Методические указания к лабораторным работам по курсу «Метрология, стандартизация, сертификация»




Скачать 322.92 Kb.
НазваниеМетодические указания к лабораторным работам по курсу «Метрология, стандартизация, сертификация»
страница1/4
Дата публикации08.04.2013
Размер322.92 Kb.
ТипМетодические указания
shkolnie.ru > Физика > Методические указания
  1   2   3   4
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Московский государственный институт электроники и математики

(технический университет)

Кафедра управления и информатики

в технических системах

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторным работам по курсу

«Метрология, стандартизация, сертификация»

Москва 2008

Составитель: д.т.н., профессор В.В. Макаров

Методические указания к лабораторным работам предназначены для дисциплины «Метрология, стандартизация, сертификация», изучаемой студентами 2-го курса специальности 22.01. Они включают методические указания к следующим лабораторным работам:

1. Цифровой частотомер.

2. Двухканальный осциллограф.

3. Цифровой вольтметр.

Изучаются методы измерений, методы калибровки, принципы действия, метрологические характеристики, способы расчета погрешностей измерительных и показывающих приборов. Лабораторные работы выполняются в объеме 12 часов.
УДК 621.317
Метрология, стандартизация, сертификация: Метод. указания к лаб. работам/ Моск. гос. ин-т электроники и математики; Сост.: В.В. Макаров. М. 2008, 30 с.

Ил. 9. Табл. 1. Библиогр.: 2 назв.

© В.В. Макаров


ISBN 5-230-16207-4
- -

^ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА. ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Изучение методов измерения частоты переменных периодических напряжений, технических характеристик и функциональных возможностей, способов расчета погрешностей цифровых частотомеров.

^ 2. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Основное назначение частотомеров состоит в измерении частоты переменных синусоидальных или импульсных периодически повторяющихся напряжений. Во входных блоках частотомеров из синусоидальных напряжений формируется последовательность прямоугольных импульсов. Рассмотрим два метода измерения частоты импульсов.

^ Прямой метод измерения частоты. Частота импульсов определяется количеством импульсов, пришедших на вход частотомера за единицу времени, например, за 1 секунду. Временные диаграммы приведены на рис. 1.



Рис. 1.

На рисунке используются обозначения: i(t) – узкие прямоугольные импульсы, следующие с неизвестными частотой f и периодом T= 1/f; s(t) – строб напряжениявременные ворота») длительностью T: T – время измерения частоты: 1, 2, … , N – импульсы, попавшие во временные ворота; ПФ и ЗФ – соответственно, передний и задний фронты строба напряжения.
- 4 -

При прямом методе измерений частота f определяется числом импульсов N, пришедших на вход частотомера за время измерения T (рис. 1):

f = N/ T.

Время T устанавливается с высокой точностью. Из-за несовпадения моментов прихода 1-го и N-го импульсов с фронтами строба s(t) возникает погрешность квантования. Максимальная относительная погрешность измерений определяется в основном погрешностью квантования:

= 1/ N, (1)

где N – число импульсов, попавших во временные ворота s(t).

^ Косвенный метод измерений частоты. Этот метод заключается в измерении периода следования импульсов T и последующем определении неизвестной частоты f: f = 1/T. Временные диаграммы приведены на рис. 2.

Рис. 2

На рисунке используются обозначения: i(t) – измеряемые импульсы с неизвестными частотой f и периодом T= 1/f; p(t) – строб напряжения шириной T, формируемый из импульсов i(t); g(t) – прямоугольные узкие «счетные» импульсы высокой частоты f c периодом следования T= 1/ f;

- 5 -

T – время измерения; 1, 2, …, N – счетные импульсы, попавшие во временные ворота p(t).

Последовательность счетных импульсов g(t), следующих со стабильной и точно установленной частотой f, образует временную шкалу с квантом T. Неизвестная частота f определяется следующим образом:

f = 1/(NT) = f/N.

Из-за несовпадения моментов прихода 1-го и N-го счетных импульсов с фронтами строба p(t) возникает погрешность квантования. Выражение максимальной относительной погрешности измерений совпадает с (1):

= 1/ N, (2)

где N – число счетных импульсов, попавших во временные ворота p(t).

Время измерения в два раза превышает минимально возможное время измерения частоты, равное периоду T: T = 2 T.

Измерение больших временных интервалов. Косвенный метод используют при измерении больших временных интервалов шириной . Ширина временного интервала находится в виде: = NT. Выражение максимальной относительной погрешности измерения временного интервала совпадает с выражениями (1) и (2). Время измерения временного интервала T = .

Точность измерения повышается в n раз при проведении измерений за n периодов измеряемого напряжения («периодов усреднения»). Однако время измерения также увеличивается в n раз. Источниками счетных импульсов g(t) или стробов напряжения s(t) в частотомерах являются стабильные, точно настроенные кварцевые генераторы. Период счетных импульсов T и число периодов усреднения n выбираются в процессе работы, в зависимости от требуемых точности и скорости измерений.

В лабораторной работе используются цифровой частотомер ЧЗ-38 и два генератора сигналов ГЗ-36А.

- 6 -

^ 3. ОПИСАНИЕ ЦИФРОВОГО ЧАСТОТОМЕРА ЧЗ-38

Частотомер ЧЗ-38 служит для измерения частот, периодов переменных напряжений; ширины импульсов; отношения частот; счета числа импульсов.

^ Технические характеристики частотомера.

Диапазон измеряемых частот: 0,1 Гц … 50 МГц.

Диапазон измеряемых периодов и временных интервалов: 20 мкс … 10 с.

Диапазон амплитуд измеряемых напряжений: 0,1 В …100 В.

Время измерения T: 1мс … 10 с.

Число периодов усреднения («множитель») n: 1, 10, 100, 1000, 10000.

Номинальная частота работы кварцевого генератора: 5 МГц.

Нестабильность частоты кварцевого генератора: 310 %.

Предел допускаемой основной погрешности измерения частоты:

( f) = [ + 1/( fT)] , % .

Период «меток времени» (счетных импульсов) T= T: 0,1 мкс…1 мс.

Предел допускаемой основной погрешности измерения длительностей:

( ) = [ + T/(n)], % .

Входное сопротивление 10 кОм. Входная емкость 75 пФ.

Условия работы: температура среды (- 5… + 45)С , влажность 98 %.

Срок службы - 10 лет. Потребляемая мощность - 100 ВА.

^ Основные переключатели, регуляторы и входы частотомера.

Переключатель «род работы» служит для установки различных режимов работы частотомера, поясняемых ниже в разделе 4.

^ Переключатель «время счета ms /множитель» используется для установки времени счета (измерения) T= 1мс…10с при прямых измерениях или числа периодов усреднения (множителя) n = 1…10000 - при косвенных измерениях.

^ Переключатель «метки времени» служит для выбора периода счетных импульсов T= 0,1 мкс … 1 мс. Переключатель «память/суммирование» используется в режиме счета числа импульсов.

- 7 -

^ Переключатель «аттенюатор» (ослабитель) используется для снижения уровня больших измеряемых сигналов. Например, в положении «1:10» он обеспечивает коэффициент передачи аттенюатора, равный 0,1.

^ Регулятор «время индикации» служит для установки времени нахождения текущих показаний частотомера на цифровом дисплее, достаточного для записи результата измерения.

^ Регулятор «уровень» используется для подстройки порога срабатывания входного блока частотомера к параметрам измеряемого сигнала.

Входы частотомера «вход А», «вход Б» используют в режимах измерения частоты, периода, отношения частот, счета импульсов. Входы «вход В» и «вход Г» используют при измерениях временных интервалов.

^ Блок интервалов времени ЯЗЧ-45 и переключатель «совместно/раздельно» используются при измерениях временных интервалов.

Переключатели настройки входов «В», «Г» используются для подстройки входных блоков частотомера к переднему « Γ» или заднему « L» фронтам измеряемых импульсов. Регулятор «уровень запуска» служит для настройки порогов срабатывания входных блоков частотомера.

^ 4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Схема эксперимента приведена на рис. 3.


Рис. 3

- 8 -

На рисунке ГС и ГС – генераторы сигналов типа ГЗ-36А; u(t), u(t) - напряжения синусоидальной или импульсной формы, изменяющиеся с частотой 20 Гц…200кГц и действующим значением не более 5 В.

Внимание: генераторы сигналов не являются измерительными приборами; точные измерения частоты выполняются с помощью цифрового частотомера !

Внимание: при записи показаний частотомера следует использовать российские стандартные обозначения: Гц – герцы , мс – миллисекунды, мкс – микросекунды; кГц – килогерцы и др. !!

Внимание: для расчета погрешностей, в процессе измерений необходимо записывать вместе с показаниями частотомера значения числа периодов усреднения (множителя) n и меток времени T !!!

1. Внесите в отчет название, цель работы, схему эксперимента, технические

характеристики частотомера ЧЗ-38. Ознакомьтесь с его передней панелью.

2. Подключите выход генератора сигналов ГЗ-36А к «входу А» частотомера. Включите генератор сигналов и частотомер.

3. Контроль работоспособности частотомера.

Установите переключатели: «род работы» - в положение «контроль», «память/суммирование» - в положение «память», «метки времени» - в положение 0,1 мкс. Переключатель «время счета ms/множитель» поочередно

устанавливайте в положения: 1, 10, 100, 1000, 10000. При правильно работающем частотомере на цифровом дисплее появляются показания: 00010000.; 0010000.0; 010000.00; 10000.000; 0000.0000.

4. Измерение частоты.

Подайте измеряемое напряжение достаточно высокого уровня с выхода ГС на «вход А» частотомера. Установите переключатель «род работы» в положение «частота», регулятор «уровень» - в среднее положение, «аттенюатор входа А» – в положение «1:1», переключатель «память/суммирование» - в положение «память». Положения переключателей «метки времени» и «время

- 9 -

счета ms/ множитель» обеспечивают достаточное число значащих разрядов на цифровом дисплее. Измерения начинаются с нажатием кнопки «пуск».

Измерьте частоту трех синусоидальных напряжений: низкой (сотни герц), средней (единицы килогерц) и высокой частоты (десятки килогерц). Измерьте частоту трех импульсных напряжений: низкой, средней и высокой частот. С помощью приведенных в разделе 3 технических характеристик частотомера определите погрешности всех шести проведенных измерений. Запишите результаты измерений с учетом их погрешностей.

5. ^ Измерение периода.

Измеряемое напряжение достаточного уровня подайте с выхода ГС на «вход А» частотомера. Установите переключатель «род работы» в положение «период А». Остальные переключатели оставьте в прежних положениях.

Измерьте периоды трех синусоидальных напряжений: низкой, средней и высокой частоты. С помощью технических характеристик частотомера определите погрешности трех измерений. Запишите результаты измерений с учетом их погрешностей.

6. ^ Измерение отношения частот.

С выходов генераторов ГС, ГС подайте синусоидальные напряжения u(t), u(t) достаточного уровня на «вход А» и «вход Б» частотомера (рис.3). Установите переключатель «род работы» в положение «Б/А», регулятор

«уровень» - в среднее положение, «аттенюатор входа А» - в положение «1:1». Измерьте отношение частот f /f напряжений u(t) и u(t). С целью проверки поочередно измерьте частоты f, f обоих напряжений в режиме измерения частоты и вычислите отношение частот f/f.

7. ^ Счет числа импульсов.

Подайте импульсное напряжение с выхода ГС на «вход А» частотомера. Переключатель «род работы» установите в положение «суммирование А», переключатель «память/суммирование» - в положение «память». Сбросьте

- 10 -

предыдущее показание частотомера нажатием кнопки «пуск». Выберите интервал времени счета числа импульсов, не превышающий 2 минуты. Для измерения интервала времени можно использовать, например, наручные часы.

В момент начала счета переключатель «память/суммирование» установите в положение «суммирование»; в момент окончания счета - верните его в положение «память». Снимите показание с цифрового дисплей частотомера.

Последовательно изменяя амплитуду считаемых импульсов, определите ее минимальное значение, при котором счет импульсов еще возможен.

8. Измерение интервалов времени.

Выполните измерения периода импульсов Т, ширины импульса , ширины впадины между двумя соседними импульсами (рис. 4).


Рис. 4

Специальным кабелем подайте импульсное напряжение с выхода ГС параллельно на «вход В» и «вход Г» блока ЯЗ4-45. Установите переключатель «род работы» в положение «интервал В-Г», аттенюаторы обоих входов – в положение «1», переключатель «совместно/раздельно» - в положение «раздельно», регуляторы «уровень запуска» - в средние положения.

Каждый из входов - «вход В» и «вход Г» - снабжен переключателями настройки входа: на передний - « Г » или задний - « L » фронты входных
- 11 -

импульсов. ^ Измерьте период Т следования импульсов: для этого оба переключателя настройки входов установите в положение « Г ».

Измерьте ширину импульсов: переключатель настройки «входа В» установите в положение « Г», переключатель настройки «входа Г» - в положение « L». Измерьте ширину впадины: по сравнению с предыдущим измерением измените положения обоих переключателей настройки входов на противоположные. Проверьте выполнение равенства: Т = + .

9. Сделайте выводы по проделанной работе и внесите их в отчет.

^ 5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Расскажите о прямом методе измерения частоты.

2. Назовите факторы, определяющие точность и скорость измерений частоты прямым методом.

3. Расскажите о косвенном методе измерения частоты.

4. Назовите факторы, определяющие точность и скорость измерения частоты косвенным методом.

5. Расскажите о методе измерения больших интервалов времени.

6. Назовите источник счетных импульсов; перечислите предъявляемые к нему требования.

7. Перечислите основные метрологические характеристики частотомера.

8. Перечислите общетехнические характеристики частотомера.

9. Перечислите функциональные возможности частотомера ЧЗ-38.

10. Поясните термин «предел допускаемой основной погрешности».

^ 6. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

  1. Кузнецов В.А., Ялунина Г.В. Основы метрологии, М.: Стандарты, 2001.

  2. Макаров В.В. Метрология и электрические измерения, М.: МГИЭМ, 2001.



- 12 -
  1   2   3   4

Похожие:

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Метрология, стандартизация, сертификация» iconМетодические указания к лабораторной работе
Л. В., Запасный И. Н., Папэ В. Б., Сметанин В. И. Поверка аналогового измерительного прибора: Методические указания к лабораторной...
Методические указания к лабораторным работам по курсу «Метрология, стандартизация, сертификация» iconМетодические указания к лабораторным работам по дисциплине «Компьютерные Технологии»
Основы расчётов в системе mathcad: Методические указания к лабораторным работам – Набережные Челны: инэка, 2007, с
Методические указания к лабораторным работам по курсу «Метрология, стандартизация, сертификация» iconМетодические указания к лабораторной работе по курсу «Метрология, стандартизация, сертификация»
Изучаются методы статистической обработки результатов измерений в процессе экспериментальных исследований. Лабораторная работа выполняется...
Методические указания к лабораторным работам по курсу «Метрология, стандартизация, сертификация» iconДисциплина «Метрология, стандартизация и сертификация» Список литературы
Димов Ю. В. Метрология, стандартизация и сертификация. Учебник для вузов. 2-е изд. – Спб.: Питер, 2004. – 432 с
Методические указания к лабораторным работам по курсу «Метрология, стандартизация, сертификация» iconМетодические указания по выполнению практической работы по дисциплине...

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Метрология, стандартизация, сертификация» iconЛ. В. Гребцова, И. Н. Запасный, В. Б. Папэ, В. И. Сметанин Измерение...
В. Б. Папэ В. Б., Сметанин В. И. Измерение напряжения электрических сигналов. Методические указания к лабораторной работе по курсам...
Методические указания к лабораторным работам по курсу «Метрология, стандартизация, сертификация» iconДисциплины
Приложение 2 список преподавателей, ведущих занятия по кафедре «Метрология, стандартизация и сертификация» Дисциплины – «Метрология,...
Методические указания к лабораторным работам по курсу «Метрология, стандартизация, сертификация» iconМетодические указания к лабораторным работам Волгоград 2005
Машинно-ориентированные языки. Методические указания к лабораторным работам. /Сост. М. А. Кузнецов; Волгоград гос техн ун-т. Волгоград,...
Методические указания к лабораторным работам по курсу «Метрология, стандартизация, сертификация» iconМетодические указания по выполнению практических работ: по дисциплине...
Автор: Сыроегина Н. М. преподаватель спецдисциплин гбоу спо «Семеновский техникум механической обработки древесины»
Методические указания к лабораторным работам по курсу «Метрология, стандартизация, сертификация» iconМетодические указания по выполнению практических работ по дисциплине...
Автор: Сыроегина Н. М. преподаватель спецдисциплин гбоу спо «Семеновский техникум механической обработки древесины»
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2014
shkolnie.ru
Главная страница