Skripta Měření v elektrotechnice - lab.cvičení II

FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ


Měření v elektrotechnice
Laboratorní cvičení II.

Garant předmětu:
Doc. Ing. Ludvík Bejček, CSc.

Autoři textu:
Ing. Marie Havlíková
Ing. Soňa Šedivá, Ph.D.
Brno 1.8. 2003
2 FEKT Vysokého učení technického v Brně
Obsah
1 ÚVOD................................................................................................................................ 7
2 ZAŘAZENÍ PŘEDMĚTU VE STUDIJNÍM PROGRAMU........................................ 8
2.1 ÚVOD DO PŘEDMĚTU...................................................................................................8
2.2 VSTUPNÍ TEST.............................................................................................................8
3 PROTOKOL O MĚŘENÍ – NÁLEŽITOSTI ............................................................... 9
4 LABORATORNÍ CVIČENÍ Č. 1 – STEJNOSMĚRNÉ A STŘÍDAVÉ
VOLTMETRY ....................................................................................................................... 11
4.1 ÚKOLY......................................................................................................................11
4.2 TEORETICKÝ ROZBOR................................................................................................11
4.2.1 Měření stejnosměrného napětí.........................................................................12
4.2.1.1 Základní parametry číslicových voltmetrů (multimetrů).............................14
4.2.1.2 Základní schémata zapojení měřícího obvodu.............................................15
4.2.2 Měření střídavého napětí.................................................................................16
4.2.3 Měření vstupního odporu voltmetru.................................................................18
4.3 POUŽITÉ PŘÍSTROJE...................................................................................................19
4.4 POSTUP MĚŘENÍ........................................................................................................19
4.5 ZÁVĚR.......................................................................................................................21
5 LABORATORNÍ CVIČENÍ Č. 2 – MĚŘENÍ POMOCÍ ANALOGOVÉHO
OSCILOSKOPU....................................................................................................................22
5.1 ÚKOLY......................................................................................................................22
5.2 TEORETICKÝ ROZBOR................................................................................................22
5.2.1 Analogový osciloskop.......................................................................................23
5.2.2 Vstupní sonda...................................................................................................24
5.2.3 Kalibrační napětí.............................................................................................27
5.2.4 Srovnávací metoda měření frekvence..............................................................27
5.3 POUŽITÉ PŘÍSTROJE...................................................................................................27
5.4 POSTUP MĚŘENÍ........................................................................................................27
5.5 ZÁVĚR.......................................................................................................................30
6 LABORATORNÍ CVIČENÍ Č. 3 – MĚŘENÍ ODPORU, KAPACITY,
INDUKČNOSTI A VZÁJEMNÉ INDUKČNOSTI............................................................ 31
6.1 ÚKOLY......................................................................................................................31
6.2 TEORETICKÝ ROZBOR................................................................................................31
6.2.1 Měření elektrického odporu.............................................................................31
6.2.1.1 Přímé metody měření elektrického odporu..................................................31
6.2.1.2 Nepřímé metody měření elektrického odporu.............................................32
6.2.2 Měření kapacity................................................................................................34
6.2.2.1 Přímá metoda měření kapacity.....................................................................35
6.2.2.2 Metoda tří napětí..........................................................................................35
6.2.2.3 Můstková metoda.........................................................................................36
6.2.3 Měření vlastní indukčnosti...............................................................................37
6.2.3.1 Přímá metoda...............................................................................................38
6.2.3.2 Můstková metoda.........................................................................................38
6.2.4 Měření vzájemné indukčnosti...........................................................................39
Měření v elektrotechnice - laboratorní cvičení II. 3
6.2.4.1 Metoda přímá................................................................................................40
6.2.4.2 Diferenční metoda........................................................................................41
6.2.4.3 Určení vzájemné indukčnosti měřením naprázdno a nakrátko.....................41
6.3 POUŽITÉ PŘÍSTROJE....................................................................................................41
6.4 POSTUP MĚŘENÍ.........................................................................................................42
6.5 ZÁVĚR.......................................................................................................................44
7 LABORATORNÍ CVIČENÍ Č. 4 – ČÍSLICOVÉ OSCILOSKOPY.........................45
7.1 ÚKOLY......................................................................................................................45
7.2 TEORETICKÝ ROZBOR................................................................................................45
7.2.1 Části číslicového osciloskopu...........................................................................46
7.2.2 Vzorkování........................................................................................................46
7.2.3 Základní parametry číslicového osciloskopu...................................................47
7.2.4 Osciloskopická metoda měření kmitočtu – Lissajousova metoda....................49
7.3 POUŽITÉ PŘÍSTROJE....................................................................................................49
7.4 POSTUP MĚŘENÍ.........................................................................................................49
7.5 ZÁVĚR.......................................................................................................................52
8 LABORATORNÍ CVIČENÍ Č. 5 – MĚŘENÍ KMITOČTU, ČASOVÉHO
INTERVALU A FÁZE...........................................................................................................53
8.1 ÚKOLY......................................................................................................................53
8.2 TEORETICKÝ ROZBOR................................................................................................53
8.2.1 Číslicové čítače.................................................................................................53
8.2.2 Měření časových intervalů...............................................................................53
8.2.3 Měření kmitočtu................................................................................................54
8.2.3.1 Analogové metody měření kmitočtu [1].......................................................54
8.2.3.2 Číslicové metody měření kmitočtu...............................................................55
8.2.4 Měření fázového posuvu...................................................................................56
8.2.4.1 Osciloskopická metoda měření fázového rozdílu – Lissajousovy obrazce..56
8.3 POUŽITÉ PŘÍSTROJE....................................................................................................57
8.4 POSTUP MĚŘENÍ.........................................................................................................57
8.5 ZÁVĚR.......................................................................................................................60
9 MĚŘICÍ PŘÍSTROJE POUŽÍVANÉ V LABORATOŘI A JEJICH OBSLUHA ..61
9.1 OSCILOSKOP OS 5020...............................................................................................61
9.2 OSCILOSKOP EZ OS 5040.........................................................................................62
9.3 OSCILOSKOP AGILENT (HP) 54600A........................................................................64
9.4 DIGITÁLNÍ OSCILOSKOP TEKTRONIX TDS 210..........................................................66
9.5 ČÍTAČ AGILENT (HP) 53131A...................................................................................67
9.6 UNIVERSÁLNÍ ČÍTAČ TESLA BM 526.......................................................................69
9.7 MULTIMETR AGILENT (HP) 34401A.........................................................................70
9.8 MULTIMETR METEX M-3850.................................................................................73
9.9 DIGITÁLNÍ MULTIMETR METEX M-3890D..............................................................73
9.10 MULTIMETR ESCORT EDM-83BS.........................................................................75
9.11 MILIVOLTMETR TESLA BM 579..............................................................................76
9.12 GENERÁTOR AGILENT (HP) 33120A.........................................................................77
9.13 GENERÁTOR TESLA BM 492..................................................................................79
9.14 GENERÁTOR NEWTRONICS 200MSP....................................................................80
9.15 STABILIZOVANÝ ZDROJ AUL 310..............................................................................81
9.16 LABORATORNÍ ZDROJ STATRON 2223D.................................................................82
9.17 MĚŘIČ RLCG TESLA BM 591................................................................................83
4 FEKT Vysokého učení technického v Brně
9.18 AUTOMATICKÝ DIGITÁLNÍ LCR MĚŘIČ MIC-4070D................................................83
10 DODATKY................................................................................................................. 85
10.1 VÝSLEDKY TESTŮ.....................................................................................................85
10.1.1 Vstupní test.......................................................................................................85
10.2 PŘÍLOHY...................................................................................................................86
Měření v elektrotechnice - laboratorní cvičení II. 5
Seznam obrázků
OBRÁZEK 1: MŮSTKOVÉ ZAPOJENÍ STEJNOSMĚRNÉHO ELEKTRONICKÉHO VOLTMETRU............12
OBRÁZEK 2: BLOKOVÉ SCHÉMA STEJNOSMĚRNÉHO MIKROVOLTMETRU....................................13
OBRÁZEK 3: BLOKOVÉ SCHÉMA MULTIMETRU..........................................................................14
OBRÁZEK 4: TŘÍVODIČOVÉ ZAPOJENÍ........................................................................................15
OBRÁZEK 5: DVOUVODIČOVÉ ZAPOJENÍ....................................................................................16
OBRÁZEK 6: STŘÍDAVÝ ELEKTRONICKÝ VOLTMETR..................................................................16
OBRÁZEK 7: BLOKOVÉ SCHÉMA VYSOKOFREKVENČNÍHO VOLTMETRU.....................................17
OBRÁZEK 8: BLOKOVÉ SCHÉMA STŘÍDAVÉHO MILIVOLTMETRU S ŠIROKOPÁSMOVÝM
ZESILOVAČEM....................................................................................................................17
OBRÁZEK 9: BLOKOVÉ SCHÉMA NÍZKOFREKVENČNÍHO SELEKTIVNÍHO MIKROVOLMETRU........18
OBRÁZEK 10: ZAPOJENÍ PRO MĚŘENÍ VSTUPNÍHO ODPORU VOLTMETRU....................................18
OBRÁZEK 11: SCHÉMA ZAPOJENÍ PRO MĚŘENÍ NELINEARITY MULTIMETRU METEX................20
OBRÁZEK 12: UKÁZKA ANALOGOVÉHO OSCILOSKOPU (FY HP)................................................22
OBRÁZEK 13: BLOKOVÉ SCHÉMA ANALOGOVÉHO OSCILOSKOPU..............................................23
OBRÁZEK 14: VSTUPNÍ SONDA OSCILOSKOPU...........................................................................25
OBRÁZEK 15: VSTUPNÍ SONDA OSCILOSKOPU...........................................................................25
OBRÁZEK 16: FUNKCE SONDY...................................................................................................26
OBRÁZEK 17: KOMPENZACE SONDY..........................................................................................26
OBRÁZEK 18: ZAPOJENÍ PRO MĚŘENÍ ODPORU OHMOVOU METODOU........................................32
OBRÁZEK 19: ZAPOJENÍ MŮSTKOVÉ METODY – WHEATSTONEŮV MŮSTEK...............................33
OBRÁZEK 20: THOMSONŮV DVOJITÝ STEJNOSMĚRNÝ MŮSTEK..................................................34
OBRÁZEK 21: NÁHRADNÍ SCHÉMA KONDENZÁTORU – SÉRIOVÉ A PARALELNÍ...........................34
OBRÁZEK 22: FÁZOVÉ DIAGRAMY: A) PRO SÉRIOVÉ NÁHRADNÍ SCHÉMA, B) PRO PARALELNÍ
NÁHRADNÍ SCHÉMA, C) IMPEDANCE KONDENZÁTORU PRO SÉRIOVÉ NÁHRADNÍ SCHÉMA...35
OBRÁZEK 23: POPIS WIENOVA MŮSTKU....................................................................................37
OBRÁZEK 24: NÁHRADNÍ SCHÉMA CÍVKY – A) SÉRIOVÉ, B) PARALELNÍ....................................37
OBRÁZEK 25: FÁZOROVÉ DIAGRAMY – A) PRO SÉRIOVÉ NÁHRADNÍ SCHÉMA, B) PRO PARALELNÍ
NÁHRADNÍ SCHÉMA, C) IMPEDANCE CÍVKY PRO SÉRIOVÉ NÁHRADNÍ SCHÉMA...................38
OBRÁZEK 26: MAXWELL – WIENŮV MŮSTEK............................................................................39
OBRÁZEK 27: VZÁJEMNÁ INDUKČNOST.....................................................................................40
OBRÁZEK 28: NÁHRADNÍ ZAPOJENÍ PRO URČENÍ VZÁJEMNÉ INDUKČNOSTI...............................40
OBRÁZEK 29: ČTYŘVODIČOVÉ MĚŘENÍ ODPORU POMOCÍ MULTIMETRU HP 344 01A................42
OBRÁZEK 30: SPOJENÍ ANALOGOVÉHO A DIGITÁLNÍHO OSCILOSKOPU (2 KANÁLY ANALOGOVÉ,
16 KANÁLŮ DIGITÁLNÍCH).................................................................................................45
OBRÁZEK 31: DIGITÁLNÍ OSCILOSKOP.......................................................................................45
OBRÁZEK 32: BLOKOVÉ SCHÉMA ČÍSLICOVÉHO OSCILOSKOPU – JEDEN KANÁL........................46
OBRÁZEK 33: ZOBRAZENÍ SIGNÁLU - BODOVÉ, S LINEÁRNÍ A SINUSOVOU INTERPOLACÍ...........48
OBRÁZEK 34: BLOKOVÉ SCHÉMA OBVODU SE DVĚMA VSTUPY PRO MĚŘENÍ ČASOVÉHO
INTERVALU........................................................................................................................54
OBRÁZEK 35: ČASOVÉ PRŮBĚHY PŘI ČÍSLICOVÉM MĚŘENÍ ČASOVÉHO INTERVALU...................55
OBRÁZEK 36: MĚŘENÍ KMITOČTU PŘÍMOU METODOU – BLOKOVÉ ZAPOJENÍ.............................56
OBRÁZEK 37: ČASOVÉ PRŮBĚHY SIGNÁLŮ PŘI MĚŘENÍ FÁZOVÉHO POSUVU ČÍTAČEM...............57
OBRÁZEK 38: PRŮBĚH OBDÉLNÍKOVÉHO SIGNÁLU....................................................................59
OBRÁZEK 39: SCHÉMA ZAPOJENÍ PRO MĚŘENÍ FÁZOVÉ FREKVENČNÍ CHARAKTERISTIKY RC
ČLÁNKU 59
OBRÁZEK 40: OSCILOSKOP OS 5020.........................................................................................62
OBRÁZEK 41: OSCILOSKOP OS 5040.........................................................................................62
OBRÁZEK 42: ČELNÍ PANEL OSCILOSKOPU HP 54600A............................................................64
OBRÁZEK 43: POPIS OVLÁDACÍCH TLAČÍTEK OSCILOSKOPU HP 54600A..................................65
6 FEKT Vysokého učení technického v Brně
OBRÁZEK 44: OSCILOSKOPY TEKTRONIX SÉRIE TDS 200........................................................66
OBRÁZEK 45: POPIS ČELNÍHO PANELU OSCILOSKOPU TEKTRONIX TDS 210.............................67
OBRÁZEK 46: ČÍTAČ AGILENT (HP) 53131A............................................................................67
OBRÁZEK 47: ČELNÍ PANEL ČÍTAČE AGILENT (HP) 53131A A POPIS OVLÁDACÍCH PRVKŮ.......68
OBRÁZEK 48: MENU ČÍTAČE PRO MĚŘENÍ FREKVENCE, PERIODY A NAPĚTÍ...............................69
OBRÁZEK 49: MENU ČÍTAČE PRO NASTAVENÍ SPOUŠTĚNÍ (TRIGGER).......................................69
OBRÁZEK 50: MULTIMETR AGILENT (HP) 34401A..................................................................70
OBRÁZEK 51: POPIS ČELNÍHO PANELU MULTIMETRU AGILENT (HP) 34401A...........................71
OBRÁZEK 52: MĚŘENÍ NAPĚTÍ..................................................................................................72
OBRÁZEK 53: MĚŘENÍ ODPORU ČTYŘVODIČOVOU METODOU...................................................72
OBRÁZEK 54: MĚŘENÍ FREKVENCE A PERIODY.........................................................................72
OBRÁZEK 55: POPIS ČELNÍHO PANELU MULTIMETRU METEX M-3850....................................73
OBRÁZEK 56: MULTIMETR METEX M-3890D........................................................................74
OBRÁZEK 57: POPIS ČELNÍHO PANELU MULTIMETRU METEX M-38590D...............................75
OBRÁZEK 58: POPIS ČELNÍHO PANELU MULTIMETRU ESCORT EDM-83BS............................76
OBRÁZEK 59: MILIVOLTMETR TESLA BM 579.........................................................................77
OBRÁZEK 60: POPIS OVLÁDACÍCH PRVKŮ MILIVOLTMETRU......................................................77
OBRÁZEK 61: GENERÁTOR AGILENT (HP) 33120A..................................................................78
OBRÁZEK 62: ČELNÍ PANEL GENERÁTORU HP 33120A............................................................78
OBRÁZEK 63: ČELNÍ PANEL GENERÁTORU TESLA BM 492.....................................................79
OBRÁZEK 64: ČELNÍ PANEL GENERÁTORU NEWTRONICS.....................................................80
OBRÁZEK 65: ČELNÍ PANEL ZDROJE AUL 310..........................................................................82
OBRÁZEK 66: POPIS ČELNÍHO PANELU LABORATORNÍHO ZDROJE STATRON 2223.................83
OBRÁZEK 67: OVLÁDACÍ PANEL MĚŘIČE RLCG TESLA BM 591.............................................83
OBRÁZEK 68: POPIS ČELNÍHO PANELU MĚŘIČE LCR MIC-4070D............................................84
OBRÁZEK 69: ČASOVĚ PROMĚNNÉ VELIČINY............................................................................87

Měření v elektrotechnice - laboratorní cvičení II. 7
1 Úvod
Tato elektronická skripta slouží jako základní pomůcka a podklad pro přípravu studentů
v kurzu Měření v elektrotechnice. Tento díl elektronických skript „Měření v elektrotechnice –
Laboratorní cvičení II.“ navazuje na první část „Měření v elektrotechnice – Laboratorní
cvičení I.“ a týká se laboratorních úloh, jejichž výuku zajišťuje Ústav automatizace a měřicí
techniky.
Prudký rozvoj elektroniky a zejména číslicové techniky v posledních letech výrazně
poznamenal i elektrická měření a přístrojovou techniku. Z tohoto důvodu se analogové
elektromagnetické přístroje používají v současnosti většinou pouze jako průmyslové provozní
přístroje. I zde však dochází k rozšíření číslicových měřicích přístrojů. Právě z důvodu
rozvoje a p