prečo je často u digitálnych osciloskopov nastaviteľná vzhľadom na frekvenčné vlastnosti vertikálneho zosilňovača zdanlivo zbytočne vysoká frekvencia vzorkovania. Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 7 z 21
Spôsob zobrazovania digitálneho osciloskopu Príklad digitálneho osciloskopu Ovládacie prvky digitálneho prístroja: Popis: Oblasť Ovládania (klávesy a otočné ovládače) 1.Voľby nastavenia Menu: H1~H5 2.Voľby nastavenia Menu: F1~F5 3.Menu off Obrázok. 4. M otočný ovládač (Viacúčelový ovládač) 5. Oblasť kláves. funkcií: celkove 12 kláves 6. Oblasť pre vertikálne ovládanie: Obsahuje 3 tlačidlá a 4 ovládače. "CH1 menu" a "CH2 menu" sú pre nastavenie menu v CH1 a CH2, "Wave Math" tlačidlo je určené pre menu matematických operácií. Menu matematických operácií sa skladá zo šiestich druhov operácií -CH1-CH2, CH2-CH1, CH1+ CH2, CH1 x CH2, CH1/CH2 a FFT. Dva ovládače "Vertical position" slúžia k ovládaniu vertikálnej pozície CH1. CH2, a dva"v / Div" slúžia k ovládaniu napäťového rozsahu CH1, CH2. 7. Oblasť pre horizontálne ovládanie: Obsahuje 2 ovládače a 1 tlačidlo. Otočný ovládač "Horizontal position" ovláda pozíciu spúšťania, "volts / Div" je pre nastavenie časovej základne, tlačidlo "Horizontal menu" slúži pre nastavenie menu horizontálneho systému. 8. Oblasť pre ovládanie spúšťania: Obsahuje 4 tlačidlá a 1 ovládač. Otočný ovládač "Trig adjust" slúži pre nastavenie spúšte napätia. Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 8 z 21
Štyri tlačidlá odkazujú na nastavenie trigger menu. Funkčné, hlavné časti na bočnom paneli osciloskopu sú : 1.USB Host port : 2.USB Device port : 3.COM port : 4.LAN : 1. Všeobecná charakteristika SDS osciloskopu ( Smart Digital Storage): šírka pásma: 60MHz 300 MHz; rozsah vzorkovania (real time): 500MS/s 3.2GS/s; dva kanály CH1, CH2 funkcia Autoscale 8 palcov TFT displej s vysokým rozlíšením (800 x 600 pixelov) zabudovaná FFT funkcia Pass/Fail Funkce, opticky izolovaný Pass/Fail výstup záznam a prehrávanie tvaru vlny VGA výstup rôzne možnosti spúšťania USB komunikačné porty vnútorná líthiová batéria s vysokou kapacitou Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 9 z 21
Výhody a nevýhody: Výhody analógového osciloskopu jednoduchšie ovládanie skutočnosť, že meraný priebeh je skreslený iba frekvenčnými vlastnosťami meracieho kanálu (ak všetky časti osciloskopu fungujú správne) Nevýhody analógového osciloskopu nemožnosť sledovania dejov, ktoré sa vyskytujú vzhľadom na svoje trvanie málo často (Ak osciloskop nemá pamäťovú obrazovku) ďalšie spracovanie nameraných priebehov je obtiažne Výhody digitálneho osciloskopu jeho principiálne pamäťová vlastnosť možnosť digitálnej transformácie nameraných priebehov možnosť jednoduchej archivácie nameraných priebehov možnosť automatizácie merania a jeho vyhodnotenia Nevýhody digitálneho osciloskopu proces digitalizácie môže pri chybnom nastavení osciloskopu skresliť merané výsledky Striedavé napätie Aby sme sa presvedčili ako sa striedavé napätie mení, zobrazíme jeho časový priebeh. Napätie v zásuvke elektrickej siete je pomerne veľké a môže byť životu nebezpečné. Pri pokuse použijeme zdroj bezpečného, malého striedavého napätia (do 10 V) a napätie zobrazíme osciloskopom. Získame tak graf závislosti striedavého napätia od času alebo časový diagram striedavého napätia. Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 10 z 21
Z grafu je zrejmé, že striedavé napätie sa periodicky mení a jeho časovým diagramom je sínusoida. Hodnota striedavého napätia v určitom čase t je okamžitá hodnota striedavého napätia u. Perióda a frekvencia: Časový interval, v ktorom prebehli opísané zmeny striedavého napätia, je perióda striedavého napätia T. Jednotkou periódy striedavého napätia je sekunda [s]. Perióda doba kmitu T [s] určuje čas, za ktorý vytvorí striedavá veličina jeden cyklus alebo kmit (čas, za ktorý opíše jednu sínusoidu). T 1 ; s f Frekvencia kmitočet f [s -1 ] určuje, koľko kmitov uskutoční striedavá veličina za jednu sekundu (koľko sínusoid spraví za jednu sekundu). Počet periód napätia za jednotku času, teda za jednu sekundu, je významná veličina striedavého napätia a nazýva sa frekvencia f striedavého napätia. Medzi periódou a frekvenciou platí vzťah: Jednotka frekvencie sa na počesť nemeckého fyzika HEINRICHA HERTZA (1857 1894) nazýva hertz, [Hz]: Okamžitá a maximálna hodnota prúdu a napätia: Striedavé napätie sa mení v závislosti od času podľa funkcie sínus, a preto jeho okamžitú hodnotu v čase t určíme pomocou rovnice: u = U m. sinα ; u = U m. sinωt, kde u - okamžitá hodnota meniaca sa s časom U m - maximálna hodnota α - časový uhol [rad] alebo [ ] ω - uhlová frekvencia [ s -1 ] prípadne [rad. s -1 ] je to vyjadrenie uhla v oblúkovej miere, ktorý opíše rotujúca úsečka - U za jednu sekundu m V prípade striedavého napätia veličinu nazveme uhlová frekvencia. Efektívna a stredná hodnota: Efektívna hodnota Pomocou efektívnej hodnoty určujeme tie účinky striedavých veličín, ktoré závisia od druhej mocniny sledovanej veličiny. Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 11 z 21
Merajú sa elektrodynamickými či elektromagnetickými meracími prístrojmi a ich výchylky sú úmerné efektívnej hodnote prúdu pretekajúcim týmto systémom. Pri bežne používaných meracích prístrojoch je výchylka úmerná strednej hodnote prúdu (pri striedavých rozsahoch sa signál usmerňuje), ale ich stupnica je kalibrovaná tak, aby sme pri harmonickom priebehu signálu mohli odčítať priamo efektívne hodnoty napätia. Efektívna hodnota striedavého prúdu je taká myslená hodnota jednosmerného prúdu, ktorá vyvolá za rovnakých podmienok rovnaké tepelné účinky ako uvažovaný striedavý prúd. Ak je závislosť prúdu na čase harmonická funkcia, potom I m Podobný vzťah by platil aj pre napätie. U m Stredná hodnota Pomocou strednej hodnoty určujeme tie účinky striedavých veličín, ktoré závisia od prvej mocniny sledovanej veličiny. Merajú sa magnetoelektrickými meracími prístrojmi. Na jednosmerných rozsahoch analógových i digitálnych meracích prístrojoch meriame vždy strednú hodnotu. Stredná hodnota striedavého prúdu je taká myslená hodnota jednosmerného prúdu, ktorá prenesie také isté množstvo náboja, akoby za tú istú dobu preniesol uvažovaný striedavý prúd. I m Podobný vzťah by platil aj pre napätie. U m Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 12 z 21
2. LABORATÓRNE CVIČENIE č.12: MERANIE ELEKTRICKÝCH VELIČÍN OSCILOSKOPOM. VERZIA UČITEĽ ZADANIE ÚLOHY: Oboznámte sa a charakterizujte predložený analógový a digitálny osciloskop (účel použitia). Popíšte hlavné časti osciloskopu podľa funkcie. Nastavte meracie sondy pre útlmový koeficient sondy na hodnotu 10X, 1X, vysvetlite vlastnosti nastavených hodnôt. Realizujte základné zobrazenie meracích harmonických signálov. Určte napätia a frekvenciu meraných harmonických signálov (sínusového, pílovitého a obdĺžnikového priebehu). Pomocou USB výstupu PC vytlačte sledované priebehy a vyznačte na každom priebehu namerané a vypočítané veličiny (U m, U šš, U ef, U st, T). V zhodnotení merania identifikujte z jednotlivých graficky znázornených priebehov zistené efektívne a stredné hodnoty pre jednotlivé druhy harmonických signálov (sínusového, pílovitého a obdĺžnikového priebehu). V závere porovnajte merania pomocou univerzálneho MP a osciloskopu. Vyhodnoťte metódu merania pomocou osciloskopu. SÚPIS PRÍSTROJOV: zdroj napätia nf generátor digitálny osciloskop multimeter PC SCHÉMA ZAPOJENIA: POSTUP PRI MERANÍ: - prepojte koaxiálnym káblom obvod kalibrátora so vstupom vertikálneho zosilňovača osciloskopu. Nastavte útlmový koeficient sondy v menu na hodnotu 10X (tlačidlo UTILITY,stlačte tl. H1,vyberte ADJUST a nastavte PROBE 10X) a súčasne nastavte prepínač na sonde na 10X. Ak je to potrebné, nastavte rovnobežný tvar hrán obdĺžnikového priebehu s osou X, - zapojte obvod osciloskopu, multimetra a generátora podľa schémy zapojenia pre zobrazenie harmonického sínusového priebehu, - nastavte vhodný rozsah na multimetri a skontrolujte zapojenie obvodu, - po kontrole zapojenia elektrického obvodu na generátore nastavte sínusový priebeh, - na osciloskope stisnite tlačidlo funkcií zvoleného kanálu (CH1 MENU alebo CH2 MENU) pre zobrazenie SETUP menu, stisnite tlačidlo H1 pre zobrazenie menu prepojenia DC, AC, tlačidlom Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 13 z 21
F2 vyberte prepojenie AC a ovládačom potvrďte zvolené nastavenie ( pri tomto nastavení bude jednosmerná zložka DC blokovaná), - po pripojení časového priebehu na vstup Y osciloskopu zatlačte AUTO SET čo pri nastavení AC sa nataví optimálne zobrazenie vlny a zobrazovaný priebeh bude nastavovaný na stred (t.j. kladné napätie má rovnakú veľkosť ako záporné), - meranie zopakujte päťkrát v rozsahu od 0,4 V do 2,0 V s deličom v sonde 1: 10, - namerané hodnoty multimetra a osciloskopu pre jednotlivé nastavenia harmonického priebehu generátora zapíšte do tabuľky pre zodpovedajúci priebeh, - do vzorového výpočtu - grafu uvedie každý žiak skupiny iný priebeh napätia z merania (vypočítanú efektívnu hodnotu), - vypnite prístroje, rozpojte elektrický obvod a uložte meracie prístroje aj s príslušenstvom do obalov, - z nameraných hodnôt na osciloskope vypočítajte veľkosti efektívnych a stredných hodnôt pre jednotlivé priebehy a vyplňte všetky riadky tabuľky, - namerané a vypočítané hodnoty zakreslite do vytlačených grafických priebehov, - v závere porovnajte efektívne hodnoty získané pomocou univerzálneho multimetra a osciloskopu, - vyhodnoťte metódu merania pomocou osciloskopu. TABUĽKA NAMERANÝCH A VYPOČÍTANÝCH HODNȎ T: Jednosmerné napätie Č.m. =U MP V/cm osc. Y [cm] osc. U OSC 1 + 2 + 3-4 - U OSC - U MP Striedavé napätie Č.m. U MP V/cm osc. Y [cm] osc. U Omax U Oef 1 2 3 4 5 6 f zdroja s/cm T [cm] T [s] f [Hz] U Oef - U MP Rôzne druhy priebehov harmonických signálov: a) sínusový b) pílovitý Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 14 z 21
c) obdĺžnikový a) Sínusový priebeh signálu P.č. 1 2 3 4 y [diel ] k y [V/d] U m x [diel] k x [s/d] T [s] U ef U st U šš f [Hz] Pozn. b) Pílovitý priebeh signálu P.č. 1 2 3 4 y [diel ] k y [V/d] U m x [diel] k x [s/d] T [s] U ef U st U šš f [Hz] Pozn. c) Obdĺžnikový priebeh signálu P.č. 1 2 3 4 y [diel ] k y [V/d] U m x [diel] k x [s/d] T [s] U ef U st U šš f [Hz] Pozn. VÝPOČET: U m = U m = Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 15 z 21
GRAFICKÁ ZÁVISLOSŤ: VYHODNOTENIE MERANIA: Vysvetlite vzniknuté odchýlky efektívnych hodnôt jednotlivých priebehov namerané univerzálnym multimetrom a digitálnym osciloskopom. Porovnajte efektívne a stredné hodnoty pre jednotlivé priebehy. Vyhodnoťte metódu merania pomocou osciloskopu. Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 16 z 21
3. LABORATÓRNE CVIČENIE č.12:meranie ELEKTRICKÝCH VELIČÍN OSCILOSKOPOM. VERZIA ŽIAK ZADANIE ÚLOHY: Oboznámte sa a charakterizujte predložený analógový a digitálny osciloskop (účel použitia). Popíšte hlavné časti osciloskopu podľa funkcie. Nastavte meracie sondy pre útlmový koeficient sondy na hodnotu 10X, 1X, vysvetlite vlastnosti nastavených hodnôt. Realizujte základné zobrazenie meracích harmonických signálov. Určte napätia a frekvenciu meraných harmonických signálov (sínusového, pílovitého a obdĺžnikového priebehu). Pomocou USB výstupu PC vytlačte sledované priebehy a vyznačte na každom priebehu namerané a vypočítané veličiny. (U m, U šš, U ef, U st, T). V zhodnotení merania identifikujte z jednotlivých graficky znázornených priebehov zistené efektívne a stredné hodnoty pre jednotlivé druhy harmonických signálov (sínusového, pílovitého a obdĺžnikového priebehu). V závere porovnajte merania pomocou univerzálneho MP a osciloskopu. Vyhodnoťte metódu merania pomocou osciloskopu. SÚPIS PRÍSTROJOV: zdroj napätia nf generátor digitálny osciloskop multimeter PC SCHÉMA ZAPOJENIA: POSTUP PRI MERANÍ: Sem doplňte stručný postup pri meraní. Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 17 z 21
TABUĽKY NAMERANÝCH A VYPOČÍTANÝCH HODNȎ T: Jednosmerné napätie Č.m. =U MP V/cm osc. Y [cm] osc. U OSC 1 + 2 + 3-4 - U OSC - U MP Striedavé napätie Č.m. U MP V/cm osc. Y [cm] osc. U Omax U Oef 1 2 3 4 5 6 f zdroja s/cm T [cm] T [s] f [Hz] U Oef - U MP Rôzne druhy priebehov harmonických signálov: a) sínusový b) pílovitý c) obdĺžnikový a) Sínusový priebeh signálu P.č. 1 2 3 4 y [diel ] k y [V/d] U m x [diel] k x [s/d] T [s] U ef U st U šš f [Hz] Pozn. b) Pílovitý priebeh signálu P.č. 1 2 3 4 y [diel ] k y [V/d] U m x [diel] k x [s/d] T [s] U ef U st U šš f [Hz] Pozn. Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 18 z 21
c) Obdĺžnikový priebeh signálu P.č. 1 2 3 4 y [diel ] k y [V/d] U m x [diel] k x [s/d] T [s] U ef U st U šš f [Hz] Pozn. VÝPOČET: U m = U m = GRAFICKÁ ZÁVISLOSŤ: Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 19 z 21
VYHODNOTENIE MERANIA: Vysvetlite vzniknuté odchýlky efektívnych hodnôt jednotlivých priebehov namerané univerzálnym multimetrom a digitálnym osciloskopom. Porovnajte efektívne a stredné hodnoty pre jednotlivé priebehy. Vyhodnoťte metódu merania pomocou osciloskopu. Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 20 z 21
4. POUŽITÉ ZDROJE 1. Elektrotechnická měření; BEN technická literatúra; Praha 2008 2. Antošovský V.:Elektrické merania I. Alfa press, s.r.o. Bratislava 2007 3. www.owon.com.hk smart digital storage oscilloscopes, SDS series 4. Ráček V.,Mádel P.:Elektronika; Alfa- Bratislava 1986 5. Maťátko J.:Elektronika. Alfa press, s.r.o. Bratislava 2008 6. Kordík K.: Elektrické meranie 7. Internet stránky venované elektrotechnickému meraniu 8. http://sk.wikipedia.org/elektrotechnika Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 21 z 21