Материал: L_MiR_-_LR5
Федеральное агентство связи
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Московский Технический Университет Связи и Информатики
Кафедра метрологии, стандартизации и измерений в инфокоммуникациях
Лабораторная работа №5
«Измерение интервалов времени и фазовых сдвигов»
Выполнили
Москва 2021
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
1. Получить навыки работы с приборами для измерения интервалов времени и фазовых сдвигов.
2. Овладеть методикой измерения интервалов времени и фазовых сдвигов цифровыми измерителями и электронно-лучевым осциллографом.
3. Научится оценивать погрешности результатов измерений.
ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ
1. Проверка градуировочной характеристики оси времени электронно-лучевого осциллографа.
2. Измерение интервала времени между опорным и интервальным импульсами, поступающими с различных входов устройства, с помощью электронно-лучевого осциллографа.
3. Измерение цифровым измерителем интервалов времени различных длительностей при определенной частоте следования счетных импульсов.
4. Измерение цифровым измерителем длительности импульса с выбором периода следования счетных импульсов при заданной погрешности дискретности.
5. Исследование погрешности дискретности, возникающей при измерении длительности импульса цифровым измерителем интервалов времени с различными частотами следования счетных импульсов.
6. Снятие фазочастотной характеристики четырехполюсника.
Состав лабораторной установки
Цифровой измеритель интервалов времени Ч3-57(Ф-599);
Цифровой фазометр Ф2-34(Ф2-16);
Двухканальный осциллограф С1-83;
Измерительный генератор прямоугольных импульсов Г5-54;
Измерительный генератор НЧ сигналов Г3-109;
Коммутационный блок.
Выполнение работы
1. Проверка градуировочной характеристики оси времени электронно-лучевого осциллографа.
2. Измерение интервала времени между опорным и интервальным импульсами, поступающими с различных входов устройства, с помощью электронно-лучевого осциллографа.
Коммутационный блок
Осциллограф
Измеритель длительности
Г5-54
Полагая, что цифровой измеритель времени является образцовым прибором, вычислить относительную погрешность измерения длительности импульса электронным осциллографом.
Вывод: Настройка генератора не точная, поэтому возникает погрешность измерений.
3. Измерение цифровым измерителем интервалов времени различных длительностей при определенной частоте следования счетных импульсов.
Коммутационный блок
Осциллограф
Измеритель длительности
Г5-54
№ п.п. |
Результаты измерений при различных значениях длительности импульса t |
|||||||
|
1мс |
0,3мс |
0,02мс |
|||||
|
показания прибора, мс |
наибольшая абсолютная погрешность |
показания прибора, мс |
наибольшая абсолютная погрешность |
показания прибора, мс |
наибольшая абсолютная погрешность |
||
1 |
1,04 |
0,04 |
0,3 |
0,01 |
0,0235 |
0,0039 |
||
2 |
1,03 |
0,3 |
0,0237 |
|||||
3 |
1,03 |
0,29 |
0,0237 |
|||||
4 |
1,04 |
0,3 |
0,0237 |
|||||
5 |
1,03 |
0,3 |
0,0238 |
|||||
6 |
1,04 |
0,3 |
0,0238 |
|||||
7 |
1,04 |
0,29 |
0,0238 |
|||||
8 |
1,03 |
0,31 |
0,0237 |
|||||
9 |
1,04 |
0,29 |
0,0239 |
|||||
10 |
1,04 |
0,3 |
0,0239 |
|||||
Среднее значение |
1,036 |
|
0,298 |
|
0,02375 |
|
||
Вывод: теоретически максимальная абсолютная погрешность дискретности определяется длительностью счетных импульсов, поэтому при изменении длительности измеряемого импульса эта погрешность не должна меняться. Как видно из результатов измерений при значительном изменении длительности измеряемого импульса абсолютная погрешность дискретности меняется незначительно, что, в общем, подтверждает теорию.
4. Измерение цифровым измерителем длительности импульса с выбором периода следования счетных импульсов при заданной погрешности дискретности.
№ п.п. |
Результаты измерений при выбранном значении периода следования импульсов |
||
|
показания прибора при tи=800 мкс |
наибольшая абсолютная погрешность дискретности |
наибольшая относительная погрешность дискретности, % |
1 |
0,8 |
0,01 |
1,25 |
2 |
0,8 |
||
3 |
0,8 |
||
4 |
0,81 |
||
5 |
0,8 |
||
6 |
0,81 |
||
7 |
0,81 |
||
8 |
0,8 |
||
9 |
0,8 |
||
10 |
0,81 |
||
среднее значение |
0,804 |
|
|
Т.к. погрешность должна находиться в пределах от 0,5% до 2%, то Тсч должно принадлежать интервалу (4-16), поэтому выбираем Тсч = 10.
0.005
<
< 0.02
4 мкс <Тсч <16 мкс
Тсч = 10 мкс.
Абсолютная погрешность дискретности составляет 10 мкс, а относительная:
Вывод: Погрешность дискретности, полученная в результате измерений, лежит в пределах (0,5 ÷ 2) %, что соответствуют приведенным условиям. Но эта погрешность ниже теоретической, что объясняется результатом усреднения показаний прибора и приближения усредненного значения к действительному, в то время как теоретическая погрешность оценивается достаточно грубо, исходя из наихудших условий. Делаем вывод о том, что длительность счетных импульсов была выбрана, верно.
5. Исследование погрешности дискретности, возникающей при измерении длительности импульса цифровым измерителем интервалов времени с различными частотами следования счетных импульсов.
|
Результаты измерения длительности импульса t=850 мкс |
|||||
|
1 мкс |
10 мкс |
100 мкс |
|||
показания прибора, мс |
Наибольшая абсолютная погрешность |
показания прибора, мс |
Наибольшая абсолютная погрешность |
показания прибора, мс |
Наибольшая абсолютная погрешность |
|
1 |
0,854 |
0,005 |
0,85 |
0,01 |
0,8 |
0,05 |
2 |
0,854 |
0,85 |
0,9 |
|||
3 |
0,854 |
0,86 |
0,9 |
|||
4 |
0,855 |
0,86 |
0,8 |
|||
5 |
0,855 |
0,85 |
0,8 |
|||
6 |
0,854 |
0,85 |
0,9 |
|||
7 |
0,854 |
0,85 |
0,9 |
|||
8 |
0,854 |
0,85 |
0,9 |
|||
9 |
0,854 |
0,85 |
0,9 |
|||
10 |
0,854 |
0,85 |
0,8 |
|||
11 |
0,855 |
0,86 |
0,8 |
|||
12 |
0,854 |
0,85 |
0,9 |
|||
13 |
0,854 |
0,86 |
0,8 |
|||
14 |
0,854 |
0,85 |
0,8 |
|||
15 |
0,855 |
0,86 |
0,8 |
|||
16 |
0,854 |
0,86 |
0,8 |
|||
17 |
0,854 |
0,86 |
0,9 |
|||
18 |
0,854 |
0,86 |
0,9 |
|||
19 |
0,855 |
0,86 |
0,8 |
|||
20 |
0,855 |
0,85 |
0,9 |
|||
Сред знач. |
0,8543 |
|
0,8545 |
|
0,85 |
|
|
δдискр= 0,47% |
δдискр= 1,18% |
δдискр= 5,88% |
|||
Вывод: Анализируя результаты измерений, можно сказать следующее: абсолютная погрешность дискретности тем выше, чем больше длительность счетных импульсов и примерно равна этой длительности (теоретической максимальной погрешности); относительная погрешность тоже увеличивается с ростом длительности счетных импульсов, причем во сколько раз возрастает эта длительность, во столько, примерно, возрастает и погрешность (что тоже соответствует теории.). Поэтому чем меньше длительность счетных импульсов, тем меньше погрешность. А увеличение счетных импульсов на приборе необходимо для измерения сравнительно больших сигналов, значения, длительности которых при малых счетных импульсах не укладываются в разрядную сетку прибора.
Максимальная
величина абсолютной погрешности
составляет
1 период следования счетных импульсов
(округление может производиться как в
большую, так и в меньшую сторону).
6. Снятие фазочастотной характеристики четырехполюсника.
Коммутационный блок
Осциллограф
Фазометр
Г3-109
R1=R2=1 кОм
С1=С2=50 нФ
;
;
частота F, кГц |
1 |
3 |
5 |
7 |
10 |
15 |
20 |
50 |
период Т, мс |
0,98 |
0,33 |
0,2 |
0,144 |
0,098 |
0,065 |
0,049 |
0,0195 |
временной сдвиг dT, мс |
0,12 |
0,0025 |
0,0095 |
0,012 |
0,012 |
0,01 |
0,0085 |
0,0045 |
фазовый сдвиг, град |
44,08 |
2,73 |
17,05 |
29,8 |
44,08 |
55,4 |
62,45 |
83,08 |