2. Лабораторная работа № 2. Работа с комплектом измерительных приборов

2.1 Цель работы

Основная цель лабораторной работы – научить студентов работать с различными приборами для измерения электрических сигналов.

Данная лабораторная работа показывает, почему необходимо наличие в лаборатории комплекта разнообразных измерительных приборов, а также демонстрирует возможность различных способов измерения одного и того же сигнала. Основной упор в данной лабораторной работе делается на проведении некоторых измерений, которые не удастся осуществить с традиционным лабораторным оборудованием. Таким образом, студенты увидят пределы применимости существующих приборов. В ходе работы студенты изучат функциональные возможности следующих приборов: цифровых универсальных измерительных приборов (мультиметров), цифрового осциллографа, генератора стандартных сигналов, частотомера и виртуальных приборов LabVIEW.

2.2 Теоретическая часть

В данной лабораторной работе вы проведёте серию измерений одного и того же сигнала, используя различные типы измерительных приборов. Инженеры и научные сотрудники применяют различные типы измерительных приборов для измерения разнообразных параметров и характеристик входного сигнала. Вы будете определять форму сигнала, измерять его частоту, период и амплитудное и среднеквадратическое значение напряжения. Определение формы сигнала по осциллограмме – это качественное измерение, а все остальные – количественные. Вспомните, что период и частота – взаимообратные величины. Это означает, что вы можете измерить одну величину, а затем вычислить другую (косвенные измерения). По возможности вы измерите их непосредственно (прямые измерения).

На первый взгляд, кажется, что самый простой объект измерения – это значение напряжения. Но это не совсем верно. Уровень напряжения не всегда представляет собой однозначно определённое значение. Для сигналов, изменяющихся во времени, принципиально важно, как и в какой момент времени вы производите измерение напряжения. Вы можете измерять напряжение в отдельные моменты времени (еще говорят – производить выборку значений), усреднять несколько точек или выполнить измерение среднеквадратического (эффективного) значения. Термин среднеквадратическое означает, что измерительный прибор определяет среднее значение из суммы квадратов напряжений, а затем извлекает корень этой величины. Когда цифровой мультиметр измеряет переменное (AC) напряжение, он определяет именно его среднеквадратическое значение.

Измерительные приборы, используемые в этой лабораторной работе, представлены цифровым осциллографом, частотомером и цифровым мультиметром. Вы будете измерять один и тот же сигнал, используя все эти приборы. Методические указания к лабораторной работе помогут вам предпринять необходимые действия при каждом измерении при помощи каждого из устройств.

Осциллографы

Осциллографы (рис. 2.1) предназначены для графического отображения зависимости величины напряжения исследуемого сигнала от времени. Экран осциллографа разбит на квадраты (или деления шкалы) сеткой. Вы можете масштабировать как вертикальную шкалу, устанавливая различные значения Вольт на Деление (Volts per Division), так и горизонтальную шкалу, посредством изменения значения Время на Деление (Time per Division).

Рис. 2.1. Цифровой осциллограф MS – 2000

Современные осциллографы обычно двухканальные, т.е. имеют два луча с одинаковой развёрткой во времени, но с отдельной для каждого регулировкой вертикальной развёртки. Указанные свойства описывают лишь малую часть сервисных возможностей современных (особенно цифровых) осциллографов, однако они наиболее принципиальны для типичных применений этого типа электроизмерительного прибора. Используя осциллограф, вы сможете измерить период и амплитуду напряжения осциллограммы. Зная период, можно вычислить частоту; по известной амплитуде напряжения и осциллограмме сигнала, вы сможете вычислить среднеквадратическое напряжение. Например, среднеквадратическое напряжение синусоидального сигнала получается умножением его амплитуды на корень из двух. Заранее перед лабораторной работой получите формулу для среднеквадратического значения треугольной и прямоугольной волны.