Laboratornaya_Rabota_9
.pdf
МИНОБРНАУКИ РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)
Кафедра информационно-измерительных систем и технологий
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9 по дисциплине «Метрология»
Тема: Измерение частоты, периода и фазы
Студент гр. 9373 |
Заболотников М.Е. |
Студентка гр. 9373 |
Романова Е.С. |
Студентка гр. 9373 |
Петрова С.В. |
Преподаватель |
Царёва А.В. |
Санкт-Петербург
2021
Цель работы:
Ознакомление с методами и средствами измерения частоты, временных интервалов, фазового сдвига и с методикой оценки погрешностей результатов измерений.
Задание:
1.Ознакомиться с инструкцией по применению цифрового частотомера для измерения частоты и периода.
2.Измерить частоту и период периодического сигнала по заданию
преподавателя с |
помощью универсального частотомера |
и |
оценить погрешность измерения.
3.Измерить частоту и период тех же сигналов осциллографом. Оценить погрешности результатов измерения.
4.Сравнить результаты измерений предыдущих пунктов.
5.Измерить фазовый сдвиг между напряжениями на входе и выходе устройства двумя способами с помощью электронно-лучевого осциллографа. Оценить погрешности результатов измерения. Сравнить точность измерений этими способами.
2
Спецификация применяемых средств измерений.
Наименование |
Диапазо |
Характеристик |
Рабочий |
Параметры |
|
средства |
ны |
и точности |
диапазон |
входа |
|
измерений |
измерен |
СИ, классы |
частот |
(выхода) |
|
|
ий, |
точности |
|
|
|
|
постоянные |
|
|
|
|
|
СИ |
|
|
|
|
|
Коэф. откл. |
|
3 % |
|
|
|
5 мВ/дел ... |
|
|
|
|
|
5 В/дел, |
|
|
|
|
Осциллограф |
всего 10 |
|
|
0...20 МГц |
Rвх = 1 МОм |
универсальный |
значений, |
|
3 % |
|
Свх = 25 пФ |
GOS-620 |
Коэф. |
|
|
||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
разв. |
|
= 3% |
|
|
|
0,2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
мкс/дел… |
|
= 5% |
|
|
|
|
|
|
||
|
0,5 с/дел, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
всего |
|
|
|
|
|
20 значений |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∆ |
|
|
|
Частотомер GFC- |
0,1Гц100МГц |
= ±(5 ∙ 10−6 ∙ изм |
|
20мВ-150В |
|
8010H |
|
+ 1 ед. мл. разряда) |
|
|
|
|
|
∆ |
|
|
|
|
|
= ±(5 ∙ 10−6 ∙ |
|
|
|
|
|
|
изм |
|
|
|
|
+ 1 ед. мл. разряда) |
|
|
|
Теория.
Измерение частоты и периода сигналов универсальным частотомером.
Соединить кабелем вход цифрового частотомера ЦЧ с выходом генератора сигналов ГС, как показано на рис. 9.1 сплошными линиями.
Цифровой частотомер позволяет измерять частоту и период периодических сигналов в диапазоне частот от 0,1 Гц до 120 МГц, уровень входного сигнала
– от 20 мВ до 150 В.
Абсолютная погрешность измерения частоты или периода = ± [5 * 10–6 ·Хизм
+ k], где Хизм – показания частотомера; k – шаг квантования измеряемой
величины (определяется весом единицы младшего разряда частотомера).
3
Разрядность показаний (число цифр в показаниях частотомера) определяется временем измерения (счета), выбираемым из ряда: 0,1; 1; 10 с. Установить по заданию преподавателя значение частоты генератора в диапазоне 1 Гц …10
МГц, задать время счета 0,1 с для частотомера, измерить частоту, а затем период сигнала генератора. Не меняя частоты генератора, повторить измерения для времен счета 1 и 10 с. Повторить действия по измерению частоты и периода для других значений частоты генератора (всего 5−6
значений). Результаты измерения частоты и периода, а также оценки погрешностей измерения свести в таблицу.
Измерение частоты и периода сигналов осциллографом.
По размеру LT изображения периода Tx определить его значение (в секундах):
Относительная погрешность (в процентах) измерения периода
где kр – относительная погрешность коэффициента |
развертки; н.р – |
относительная погрешность нелинейности развертки, |
в.д – визуальная |
погрешность измерения длительности (см. лаб. раб. 4). |
|
4
Для измерения фазового сдвига
5
6
ПРОТОКОЛ ИЗМЕРЕНИЙ
Частотомер:
F = 277 Гц
Номер |
Время |
Показания |
Абсолютная |
Относительная |
Результат |
|
измерения |
|
погрешность |
погрешность |
измерения fx±∆, Гц |
||
|
счёта, |
прибора, fx |
|
|||
|
с |
, Гц |
∆, Гц |
, % |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
0,1 |
276,998 |
0, 0024 |
0,00087 |
276,998± 0, 002 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
1 |
276,9989 |
0,0014 |
0,00051 |
276,9989±0,0014 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
10 |
276,99801 |
0,0014 |
0,00051 |
276,9980±0,0014 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер |
Время |
Показания |
Абсолютная |
Относительная |
|
|
измерения |
счёта, |
прибора,Tx, |
погрешность |
погрешность |
Результат |
|
измерения Tx±∆, |
||||||
|
с |
мс |
|
|
||
|
|
|
∆, мc |
, % |
мс |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
0,1 |
3,61012 |
0, 000028 |
0,00078 |
3,61012±0, 00003 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
1 |
3,610122 |
0,000019 |
0,00053 |
3,610122±0,000019 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
10 |
3,6101337 |
0,000018 |
0,00053 |
3,610134±0,000018 |
|
|
|
|
|
|
|
∆(f1) = 5*10-6*Xизм + k = 5*10-6*276,998 + 0,001 ≈0, 0024 Гц
∆(T1) = 5*10-6*Xизм + k = 5*10-6*3,61012 + 0,00001 ≈0, 000028 мс
(f1) =∆/ Xизм *100%= 0,0024/276,998*100% ≈0,00087%
(T1) =∆/ Xизм *100%= 0,0024/276,998*100% ≈0,00087%
7
F = 1391 Гц
Номер |
Время |
Показания |
Абсолютная |
Относительная |
Результат измерения |
измерения |
|
fx±∆, Гц |
|||
счёта, с |
|
погрешность |
погрешность |
||
|
прибора, fx , |
|
|||
|
|
Гц |
∆, Гц |
, % |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
0,1 |
1390,99 |
0,017 |
0,0012 |
1390,990±0,017 |
|
|
|
|
|
|
2 |
1 |
1390,994 |
0,0079 |
0,00057 |
1390,994±0,008 |
|
|
|
|
|
|
3 |
10 |
1390,9923 |
0,0070 |
0,00050 |
1390,992±0,007 |
|
|
|
|
|
|
Номер |
Время |
|
Абсолютная |
Относительная |
Результат измерения |
измерения |
|
Показания |
|
||
счёта, с |
погрешность |
|
Tx±∆, мкс |
||
|
прибора,Tx, |
погрешность |
|||
|
|
мкс |
∆, мкc |
, % |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
1 |
0,1 |
718,909 |
0,0046 |
0,00064 |
718,909±0,005 |
|
|
|
|
|
|
2 |
1 |
718,9099 |
0,0037 |
0,00051 |
718,910±0,004 |
|
|
|
|
|
|
3 |
10 |
718,91349 |
0,0036 |
0,00050 |
718,913±0,004 |
|
|
|
|
|
|
8
F = 12111 Гц
Номер |
|
Время |
Показания |
|
Абсолютная |
Относительная |
|
Результат |
||||
измерения |
|
|
|
|
погрешность |
|
|
измерения fx±∆, |
||||
|
|
|
счёта, |
прибора, fx |
|
погрешность |
|
|||||
|
|
|
с |
, Гц |
|
∆, Гц |
, % |
|
Гц |
|||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
0,1 |
12110,9 |
|
0,16 |
|
0,0013 |
12110,90±0,16 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
1 |
12110,94 |
|
0,071 |
|
0,00059 |
12110,94±0,07 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
10 |
12110,947 |
|
0,062 |
|
0,00051 |
12110,95±0,06 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер |
|
Время |
Показания |
|
Абсолютная |
Относительная |
|
|
|
|||
измерения |
|
счёта, |
прибора,Tx, |
|
погрешность |
погрешность |
|
Результат |
||||
|
|
|
измерения Tx±∆, |
|||||||||
|
|
|
с |
мкс |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
∆, мкc |
, % |
|
мкс |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
0,1 |
82,5699 |
|
0,00051 |
|
0,00062 |
82,5699±0,0005 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
1 |
82,56999 |
|
0,00042 |
|
0,00051 |
82,5700±0,0004 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
10 |
82,569993 |
|
0,00041 |
|
0,00049 |
82,5700±0,0004 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Осциллограф: |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
F, Гц |
|
|
277 |
|
1391 |
|
12111 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
kp, мс/кл. |
|
|
0,5 |
|
0,1 |
|
0,01 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
LT, кл. |
|
|
7,2 |
|
7 |
|
8,2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
T,мс |
|
|
|
3,6 |
|
0,7 |
|
0,082 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
f, Гц |
|
|
|
277,78 |
|
1428,57 |
|
12195,12 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T1 = kp* LT = 0,03*7,2 = 3,6 мс
T2 = kp* LT = 0,1*7 = 0,7 мс T3 = kp* LT = 0,01*8,2 = 0,082 мс f1 =
1/0,0036 ≈ 277,78 Гц f2 =
1/0,0007 ≈ 1428,57 Гц f3 =
1/0,000082 ≈ 12195,12 Гц Для
фазового сдвига:
9
F, Гц |
277 |
1391 |
12111 |
|
|
|
|
,кл. |
0,2 |
0,6 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
kp, мс/кл. |
0,5 |
0,1 |
0,01 |
|
|
|
|
А,кл. |
5,2 |
5 |
5 |
|
|
|
|
В,кл. |
1 |
2,8 |
4,8 |
|
|
|
|
Выполнили: Заболотников М.Е., Романова Е.С., Петрова С.В.
Группа: 9373
Преподаватель: Царева А.В.
Дата:
10