II. Návody k přísrojům 1. Analyické váhy Meopa Nezaížené a uzavřené váhy velmi oparně a pomalu odareujeme (areačním knoflíkem oočíme vlevo). Na osvělené supnici se objeví ryska, jejíž osros řídíme páčkou na levé sraně vah. Oáčením knoflíkem na pravé sraně přední sěny dosáhneme oho, že ryska splyne s nulovou polohou na supnici. (Nepovede-li se vám o, požádeje učiele o úpravu vah.) Váhy pak opě oparně zaareujeme a na levou misku vah položíme suchý předmě, kerý máme váži. Na pravou misku položíme závaží (pomocí pinzey), jehož velikos jsme předem zhruba určili zvážením předměu na prakikanských vahách. zavřeme skříňku vah a oparně a jen čásečně váhy odareujeme. Vychyluje-li se ryska daleko na levou sranu, má vážený předmě věší hmonos než závaží a je nuné na pravou sranu přida závaží (jen celé gramy). Při výchylce na pravou sranu je omu naopak. Nepodaří-li se celými gramy vyváži předmě ak, aby ryska byla na supnici, vkládáme na pravé vahadlo kroužková závažíčka udávající zlomky gramu. Kroužková závažíčka vkládáme pomocí sousředných kooučů umísěných na přední sraně vpravo nahoře. Koouči oáčíme pomalu, aby se ramena s kroužkovými závažími nerozkmiala, jinak se mohou závaží poškodi nebo vypadnou. Při každém přidávání závaží (i kroužkového), musí bý váhy zaareované. Navažování kroužkových závaží se provádí ak dlouho, až zůsane ryska na osvělené supnici. Po jejím usálení odečeme hmonos závaží. Na misce jsou celé gramy, závažíčka spušěná na vahadlo vnějším kooučem udávají sovky miligramů (deseiny gramů) a závažíčka spušěná vniřním kooučem udávají desíky miligramů (seiny gramů). Miligramy (isíciny gramů) odečíáme na osvělené supnici vah (jeden číslovaný dílek supnice udává miligram). Jesliže se ryska usálí na levou srnu od nuly ( + ), miligramy se k hmonosi závaží přičou, usálí-li se ryska na pravé sraně ( ), miligramy se odečou. Při jakékoli manipulaci s váženým předměem nebo se závažím musí bý váhy zaareovovány! 2. Torzní váhy Meopa a) Nasavení vah Váhy posavíme na lumicí podložky a pomocí savěcích šroubů (1) (viz obr. II.2. 1) je nasavíme do vodorovné polohy, kerou konrolujeme libelou umísěnou vpředu ve sřední čási vah. 1
Obr. II.2. 1. Torzní váhy 1 savěcí šroub 5 zrcáko 9 výsuvný solek 2 orzní šroub 6 nulování 10 posuv solku 3 ukazovák 7 závěr dvířek 11 supnice 4 jazýček vahadla 8 vahadlo 12 značka pro areaci Oočením orzního knoflíku (2) proi směru hodinových ručiček váhy odareujeme, nasavíme ukazovák (3) na nulu supnice a pozorujeme jazýček vahadla (4) v zrcáku (5). Nekryje-li se jazýček s ryskou, nasavíme nulovou polohu knoflíkem (6). Poom váhy opě zaareujeme. Před začákem vážení zkonrolujeme přesnos supnice pomocí cejchovního háčku 500 mg, kerý zavěsíme na pravý háček vahadla (8). Při navažování i po skončení vážení je nuno váhy zaareova, j. ukazovák (3) musí bý na rojúhelníkové značce (12) supnice. Měření povrchového napěí Dokonale očišěný a odmašěný rámeček zavěsíme na pravé rameno vahadla. Na výsuvný soleček (9) posavíme nádobku s kapalinou. Nádobku pomocí solečku vysuneme, až se měřicí dráek ponoří do kapaliny. Řádné navlhčení dráku poznáme podle drobných kapek, keré se na dráku vyvoří po jeho održení od kapaliny. Po odareování vah upravíme knoflíkem (10) výsuvného solku výši hladiny ak, aby měřicí dráek byl ponořen asi 2 mm pod hladinu kapaliny. Poznáme o éž podle pohybu jazýčku vahadla. Výsuvným solečkem zvýšíme nebo snížíme hladinu, až se jazýček vahadla kryje s ryskou na zrcáku. Pomocí orzního knoflíku dráek opě ponoříme, aniž pohneme knoflíkem výsuvného solku (hladina musí zůsa v nasavené výši). Nyní oáčíme orzním knoflíkem vlevo, až se dráek opě dokne 2
hladiny. Zkonrolujeme, zda se jazýček kryje s ryskou na zrcáku. Jesliže ano, pak hodnou na supnici danou ukazovákem odečeme a poznamenáme (F 2 ). Jesliže se jazýček nekryje s ryskou, musíme vyvážení ělíska opakova. Održení provádíme dalším oočením orzního knoflíku vlevo za současného snižování hladiny kapaliny (knoflíkem výsuvného solku) ak, aby se jazýček dále kryl s ryskou. Po určiém oočení knoflíku, keré je úměrné povrchovému napěí, se rámeček odrhne. Novou polohu ukazováku odečeme a poznamenáme (F 1 ). Povrchové napěí poom bude dáno vzorcem kde l je délka odrhovaného dráku. σ = F 1 F 2 2 l, 3. Ru ový baromer Baromer voří nádoba A se ruí, do níž je dolním oevřeným koncem ponořena vlasní baromerická skleněná rubice B naplněná čásečně ruí ak, aby v jejím horním uzavřeném konci C bylo vakuum. Baromerická rubice je umísěna v kovovém válcovém pouzdře, v horní čási opařeném dvěma proi sobě ležícími průřezy, ve kerých se pomocí knoflíku E posouvá válcová rubice F, jejíž dolní hrana slouží za průzor. Vedle průřezu v horní čási rubice D je vynesena supnice, na níž se odečíá baromerický lak pomocí nonia vyryého na posuvném průzoru F. Vzdálenos dílků supnice i nonia je vypočena ak, že respekuje pokles hladny rui v nádobce A při soupání hladiny rui v rubici B a naopak. Odečení polohy ru ové hladiny se provádí ak, že knoflíkem E posuneme průzor F do akové polohy, abychom jeho přední a zadní hranu viděli v zákryu s vrcholem ru ové hladiny v rubici B. Baromerický lak v orrech udává nulý dílek nonia ležící ve výšce dolní hrany průzoru na oblém výsupku na pravé sraně. Obr. II.3.1. Ru ový baromer 1 Torr = 1,333 22 10 2 Pa (přesně). 4. Ručkové (analogové) měřící přísroje Základní funkční princip všech analogových elekrických měřicích přísrojů je v podsaě sejný. Měřená veličina (proud, napěí) působí momenem síly na měřicí úsrojí spojené s pružinou vyvolávající opačný momen (direkční momen), rosoucí s úhlem oočení sysému. Sysém se naočí do akové polohy, ve keré se oba momeny vzájemně vyrovnávají. Úhel oočení sysému ukazuje ručka s ním spojená. Podle fyzikálního principu lze nejčasěji používané analogové přísroje měřící elekrické veličiny rozděli na následující skupiny: 1. Sousava s oočnou cívkou (jinak magneoelekrická nebo Deprézova-d Arsornvalova) využívá síly působící v poli permanenního magneu na cívku proékanou měřeným proudem. 3
2. Sousava elekrodynamická využívá síly působící na cívku proékanou měřeným proudem v magneickém poli jiné cívky, proékané rovněž měřeným proudem. 3. Sousava elekromagneická využívá síly působící na ferromagneické jádro vahované do duiny cívky proékané měřeným proudem. 4. Sousava rezonanční využívá mechnické rezonance čási měřicího úsrojí naladěné na určiý kmioče k měření kmioču sřídavého proudu. a) Někeré echnické údaje o měřicích přísrojích 1. Značí-li A s skuečnou hodnou měřené veličiny (např. proudu nebo napěí) a A u hodnou veličiny, kerou udává přísroj, je A u = A u A s absoluní chyba údaje. Korekce k = A u je veličina, kerou musíme přičís k odečenému údaji, abychom dosali skuečnou hodnou. přesných přísrojů bývá připojena korekční abulka pro několik dílků supnice (např. pro dílky 10, 20,..., 100). Korekce znázorněná graficky je korekční křivka. Chyba přísroje δ p je relaivní chyba vyjádřená vzahem δ p = A u A s A max 100%, kde A u a A s mají sejný význam jako v předchozích dvou vzorcích, A max je nejvěší hodnoa použiého měřicího rozsahu. 2. Třída přesnosi udává nejvěší dovolenou chybu přísroje. Jsou sanoveny yo řídy přesnosi: 0,1 ; 0,2 ; 0,5 ; 1,0 ; 1,5 ; 2,5. (Poznámka: Třída přesnosi 0,2 značí, že nejvěší dovolená chyba přísroje je 0,2 %.) 3. Izolace mezi měřicím úsrojím a kovovými čásmi přísroje, jichž se lze při obsluze doknou, se zkouší po dobu jedné minuy zkušebním napěím podle následující abulky. Je-li pouzdro nevodivé, obalí se při zkoušce saniolem. Nejvyšší napěí, pro něž je přísroj určen do 40 V od 40 V do 650 V od 650 V do 1 500 V Zkušební napěí sřídavé 50 Hz, efekivní hodnoa 500 V 2 000 V 5 000 V Zkušební napěí se vyznačuje na supnici přísroje: hvězdička bez čísla značí zkušební napěí 500 V; hvězdička s vepsanou dvojkou značí 2 000 V;. 4.Někeré časo užívané značky na supnicích přísrojů. Druhy měřících úsrojí: s oočnou cívkou (Depréz d Arsonval) s oočnou cívkou a ermoelekrickým měničem izolovaným s oočnou cívkou a usměrňovačem elekromagneický s oočnou cívkou a ermoelekrickým měničem neizolovaným elekrodynamický 4
Druh proudu Jiné značky Poloha supnice při měření sejnosměrný přívod od zdroje svislá sřídavý zemnící svorka vodorovná sejnosměrný sřídavý i nasavení nulové polohy šíkmá; s udaným úhlem sklonu bez značky libovolná b) Avome Použií: Avome je univerzální měřicí přísroj, kerým je možno přímo měři sejnosměrné i sřídavé napěí a proud a nepřímo ohmické, izolační i zdánlivé odpory, kapaciu, výkon i zjiš ova charakerisiky spořebičů. Pro měření sřídavého proudu a napěí je vmonován sykový usměrňovač v Gräzově zapojení. Konsrukce přísroje: Přísroj má ři připojovací svorky a ři přepínače. Jeden přepínač přepíná rozsah proudu, druhý rozsah napěí, řeí umožňuje jednak přejí z měření proudu na měření napěí, jednak z hodno sejnosměrných na sřídavé a naopak. Prosřední svorka je společná jak pro měření proudu ak i pro měření napěí, levá svorka označená A slouží pro měření proudu, pravá svorka označená V slouží pro měření napěí. Mezi svorkami jsou dvě zdířky, keré slouží k měření sejnosměrného napěí do 60 mv a 300 mv. Supnice je podložena zrcadlem a má rojí dělení. Horní supnice (vnější) slouží k měření sřídavého proudu a napěí, prosřední pro měření sejnosměrného proudu a napěí, spodní supnice slouží k měření sřídavého napěí do 1,2 V. Měřicí rozsahy: Přísroj bez příslušensví má celkem 34 rozsahy. Rozsahy jsou voleny ak, aby konsany byly čísla 1, 2 a 5 a jejich deseinné násobky. Všechny rozsahy jsou dimenzovány pro rvalé zaížení, jen rozsah 6 A sřídavého proudu se doporučuje zaěžova pouze krákodobě. Všechny rozsahy napěí mimo rozsah do 60 mv mají spořebu 1 ma, j. 1 000 Ω/V. Konsany přísroje: ma A Rozsahy proudu 1,2 3 12 30 120 300 1,2 6 Konsany 0,02 0,05 0,2 0,5 2 5 0,02 0,1 mv V Rozsahy napěí 60 300 1,2 6 12 30 60 120 300 600 Konsany 1 5 0,02 0,1 0,2 0,5 1 2 5 10 5
Měření napěí: Avomeem je možno měři přímo bez dalšího vnějšího příslušensví sejnosměrné napěí od 1 mv do 640 V a sřídavé napěí od 0,2 V do 640 V. Před každým měřením posavíme přepínač proud napěí značkou nebo na písmeno V, podle oho, chceme-li měři sejnosměrné nebo sřídavé napěí. Rozsahový přepínač nasavíme na nejvěší rozsah 600 V. káže-li přísroj výchylku menší než je hodnoa sousedního rozsahu, přepneme přepínač na nižší rozsah. Tabulka spořeby v obvodu napěí Při plné výchylce Rozsah V Odpor Ω ma mw 0,06 = asi 270 asi 0,22 0,013 0,3 = 300 1 0,3 1,2 1 200 1 1,2 6 6 000 1 6 12 12 000 1 12 30 30 000 1 30 60 60 000 1 60 120 120 000 1 120 300 300 000 1 300 600 600 000 1 600 Měření proudu: Avomeem lze měři přímo bez příslušensví sejnosměrný proud od 20µA do 6,4 A. Při měření proudu posupujeme obdobně jako při měření napěí, používáme však přepínače proudu. Přepínač proud napěí posavíme příslušnou značkou nebo na písmeno A. Tabulka spořeby v obvodu sejnosměrného proudu Při plné výchylce Rozsah A Odpor Ω mv mw 0,001 2 asi 100 asi 120 asi 0,145 0,003 asi 46 asi 138 asi 0,42 0,012 12,3 148 1,8 0,03 5 150 4,5 0,12 1,25 150 18 0,3 0,5 150 45 1,2 0,125 150 180 6 0,025 150 900 Tabulka spořeby v obvodu sřídavého proudu 6
Při plné výchylce Rozsah A Odpor Ω V W 0,001 2 asi 1000 asi 1,2 asi 0,001 45 0,003 asi 460 asi 1,38 asi 0,004 5 0,012 123 1,48 0,018 0,03 50 1,5 0,045 0,12 12,5 1,5 0,18 0,3 5 1,5 0,45 1,2 1,25 1,5 1,8 6 0,25 1,5 9 Poznámka: Příslušensvím (bočník, předřadný odpor, ransformáor proudu) lze rozšíři sejnosměrné i sřídavé rozsahy napěí i proudu. Ke zvěšení sejnosměrného proudového rozsahu lze použí odděleného bočníku (v bakeliové skříňce) pro dva rozsahy proudu, a o do 30 A a 120 A. (Bočník se zapojuje na svorky + a 60 mv.) Ke zvěšení sejnosměrného a sřídavého rozsahu napěí do 1 200 V lze uží odděleného předřadného odporu (v bakeliové skříňce). (Předřadný odpor se zapojuje na napě ové svorky na avomeu.) Ke zvěšení rozsahu sřídavého proudu lze uží malého měřicího ransformáoru proudu. Primární rozsahy proudu jsou 15, 25, 100, 150 a 300 A, sekundární proud 5 A. Rozsahy 15, 25 a 50 A jsou vyvedeny na svorky ransformáoru, vyšší rozsahy voříme provléknuím kabelu (3 při 100 A, 2 při 150 A) a provléknuím přípojnice (1 300 A). Sekundární srana je opařena spínačem nakráko a připojuje se na rozsah přísroje 6 A. 5. Digiální měřicí přísroje - ampérmer, volmer a) Někeré údaje o měřicích přísrojích Při měření nás vždy musí zajíma, jak měřicím přísrojem ovlivňujeme náš experimen. Nová generace digiálních přísrojů čásečně řeší problém analogových volmerů s relaivně nízkým vniřním odporem. Vniřní odpor digiálních volmerů se pohybuje řádově kolem desíek MΩ, akže u věšiny měření se ímo problémem nemusíme zabýva. Digiální ampérmery mají však relaivně vysoké vniřní odpory sejně jako analogové. Např. u Goldsar DM 7241 zjisíme vniřní odpor na rozsahu 2 ma 100.4 Ω, na 20 ma 10.1 Ω a na 200 ma 0.8 Ω. Pro ilusraci ěcho problémů uvádíme echnické paramery digiálního mulimeru V 560, jak je uvádí výrobce ve svém návodu. b) Digiální mulimer V560 Digiální mulimer V 560 je přenosný mnohoúčelový měřicí přísroj, umožňující měření sejnosměrných proudů a napěí v rozsahu 10 µv až 650 V, 1 10 8 A až 1 A a sřídavých proudů a napěí v ěchže hodnoách ve frekvenčním rozsahu 30 Hz až 100 khz (se zvlášní vysokofrekvenční sondou v rozsahu 50 mv až 10 V ve frekvenčním rozsahu 1 khz až 1 000 MHz). Technické paramery Měření sejnosměrných napěí Rozsahy: 100 mv, 1 mv, 10 V, 100 V, 1 000 V Chyba měření: rozsah 100 mv a 1 V ± 0,1 % měřené hodnoy rozsah 10 V, 100 V, 1 000 V: ± 0.2 % měřené hodnoy 7
Vsupní proud: Vsupní odpor: 5 10 10 A 10 MΩ Měření sřídavých napěí: Rozsahy: 100 mv, 1 V, 10 V, 100 V, 1 000 V Chyba měření: ve frekvenčním rozsahu 30 Hz až 100 khz ±0,5% měřené hodnoy pro všechny rozsahy ve frekvenčním rozsahu 10 khz až 100 khz ± 5% měřené hodnoy pro všechny rozsahy Vsupní odpor: 1 MΩ Vsupní kapacia: 75 pf Měření sejnosměrných proudů: Rozsahy: Chyba měření: Úbyek napěí na vsupu: 100 µa, 1 ma, 10 ma, 100 ma, 1 A ± 0,5% měřené hodnoy pro všechny rozsahy 100 mv Měření sřídavých proudů: Rozsahy: 100 µa, 1 ma, 10 ma, 100 ma, 1 A Chyba měření ve frekvenčním rozsahu 30 Hz až 10 khz ± 0,5% měřené hodnoy Úbyek napěí na vsupu: 100 mv Měření odporů: Rozsahy: 10 Ω, 100 Ω čyřbodovou meodou pomocí vesavěného izolovaného zdroje proudu 10 ma 1 kω, 10 Ω, 100 kω, 1 MΩ, 10 MΩ přímo na vsupních svorkách mulimeru Chyba měření: ±0,5% pro všechny rozsahy Popis přísroje: Na čelním panelu je umísěno v horní polovině pě okének displeje, vlevo od nich signálka označená AC, signalizující měření sřídavých veličin. V dolní polovině vlevo jsou dvě vsupní svorky a vedle nich dvě skupiny ovládacích lačíek. Tlačíky levé skupiny (funcion) se volí druh měřené veličiny (V, A, Ω), lačíkem AC se zapíná měření sřídavého napěí a proudu. Tlačíky pravé skupiny se volí rozsah. Na zadní sěně je konekor pro sí ový přívod, sí ový vypínač ( v pravém horním rohu při pohledu na čelní desku) a vývod vesavěného pomocného zdroje proudu 1 ma. 6.Osciloskop 8
Osciloskop slouží ke sledování rychlých elekrických průběhů. 1 Rozlišujeme dva pracovní režimy: X-Y mód... sledujeme bod na obrazovce, jehož pohyb ve verikálním směru je řízen velikosí napěí na vsupu Y a horizonální pohyb je řízen napěím na vsupu X. Pozorujeme edy akuální siuaci koncového bodu vekoru ( x (), y ()) v grafu s osami x a y. -Y resp. čas-y mód (s rozmíáním)... sledujeme bod na obrazovce, jehož pohyb ve verikálním směru je řízen napěím na vsupu Y, zaímco horizonální pohyb je řízen vniřně ak, aby se bod opakovaně v pravidelných inervalech pohyboval zleva doprava (zv. časová základna). Tímo se na obrazovce objeví časová závislos napěí y () v grafu s osami, y. sálený obrázek vidíme ale jen ehdy, pokud jde o rychlé periodické děje vhodně sesynchronizované s časovou základnou. Obr. II.6.1. Schéma osciloskopu 2 Principielní schéma osciloskopu je na obr.ii.6.1. Tvoří jej obrazová elekronka s elekronovou ryskou, dva páry vychylovacích desiček a síníko. Elekrony jsou urychlovány směrem ke síníku a procházejí dvěma páry vychylovacích desiček. Zde jsou vychylovány z přímého směru podle přiloženého napěí na desičkách vlivem elekrického pole bud v horizonálním anebo ve verikálním směru. Elekrony se na síníku obrazovky vysvíí a jejich výchylka od sředu je složením výchylky v x směru díky napěí x na X vsupu a výchylky v y směru díky napěí y na Y vsupu. Tabulka II.6.1 znázorňuje několik základních pozic bodu na obrazovce podle přiloženého napěí: 1 V jeho možnosech je sledování především periodických signálů, u pamě ových osciloskopů i osaních signálů. 2 Všechna uvedená schémaa jsou v zájmu jednoduchosi pouze ilusraivní. 9
x () y () Obrazovka Poznámka Bod je na síníku v cenru os - nevychýlen Bod je vychýlen pouze ve směru verikálním Bod je vychýlen pouze ve směru horizonálním Výsledná poloha bodu je dána složením x-ové a y-ové výchylky Bod kmiá v horizonálním směru. Pokud frekvence x přesáhne rozlišovací schopnos oka, vnímáme pouze vysvícenou úsečku. Bod opisuje kružnici (Lissajousův obrazec) Tabulka II.6.1 Základní pozice bodu na obrazovce osciloskopu podle průběhu napěí na x a y Nová možnos osciloskopu se ukáže ehdy, přivedeme-li na vsup X zv. pilové napěí. Tabulka č.ii.6.2 dokumenuje akovouo siuaci pro ři frekvence pilového napěí. Vidíme, že akovýmo způsobem lze sledova průběh resp. rozmía napěí na Y vsupu. 10
x () y () Obrazovka Poznámka po- Rozmíání signálu y mocí zv. časové pily. Podle frekvence časové pily můžeme sledova deailní půběh signálu (pila s frekvencí 3x vyšší než na předchozím obrázku). Při pomalejší pile sledujeme delší časový úsek signálu. Tabulka II.6.2 Časové rozmíání napěí y pomocí pilového průběhu napěí x Tao funkce je ak významná, že oscilokopy mají uvniř zabudovaný zdroj pilového napěí (zv. časovou základnu) s proměnnou frekvencí. Tako funguje mód -Y resp. čas-y mód (s rozmíáním). Základní řada osciloskopů dokonce neumožňuje provoz v X-Y módu. Základní konfigurace osciloskopu (obr. II.6.2) má yo prvky: obrazovku, Y-vsup, verikální zesilovač a řízení frekvence časové základny. Obrazovka má zv. rasr (mřížku), kerý udává supnici na obou osách. Konkréní hodnoy jsou dány ovládacími prvky, keré nasavují kolik volů je na dílek ve verikálním směru (verikální zesilovač) a kolik sekund (časěji ms, µs) na dílek je ve směru horizonálním. Pokud je např. nasaveno 1V/dílek a 5ms/dílek, pak rozsah osciloskopu na obrázku je (-5V,5V) a na horizonále vidíme časový úsek 50ms. Typicky se sekáme s osciloskopy, keré mají rozsahy od 5V/dílek do 5mV/dílek ve verikálním směru a v horizonálním od 2s/dílek do 0.1 µs/dílek. V praxi se ješě sekáme s dokonalejšími ypy. Exisují např. zv. dvoukanálové oscilokopy, keré umožňují sledova najednou průběh dvou signálů a dalším ypem je pamě ový osciloskop, kerý umožňuje sledování jednorázových dějů. Obr. II.6.2 Ovládací prvky osciloskopu 7. XY zapisovač XY zapisovač slouží ke sledování pomalých elek- 11
rických průběhů. 3 Obr. II.7.1 XY zapisovač Tvoří jej plocha, na kerou se upevňuje papír, držadlo s psacím zařízením, X vsup, Y vsup a ovládací prvky (obr.ii.7.1). Pracuje na velmi podobném principu jako osciloskop. Pohyb pera na papíře je řízen moorky, podobně jako vysvícený bod na osciloskopu v x a y směru napěími na vsupech X a Y. Supnice je nyní vedena v cenimerech a ovládací prvky určují cilivos kreslení ve volech na cenimer. Pro XY zapisovač plaí abulka č.1 a č.2 u osciloskopu s jediným rozdílem, že změny napěí musí bý pomalé, aby zapisovač vůbec sačil vykreslova na papír. Rozměry plochy pro papír zapisovače mohou bý 39cm x 27cm 4, a ak např. při cilivosi 1V/cm v x směru a 0.2mV/cm v y směru získáme rozsah 39V x 5.4mV. Typicky se sekáme s cilivosmi v x a y směru od 1 mv/cm do 20 V/cm. Jinak i XY zapisovač může pohyb v x směru řídi vniřním generáorem a fungova podobně jako osciloskop v -Y resp. čas-y módu. 8. Frekvenční generáor Obr. II.8.1. Frekvenční generáor s ovladači ampliudy a frekvence a přepínači funkcí Slouží ke generování periodických napě ových signálů. Klasický FG je schopen generova ři ypy periodického signálu - zv. sinusový, pilový a obdélníkový. Ovládací prvky nasavují frekvenci, ampliudu a yp signálu. Obr. II.8.2 ilusruje jeho možnosi. V možnosech frekvenčních generáorů může ješě bý zv. rozmíání frekvence, j. generáor auomaicky v pravidelných inervalech lineárně zvěšuje frekvenci od f min do f max. Dále je schopen měni symerii generovaných funkcí, j. např. u pilovié funkce mohou bý měněny úhly ve vrcholech průběhů. Dále je možné nasavi zv. offse, kerý umožňuje měni rovnovážnou polohu napě ového průběhu. 3 S výhodou se dá použí ke grafickému vyjádření fyzikálních závislosí - viz úloha č.12 4 Tedy maximálně pro A3 12
a b c d e f Obr. II.8.2. Možné výsupy frekvenčního generáoru: a) základní sinusový průběh, b) ampliuda dvakrá menší proi a, c) frekvence 4x věší proi a, d) základní sinusový průběh, e) pilový průběh, f) obdélníkový průběh 9. Počíač v experimenální praxi Počíač dokáže zaznamena časový vývoj napěí, měři čas mezi napě ovými signály (pro měření v experimenu), generova libovolné časové průběhy napěí a nasavi v digiální formě sav výsupu (pro řízení experimenu). Základní módy jsou: Analog IN Digial IN Analog OT Digial OT Počíač se doplňuje o zv. laboraorní karu, kerá může mí např. ři analogové vsupy a výsupy a po 12 či 24 digiálních vsupech a výsupech. ěcho kare se udává, jak rychle jsou schopny napěí vzorkova (např. až milionkrá za sekundu) a s jakou cilivosí (např. 0.1 mv). Analog IN dokáže zmoniorova časový vývoj napěí na vsupu. rčíme celkový čas měření a inervaly, ve kerých se má měři a výsledkem je soubor dvojic ( 0, a 0 ), ( 1, a 1 ), ( 2, a 2 ),...,( i, a i ),... ( n, a n ), kde a i je naměřená hodnoa přímo ve volech v čase i. Pokud měříme na řech vsupech najednou, dosaneme výsledek ve formě ( i, a i, b i, c i ). Tabulka č.ii.9.1 a obrázek č.ii.9.1 ilusrují příklad akového sběru u harmonického signálu. Pro práci od měření k prezenaci pak pořebujeme principielně až ři programy: 5 jeden, kerý řídí laboraorní karu a výsupem z něj je prosý soubor da; druhý, kerý daa umí zpracova do abulek a grafů (Excel, Mahemaica, Maple, MahCad, Famulus... ); řeí, ve kerém se výsledky prezenují (Word, Laex... ). 5 Může o bý samozřejmě i jen jeden 13
čas [s] 0.00 0.07 0.14 0.21 0.28 0.35 0.42 0.48 0.55 0.62 napěí [V] 0.62 1.14 1.66 2.14 2.60 3.01 3.38 3.72 4.01 4.23 čas [s] 0.69 0.76 0.83 0.90 0.97 1.04 1.11 1.18 1.25 1.32 napěí [V] 4.40 4.51 4.55 4.54 4.47 4.32 4.13 3.89 3.57 3.22 čas [s] 1.38 1.45 1.52 1.59 1.66 1.73 1.80 1.87 1.94 2.01 napěí [V] 2.82 2.39 1.93 1.42 0.90 0.38-0.15-0.69-1.21-1.71 čas [s] 2.08 2.15 2.22 2.28 2.35 2.42 2.49 2.56 2.63 2.70 napěí [V] -2.19-2.65-3.08-3.45-3.77-4.06-4.28-4.44-4.56-4.60 Tab. č. II.9.1. Čás da měření průběhu harmonického signálu generovaného frekvenčním generáorem. [V] 4 2-2 5 10 15 20 [s] -4 Obr. II.9.1. Daa naměřená sběrem da přes počíač (viz ab. č. II.9.1) Digial IN reaguje na sav příomnosi napě ového signálu (zv. logická 1... napěí přibližně od 3.5V do 5V), resp. nepříomnosi (zv. logická 0... napěí do 1 V). Používá se o bud na měření inervalů mezi nějakými ději (viz úloha č.4... průchod kyvadla opickou bránou ), anebo na zjišění čenosi nějakého děje v určiém časovém inervalu (např. poče záchyů γ kvan scinilačním počíačem... úloha druhého běhu prakik ). Analog OT dokáže podle zadání nasavi na svém výsupu libovolný sav anebo průběh napěí a Digial OT nasavuje libovolný sav logických 0 a 1 na výsupu. 6 11. Obecná poznámka k PC, osciloskopu, XY zapisovači a FG Předchozí kapioly ukazují, že PC, osciloskop a XY zapisovač, jejichž míso v experimenu je auomaizace a pomoc při měření, dokáží zpracováva do různých forem především savy a průběhy napěí. Pokud chceme měři jiné fyzikální veličiny, pak musíme nají nějaký definovaný fyzikální jev, kerý převádí požadovanou veličinu na napěí. Tako bylo zmapováno či vyvořeno celé spekrum sond, deekorů, čidel apod., keré oo dovedou. Nejjednodušším případem může bý např. odpor, kerý přes Ohmův zákon převede měření proudu na měření napěí. Pokud sledujeme nějaký zákon fyzikálního sysému F S (závislos veličiny y na x.. y = F S(x)) a naším cílem je zjisi jeho charakerisiku ve formě grafu, pak s pomocí ěcho přísrojů můžeme přisoupi k omuo problému i auomaizovaně 7. Pořebujeme k omu dva prvky: 1. převodník napěí > fyzikální veličina x 2. převodník fyzikální veličina y > napěí 6 S ouo funkcí se zaím v prakiku nesekáme 7 Too se povede jen u určiých druhů experimenů, zdaleka o nebude fungova obecně 14
Sesava bude vypada následovně: Frekvenční generáor, kerý je napojen na X vsup osciloskopu, generuje harmonicky proměnné napěí v rozsahu od min do max in a přes první převodník máme veličinu x rozkmiávánu v rozsahu od x min do x max. Náš sledovaný fyzikální sysém odpovídá v závislé veličině y v rozsahu od y min do y max resp. od F S(y min ) do F S(y max ). Přes druhý převodník dosáváme napěí od min ou do max, ou keré přivedeme na Y vsup oscilokopu. V módu XY vidíme na obrazovce přímo vykreslovanou závislos našeho fyzikálního sysému. Toéž můžeme provés s XY zapisovačem a počíačem. Konkréně viz. úloha č.12. 15