MEASUREMENT GUIDE 2/A

Name: Course code:. Date and time of the measurement: ÓBUDAI UNIVERSITY Kandó Kálmán Faculty of Electrical Engineering Institute of Instrumentation and Automation MEASUREMENT LABORATORY MEASUREMENT GUIDE 2/A Budapest, 2014 The development and compilation of the measurements, participated in Markella Zsolt Molnár Zsolt Tényi V. Gusztáv All rights reserved. 1

Table of Contents 12. laboratory measurements 3. oldal Measuring Power 13. laboratory measurements 6. oldal Measuring with DSO I. 14. laboratory measurements 15. oldal Measuring resistance 15. laboratory measurements 21. oldal Measuring frequency and period duration Preface In the measurement laboratory, unlike previous semesters of laboratory, this semester the students will be based on previously learned task of carrying out the measurement protocols for the preparation of the test workbook. How to manage your workbook: Before the measurement must be prepared for the workbook at home. During the measurement shall be record the data into the prepared workbook. After the measurement, the evaluation can be made to the workbook. When carried out the measurements documentation you must be take special care for the reproducibility! 2

1. The aim of the measurement: Measuring the power elements. Calculation of the measuring errors. 2. Theory needed for the measurement: Recommended topics: Villamosságtan I.-II. 49203/I.-II. ( Dr. Selmeczi-Schnöller) Méréstechnika jegyzet 1161 (Szerk. Dr. Horváth Elek ) Példagyűjtemény 3. Measurement tasks: 3.1. Determination of the power-voltage characteristics of the light bulb on the board! Understanding the usage of the power meter. Calculation of the power and measuring errors! Aim of the measurement: Recording the power-voltage characteristics of the light bulb (24 V, 60 W) on the board from 0 to 20 V in 2 V steps. The object to be measured: Make the circuit above on the board 5: Measure the current which is flowing through the light bulb, the voltage on it and the power! 3

The maximal value of the current is 2 A, or the maximal value of the voltage is 20 V! DO NOT OVER LOAD THE POWER METER CURRENT AND VOLTAGE CONNECTOR! Use outer current and voltage meter for controlling the signal on the power meter! Calculate and draw the resistance of the light bulb depending on the voltage. Draw the curve of the measured power - displayed by the power meter - depending on the measured voltage. In case of the largest measured value calculate the random error of the power which is calculated from the measured current and voltage. We do not calculating systematic error! 3.2. Measuring power in case of ohmic and inductive load! The object to be measured: Make the circuit above on the board 5: Measuring the power in case of 5 and 10 V AC power supply in the three position of the iron core! (Without iron core, with iron core with rubber sheet in the air gap and without it.) Calculate the reactive and apparent power and phase angle of the load from the measured values measured by the outer current meter, voltage meter and the effective power measured by the power meter and compare with the displayed value of the power meter. Draw the vector diagram of the powers in case of 10 V power supply. 4

3.3. Record the output curve of the transformer Calculate the nominal load current and the load resistance in case of the 20 VA transformer on the 24 V output. Measure the output voltage of the transformer on the 24 V output without load! Set the calculated load resistance, connect to the circuit and measure again the output voltage. From the measured values calculate the values of the voltage drop and the power loss. Draw the U out, I out diagram. 5

1. The aim of the measurement: To meet the extrafunction of DSO. 2. Theory needed for the measurement: The oscilloscope part of Méréstechnika (szerk. Dr. Horváth Elek) book especially the DSO. Ajánlott irodalom: - The Users guide of TDS1002 oscilloscope (Printed form in the laboratory or from the web http://www.tek.com) - XYZs of Oscilloscopes from the web http://www.tek.com Introdution We are able to use the TDS1002 oscilloscope with knobs and buttonns. The use of the knobs a little bit triky, we are able to turn round any times we need, so ther is no max or min limit on it. We are able to check the values on the display not on the knob. The most of the functions are selectable from the menu. There are two groups of buttons the dedicated function buttons and the soft keys. The actual function of the soft keys are on the right side on the display. 3. Measurement tasks: 3.1. Inspect the channel menus functions! The menu of (CH1 és CH2) are the same, so we check only the {CH1 MENU}. After peress the button {CH1 MENU} the functions of the soft keys from top to bottom: - Coupling, values: DC, AC, Ground - BW Limit, values: Off, On (20MHz). It s decrees the noise of the display. 6

- You are able to switch between the Coarse and Fine mode of Volts/Div. In a Coarse mode you are able to change in the 1-2-5 sekvenc as on the normal analogue oscilloscope. In Fine mode the smallest steps are between 40 V-40mV (in case of probe 1X), the value is depending the value of Volts/Div. - Probe, values: 1X, 10X, 100X, 1000X. (The 1X means there is no any divider in the probe. The default value is 10X, in this case the signal divided by 10 from the beginning of the probe until the BNC connector, so the oscilloscope multiply the signal by 10.) The displayed value is automatically changed by the probe value. - Invert, values: On, Off. a) Try all of this values! Check how changing the values on the display! Write down the main values! b) Measure the fine steps in case of 1V/Div and 10mV/Div coarse values! What is the reason of the difference? c) In case of 100mV/Div sensitivity with the vertical position knob set +100mV and -150mV refency position! Observe the information in the botton line of the display! Whats the steps of the position? Why can not exactly setable the -150mV? 3.2. Inspect the horisontal menu functions! After peress the button {HORIZ MENU} the functions of the soft keys from top to bottom: - sec/div (Main) time base - sec/div (Window Zone) time base - displaying Window - Trigger Knob assigning to Trigger Level or Holdoff time. This field is displaying the actual delay time. The Window mode similar to the analog oscilloscope dual time base mode. In case of dual time base a porcion of a signal is displaed on an onather time base. a) Connect to the oscilloscope aproximetly 100kHz square wave signal (arbitrary amplitude and DC level)! Set aproximetly 2 cicle of the signal by the Main time base! Set the Window Zone - showed by two vertical dashed line approximatelly 7

including one riseing or falling edge of a signel as narrower as possible (0,2-0,5 division). Switch to Window displaying mode! (Now you can see the stretched out part of the selection.) Draw the diagram from the display when set the window zone and when displaying the windo zone! b) Observe effect of the {sec/div} knob! The change of the time base is not the common 1-2-5 series, but 1-2,5-5. c) Connect the board 3 or 3/A QB signal to the CH1 channel of the oscilloscope! Push the {AUTOSET} button! Are you see computable figure on the screen? Stop the signal by the Holdoff function! Draw the signal on the screen and write down the value of the Holdoff! 3.3. In case of DSO the sampling and writeing the data into the memory is continuous. When the data was written into the last memory cell, the next sample will be write into the first cell (circular memory). The process of the samples depend on the trigger event. The seted trigger position is determineing the first and the last element of the displayed data series. A digitális oszcilloszkópoknál tisztáznunk kell a triggeresemény és az adatgyűjtés időtartamának egymáshoz képest való elhelyezkedése szerinti triggerelési mód felosztást. Utóriggerelésnek (posttrigger) nevezzük azt a triggerelési módot, amikor az adatgyűjtés a triggeresemény után következik (tehát a trigger megelőzi az adatgyűjtést, a triggeresemény megjelenítése a képernyő bal szélén történik, lásd a hagyományos oszcilloszkóp működését). Ilyenkor a triggeresemény előtt történtekről nincs információnk. Előtriggerelésnek (pretrigger) nevezzük azt a triggerelési módot, amikor az adatgyűjtés a triggeresemény előtt történik. Ilyenkor a triggeresemény az oszcilloszkóp képernyőjének jobb szélén helyezkedik el, a triggeresemény előtt történtekről egy teljes képernyőnyi információnk van. A harmadik a késleltetett utótriggerelés lehetősége, amikor a triggeresemény nem a képernyő bal szélén található, hanem attól jobbra. Például az 50%- kal késleltetett utótrigger-esemény a képernyő közepén látható, az előtte és az utána történtekről is 5-5 osztásnyi (fél képernyőnyi) információnk van. Ez a beállítás a 0 triggerpozíció, a TDS1002 alaphelyzete. a) Inspect the use of the {horizontal position}, it set the trigger position! Inspect the interval of it! (From -4 division until 8

+20ms/50ms/50s, depends on the time base) What the physical content to set the trigger position to 0, +5 or -1 divisions? Why good the high range adjustability of the trigger position? b) Inspect the effect of the {set to zero} button after you change the trigger position from the default! Why good this button? (The same trigger position is on different place on the screen in case of different time base!) c) Measure the wave forms of the board 3. or 3/A 1MHz, QA, QB, QC and QD signal outputs, use the oscilloscope CH1 and CH2 channels! Draw the wave forms in phase in a common diagram! (These outputs are the points of the BCD divider driven by 1MHz clock signal.) Set the horizontal time base to able to see one period of QD signal (select QD as trigger source: {trig menu}, Source: CH1)! A QD jel frekvenciája a legalacsonyabb, így biztosan álló jelet kapunk, ha ezt választjuk triggerforrásnak, míg ha egy magasabb frekvenciájú jelre (pl. 1MHz vagy QA) triggerelünk, előfordulhat, hogy az alacsonyabb frekvenciájú jel fut a képernyőn. A következő ábrán láthatjuk, hogy a nagyobb frekvenciájú jel lehetséges triggerelési pontjainál az alacsonyabb frekvenciájú jelnek hol le-, hol pedig felfutó éle van. A két különböző fázisban egymásra rajzolódott alacsonyabb frekvenciájú jel kiértékelhetetlen. Ha viszont az alacsonyabb frekvenciájú jelre triggerelünk, annak lehetséges triggerelési pontjainál a nagyobb frekvenciájú jel felrajzolása is mindig fázishelyesen történik. d) Inspect that part of QD whitch is out of the screen by changing the trigger position! (Whitch type of trigger mode is it?) How many data inspectable from the nonvisual part of the waveform? 9

3.4. In case of analogue oscilloscope the trigger position is on the left side of the screen, but in case of DSO you are able to change the trigger position ( the zero time ) by the {horizontal position} knob. Step in the {TRIG MENU} by push the button. You are able to change the next function by the top soft key: - selecting trigger (Type), the values: (Edge), (Video), (Pulse) The function of the other soft keys are depending on the trigger type: Edge trigger: - triggerforrás-választás (Source), beállítható: CH1, CH2, Ext, Ext/5, AC Line. Az Ext/5 állásban a külső triggerjel amplitúdója ötödére osztódik, a többi triggerforrás választási lehetőség analóg oszcilloszkópokon is megtalálható - triggerelési él kiválasztása (Slope), beállítható: emelkedő (Rising) vagy lefutó (Falling) él - triggerelési üzemmód (Mode), beállítható: automatikus indítás (Auto), normál indítás (Normal) - triggerjel csatolásának beállítása (Coupling), beállítható: DC, zajelnyomás (Noise Reject, amikor a vizsgált jelre ülő nagyfrekvenciás zaj elnyomása történik), nagyfrekvenciás elnyomás (HF reject, a jelről a nagyfrekvenciás komponensek leválasztása történik), alacsonyfrekvenciás elnyomás (LF reject, az alacsonyfrekvenciás komponensek leválasztása történik), AC a) Tervezze meg a nagy- és a kisfrekvenciás elnyomás határfrekvenciájának mérését! Végezze el a mérést! Videotrigger esetén: - triggerforrás választás (Source), beállítható: CH1, CH2, Ext - szinkronjel élének kiválasztása (Polarity), beállítható: felfutó él (Normal), lefutó él (Inverted) 10

- triggerelés módjának kiválasztása (Sync), beállítható: minden sorra (All Lines), adott sorra (Line Number, a sor számának kiválasztása a triggerszint állító gombbal történhet), páratlan illetve páros sorszámú félképre (Odd/Even Field), minden félképre (All Fields) - videojel normájának kiválasztása (Standard), beállítható: NTSC, PAL/SECAM Impulzus trigger esetén: - triggerforrás választás (Source), beállítható: CH1, CH2, Ext, Ext/5 (lásd éltriggernél) - összehasonlítás módjának megadása (When), beállítható: azonos (=), nem azonos ( ), kisebb mint (<), nagyobb mint (>) - impulzusszélesség beállítása (Set Pulse Width), kiválasztva a triggerszint állító segítségével beállíthatjuk az alap impulzus szélességet, mellyel a mértet össze tudjuk hasonlítani - belépés a 2. lapra (- more -) - impulzus polaritásának beállítása (Polarity), beállítható: pozitív (Positive), negatív (Negative) - triggerelési üzemmód (Mode), lásd éltrigger - triggerjel csatolásának beállítása (Coupling), lásd éltrigger You can set the trigger level by the {TRIGGER LEVEL} knob, the value and the position displayed on the screen. If you push the {SET TO 50%} button the trigger level automatically seted to the middle amplitude of the signal. (Caution, 50% of the signal which signal is passed through the selected coupling!) A {FORCE TRIGGER} (erőltetett trigger) gomb (11) segítségével az előkészített (jelenlegi) hullámalak felvételt lehet befejeztetni az oszcilloszkóppal (egyszeri jelfelvételnél és normál üzemmódban hasznos). A {TRIG VIEW} gombbal (10) a triggerelési jelszűrés hatását lehet vizsgálni, megjeleníti a kondicionált trigger jelet. b) Connect the oscilloscope CH1 channel a sinusoid signal approx. 1kHz frequency! After set the trigger position to zero, 11

display approx. 1-2 period from the signal and set the phase in trigger position to 30 and 120. c) Connect exactly 1kHz frequency squar wave to the oscilloscope CH1 channel (in the right lower corner of the screen you can get information from the frequency)! Set approx. 2 period from the signal on the screen! Select inpulse trigger and set {When} to (=), measure the range of the value of the {Set Pulse Width} when stop the signal. Start from 500µs - this is a half of the period time of the 1kHz signal -, positive polarity and normal mode. When the trigger condition is met with the signal parameters you will see live picture on the screen. When the trigger condition is wrong stop the drowing of the signal and fade out the screen. Change slowly the pulse width up and down from the inicial value. 3.5. A készülék kibővített matematikai funkciókkal rendelkezik. A matematikai menüt a {MATH MENU} gombbal (5) hívhatjuk elő. A legfelső változó funkciójú billentyűvel a következő funkciók között választhat: - Művelet kiválasztása (Operation), beállítható: összegzés (+), különbségképzés ( ), FFT spektrum analízis (FFT) A többi változó funkciójú billentyű a beállított matematikai művelettől függően a következő szerepet tölti be: Összegzés esetén nincs egyéb választási lehetőség, mert csak kétcsatornás az oszcilloszkóp. Nagyobb csatornaszám esetén kiválasztható bármely csatornának bármely másik csatornával való összegzése. Különbségképzés esetén: - CH1-CH2 képzése - CH2-CH1 képzése FFT esetén: - forrásválasztás (Source), beállítható: CH1, CH2 - ablakozás típusának kiválasztása (Window), beállítható: Hanning, Flattop, Rectangular (bővebben a 7. sz. mérésben) 12

- frekvencia-tartomány nagyítása (FFT Zoom), beállítható: x1, x2, x5, x10 Az FFT üzemmód csak elővigyázatosan használható, mert az átlapolódás miatt ál-spektrumvonalak (alias) keletkezhetnek. 3.6. A készülék alkalmas automatikus gyorsmérések elvégzésére. Egyszerre 5 mennyiség mérethető a készülékkel, tetszőleges csatornáról. Az automatikus gyorsmérések menüt a {MEASURE} gomb (24) megnyomásával hívhatjuk elő. Ekkor a képernyő jobb szélén feltűnik az öt forrás mérendő mennyiség páros. Bármelyiket kiválasztva a változó funkciójú billentyűkkel (fentről lefelé) a következő beállításokat végezheti el: - forrás kiválasztása (Source), beállítható: CH1, CH2 - mérendő mennyiség kiválasztása (Type), beállítható: frekvencia (Freq), periódusidő (Period), egyszerű középérték (Mean), csúcstól-csúcsig érték (Pk-Pk), valódi effektív érték (az első teljes perióduson) (Cyc RMS), a teljes hullámalak minimális értéke (Min), a teljes hullámalak maximális értéke (Max), az első felfutási idő értéke 10% és 90% között (Rise Time), az első lefutási idő értéke 10% és 90% között (Fall Time), a hullámalak első felfutó és első lefutó élének 50%-os állapota között eltelt idő (Pos Width), a hullámalak első lefutó és első felfutó élének 50%-os állapota között eltelt idő (Neg Width), nincs mért mennyiség (None) Ha a képernyőn nem látható a jelnek legalább egy teljes periódusa vagy amplitúdóban nem fér el a képernyőn, akkor néhány mennyiség nem mérhető. A mérendő jelalaknak (jelalak-részletnek) a képernyőt minél jobban ki kell töltenie a lehető legpontosabb mérés érdekében. a) Mérje meg egy 1kHz-es, 1V amplitúdójú, 1V DC ofszetű szinuszjel, és egy 10kHz-es 1V amplitúdójú, 100mV DC ofszetű négyszögjel jellemzőit. A mérési eredményeket vesse össze a függvénygenerátor skálájával, illetve a különféle jelalak-jellemezők kapcsolatáról tanultakkal (effektív érték, csúcsérték, középérték). b) Jegyezze le, milyen kijelzést tapasztal az egyes méréseknél, ha a képernyőn nem látszik a jelnek legalább egy teljes periódusa, vagy amplitúdóban kilóg! 13

c) Mérje meg a fenti négyszögjel felfutási idejét! Először a négyszögjelnek kb. 4 periódusa látsszon a képernyőn, majd az időalap fokozatos csökkentésével, minden időalap értéknél jegyezze fel a mért felfutási időt! (Addig csökkentse az időalapot, amíg a képernyőn a teljes felfutás látszik!) Adjon magyarázatot az eltérő mérési eredményekre! 14

1. The aim of the measurement: To try some theory of resistance measurement. High precision measurement of the very low resistance. The determination of the measurements error. 2. Theory needed for the measurement: Méréstechnika jegyzet ( Szerk. Dr. Horváth Elek ) Példagyűjtemény The concept of resistance: Resistance indicate how difficult it is for charges to pass through a component. The main areas of resistance measurement: Identify the component parameters, Determine the extent of loss, The resistance measurement methods for the design of a measurement principles Using currant and volt meter Serial OHM meter Paralel OHM meter Voltage comparation Current comparation Bridges: (Wheatstone and Thomson) The type of the connection: 2 wires 4 wires 15

3. Measurement tasks: 3.1. On the board 4. measure the R7 10 Ω and R4 82 Ω resistors exact resistance by voltage comparation methode and calculate the randol error of it. The measurend and calculated values write into a table. Measure as accurate as possible! The object to be measured: Use R 6 = 10 Ω ± 0.02%; 0,25W as R N. Conditions of measurements and critical data: For the higher sensitivity use RN ~ Rx. If we do not need calculate with the load of the instruments let s: RN, Rx «Rv. For the current generator driwing connect series with the voltage generator one resistor R G (more than 100 times higher resistor that are in the circuit). R G = R 1 = 1 kω, 0,25W When designate the measuring point, note that the measuring current is heating the resistance! Therefore, it is appropriate to choose between one third to one tenth of the maximum current. Let s calculate: the measuring current the power supply and the current limit the power dissipation ot the resistors: 0,25 W Set UN ~ Ux value - by the power supply - neer to the maximum of one measurement range (lower random error) The equition for calculating the resistor: U X R X RN * U N It this equition RN ~ Rx «Rv does not true, you must calculate correction! The equiton for the random error: 16

±h Rx = ±( h RN + h UN + h Ux ), - h RN the random error of the knowned resistor in relative form, - h UN and h Ux the random error of the measured voltages in relative form. If you need help for the calculation take a look at measurements laboratory 1/a measurements 1 and 2! 3.2. On the board 4. measure the R15 100 kω and R11 resistors exact resistance by current comparation methode and calculate the randol error of it. The measurend and calculated values write into a table. Measure as accurate as possible! The object to be measured: As R N use the outer resistor: 100 kω ± 0.02%; maximal current 3 ma. 17

Conditions of measurements and critical data: For the higher sensitivity use RN ~ Rx. If we do not need calculate with the load of the instruments let s: RN, Rx» RA. Let s calculate: the power supply and the current limit Comment: In case of low current measurement ranges the input resistance of the instruments are increasing, so check whether the correction is needed! When designate the measuring point, note that the measuring current is heating the resistance! Therefore, it is appropriate to choose between one third to one tenth of the maximum current. Let s calculate: the measuring current the power supply and the current limit the power dissipation ot the resistors: 0,25 W Set IN ~ Ix value - by the power supply - neer to the maximum of one measurement range (lower random error) The equition for calculating the resistor: I N R X RN * I X It this equition RN ~ Rx» RA does not true, you must calculate correction! The equiton for the random error: ±h Rx = ±( h RN + h IN + h Ix ) - h RN the random error of the knowned resistor in relative form, - h UN and h Ux the random error of the measured currents in relative form. 18

3.3. On the board 4. measure the R3 0,5 Ω resistor exact resistance by 2 and 4 wires methode. The measurend and calculated values write into a table. Measure as accurate as possible! The object to be measured: R 2 = 20Ω, 20W R 3 = 0,5Ω, 5W 2 wire resistor measurement (Using currant and volt meter) 4 wire resistor measurement Before starting the measurement, the available most accurate instrument measure the value of R 3, the nearer and the distal connectors as well. Explain the results obtained. Measure both circuit with short and long (connect 3 wire) measuring wire. When designate the measuring point, note that the measuring current is heating the resistance! Therefore, it is appropriate to choose between one third to one tenth of the maximum current. Let s calculate: 19

the measuring current the power supply and the current limit Calculate the difference in percentage between the measured resistance in case of short and long measuring wire in case of 2 and 4 wire measurement methode! 20

1. The aim of the measurement: Kapuzással és impulzusszámlálással dolgozó digitális frekvencia- és időmérő működési elvének és működésének modellen történő bemutatása az alapvető üzemmódokban. A kapcsolást alkotó áramkörök vizsgálata. Mérések: - Az aszinkron működésből eredő impulzusszámlálási hiba (±1) vizsgálata; - Mérések frekvencia, periódusidő és időintervallum mérő üzemmódokban; -A legnagyobb mérési pontosság eléréséhez megfelelő üzemmód és méréshatár kiválasztása. A mérés hozzájárul az oszcilloszkóp kezelési ismereteinek digitális áramkörök vizsgálatára történő bővítéséhez. 2. Theory needed for the measurement: Az előadáson elhangzottak és a méréstechnika jegyzet frekvencia- és időmérésről szóló fejezete. Méréstechnika jegyzet (Szerk. Dr. Horváth Elek) 21

A 3. mérőpanel leírása A mérőpanel két bemeneti csatornát (CH1, CH2), nagy-pontosságú alaposzcillátort (CLK), digitális frekvenciaosztókat (%N1, %N2), számlálót (SZAML), vezérlő egységet (VEZ) és átmeneti tárolóval (REG) egybeépített kijelzőblokkot (KIJ) tartalmaz. A bemeneti csatornákra adott tetszőleges időfüggvényű periodikus jelet a KOMP1 és KOMP2 komparátor digitális feldolgozásra alkalmas négyszögjellé alakítja. A SZAML számláló a tk kapuidő alatt beérkező IMP impulzusokat megszámlálja, az eredmény a load jel hatására a REG tárolóba íródik át, ahol az újabb számlálás eredményének átírásáig megőrződik. Az átírás után az Nx a SZAML számláló tartalma a reset jelre törlődik. A KIJ kijelző a mindenkori tárolt értéket decimális számként jeleníti meg. A mérőpanel általános blokkvázlata Az előlap rajza Az előlapi MODE kapcsolóval az alábbi üzemmódok választhatók ki: -FREQ- frekvenciamérő, -PER- periódusidőmérő, -AV. PER- átlag periódusidőmérő, -TIME- időkülönbségmérő 22

3.1. measuring the counting uncertainty of the N x counter Set 15Hz square wave signal on the function generator with +3V high and 0V low level! Set MODE into FREQ and RANGE into 10000kHz on the panel 3. and measure the signal frequency! a) Lets examine the TK and IMP signals by oscilloscope, compare the numbers of the IMP pulses under the TK time window with the displayed value. Darw the signals from the display! Az oszcilloszkópot a TK jelre indítsa, az ábrája akkor lesz jól kiértékelhető, ha az időablakba eső impulzusok olyan lassan mozognak jobbra, vagy balra a képernyőn, hogy a számolást kényelmesen el tudja végezni. Ehhez a 15 Hz környezetében finoman kell hangolni a jel frekvenciáját. IMP t TK t 2 1 The uncertainty of the counting b) Increase the frequency of the generator an order of magnitude. How changed the value on the display? 23

3.2. Measuring frequency Digitális frekvenciamérő elvi blokkvázlata és idődiagramjai A mérőpanelre a mérendő jelet a CH1 bemenetre kell csatlakoztatni. A bemeneti jelet a KOMP1 komparátor (Ez megfelel az elvi blokkvázlat bemeneti fokozatának.) négyszögjellé alakítja. A komparátor komparálási szintje a LEVEL, hiszterézise a SENSE előlapi potenciométerrel állítható. A komparátor fx ismeretlen frekvenciájú kimeneti jele a KAPU IMP bemenetére kerül. (Tehát a kapura rákerül az fx ismeretlen frekvenciájú jel immár meredek felfutású négyszögjel jelalakkal.) Az CLK alaposzcillátor (Ez megfelel az elvi blokkvázlat referencia oszcillátorának.) kvarc pontosságú stabil 1MHz frekvenciájú kimeneti jele 10- es osztóelemekből (1/10) álló osztóláncra kerül. A Tk kapuidő képzéséhez szükséges megfelelő frekvenciájú leosztott jelet a RANGE előlapi kapcsoló választja ki. A számláló a Tk idő alatt beérkező impulzusokat számlálja. (Az elvi blokkvázlaton a kapu áramkör által a Tk kapuidő alatt átengedett fx frekvenciájú impulzusokat az fk jelöli, az fk impuzuscsomagjaiban a számláló által megszámolt impulzusok száma az Nx.) A számlálás eredménye: N x = T k * f x, ebből a mért frekvencia f x = N x /T k. Figyelembe véve, hogy a RANGE kapcsolóval kiválasztott frekvencia fr/n, ahol N az addigi teljes osztás (annyiszor 10, ahány bekapcsolt osztóelem van), 24

T k = N/f R, és ezzel f x = f R * N x /N. A számlálás bizonytalansága ±1, mivel a Tk kapuidő kezdete nincs szinkronban a mérendő f x frekvenciával. A mérés h fx relatív bizonytalansága: ±h fx = ± (h fr + 1/N x ), ahol ±h fr = ±10-6 a kvarcoszcillátor bizonytalansága. The block scheme of the panel in frequency measurement mode 25

Measurement tasks: Set square wave signal on the function generator with +3V high and 0V low level! a) Set the frequency on the function generator to 10 Hz, 100 Hz, 1 khz, 10 khz, 100 khz and 1 MHz connect to the panel 3. CH1 input and measure the frequency! Set MODE into FREQ and RANGE into 10000kHz/ms. b) Calculate the measurement error of the frequency using the following formulas! Use the formula derived in the theoretical description: ±h fx = ± (h fr + 1/N x ), where ±h fr = ±10-6 the uncertainty of the Crystal Oscillator N x numerical value on the display without a decimal point Use table for the results and draw diagram of error depending on frequency! c) Set the frequency on the function generator to 10 khz and measure the frequency! Set MODE into FREQ and RANGE into all 3 ranges! d) Calculate the measurement error of the frequency measured in point c and evaluate the results! 26

3.3. Measuring frequency by measuring Period Timer Period Timer Mode: Digitális periódusmérő blokkvázlata Mint a mérőpanel blokkvázlatán látható a Tk kapuidő a mérendő jelből közvetlenül áll elő a T k = T x = 1/f x összefüggés alapján. A számlálandó imp impulzussorozat az fr/n érték, ahol az N a méréshatártól függően 1 vagy 10 lehet. A számlálás eredménye: N x = T k f R N = T k f R N, és ebből T x = N x N 1 f r A 6 számjegyű kijelző miatt a Tx=100 ms (99.9999ms) méréshatárhoz N=0.1, vagy fr=10mhz volna szükséges, amely nem valósítható meg, illetve nem áll rendelkezésre, ezért ebben a méréshatárban Tk képzésére az fx/10 frekvenciájú leosztott jelet használjuk. 27

A mérés htx bizonytalansága a vizsgált jel zajosságából és a komparálási bizonytalanságból eredő hatásokat elhanyagolva: ±h Tx = ±(h fr + 1/N x ) The block scheme of the panel in period time measurement mode Measurement tasks: Set square wave signal on the function generator with +3V high and 0V low level! a) Set the frequency on the function generator to 1 Hz,10 Hz, 100 Hz, 1 khz, 10 khz and 100 khz connect to the panel 3. CH1 input and measure the frequency! Set MODE into PER and RANGE into 1000kHz/ms. b) Calculate the measurement error of the period time using the following formulas! Use the formula derived in the theoretical description: ±h Tx = ±(h fr + 1/N x ), where ±h fr = ±10-6 the uncertainty of the Crystal Oscillator N x numerical value on the display without a decimal point Eliminates the trigger error it comes from the noise of the signal - because we measuring square wave! Use table for the results and draw diagram of error depending on frequency! c) Set the frequency on the function generator to 10 Hz and measure the period time! Set MODE into PER and RANGE into all 3 ranges! d) Calculate the measurement error of the frequency measured in point c and evaluate the results! 28

3.4. Interval measurement Set inpulse signal on the function generator with +3V high and 0V low level with 60% duty cycle! In case of inpulse signal the trigger knob is changing the duty cycle. a) Set the frequency on the function generator to 1 khz and connect to the panel 3. CH1 input and measure the frequency! Set MODE into TIME and RANGE into 10000kHz/ms. Measure the pulse width! b) Evaluate the measured value! 29