Elektrische Meßtechnik

Deutsche Telekom AG – Fachhochschule Leipzig
Elektrische Meßtechnik
Versuch 4
Digitalzähler mit PC - Steuerung
Versuchstag:
Seminargruppe:
Versuchsgruppe:

1. Versuchsvorbereitung
1.1 Meßprinzipien bei Zählern
Man unterscheidet bei den Meßprinzipien zwischen:
• Frequenzmessung
• Periodendauermessung.
• Zeitintervallmessung
1.2 Meßbare Parameter
Meßbare Parameter sind z.B.:
• Impulszählung
• Frequenz
• Periodendauer
• Zeitintervall
• Anstiegszeit eines Signals
• Abfallzeit eines Signals
• Impulsdauer
1.3 Meßschaltung und zu beachtende Parameter
Blockschaltbild zur Periodendauermessung:
Erzeugung der Zählimpulse
Schalter
f g f z
N x
Zähler Anzeige
Generator
f x
f g
f z
~ f
f x
x
f
x
m
t M =t Tor
Erzeugung der Torzeit
Das analoge Signal wird mit einem Komperator in ein Rechtecksignal umgeformt. Das
Zeitintervall wird aus diesem Rechtecksignal zwischen zwei gleichen Flanken gebildet.
Während einer Periode werden die Impulse gemäß der Zeitmessung bestimmt.

Blockschaltbild zur Frequenzmessung
Signalaufbereitung
Schalter
f x
~
Generator
f x
f g
N x
Zähler Anzeige
t M =t Tor
Erzeugung der Torzeit
Zur Messung der Frequenz werden in einen konstanten Zeitraum die Anzahl der
Schwingungen ausgezählt.
Eine Torschaltung wird mit Hilfe eines bekannten Zeitnormals aufgesteuert. Das mit dem
Komperator umgeformte Eingangssignal wird zur Ansteuerung des Zählers genutzt.
1.4 Fehlerquellen
Auftretende Fehlerquellen sind z.B.
• Toröffnungsfehler
• Triggerfehler
• Zeitbasisfehler
1.5 Phasenübertragungsmaß
Phasenfrequenzgang?
1.6 Zufällige Meßabweichungen
Zufällige Meßabweichungen können durch eine hohe Anzahl von Einzelmessungen und
Mittelwertbildung weitestgehend eliminiert werden.
1.7 Standardabweichung
Die Standardabweichung ist die mittlere quadratische Abweichung. Sie wird für unendlich
viele Messungen nach folgender Formel berechnet.
σ = ±
2
2
d1 µ
+ d
2µ
+ d3µ
+ ... + dnµ
n
2
2

1.8 Gaußsche Verteilungskurve I
Die Normalverteilung wird durch die Formel
1
1 − µ
e
2
⋅( x−
)
2
fw = ⋅ 2σ
beschrieben.
2πσ
1.9 Gaußsche Verteilungskurve II
Die Standardabweichung ist der Abstand vom arithmetischen Mittelwert und den
Wendepunkten der Normalverteilungskurve. Die Wendepunkte ergeben sich aus der
Differentiation der Funktionsgleichung für die Verteilungskurve.
1.10 Gaußsche Verteilungskurve III
Gaußsche Verteilungskurve
fw
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0 2 4 6 8 10
x
Reihe1
Reihe2
Das Bild zeigt die Abhängigkeit der Standardabweichung auf den Verlauf der
Verteilungskurve. Bei hoher Standardabweichung verläuft die Kurve flacher, d.h. viele
Meßwerte weichen stark von dem arithmetischen Mittelwert ab.
Ist die Standardabweichung gering, d.h. es liegen viele Werte nahe dem Mittelwert, verläuft
die Kurve steiler. Das Maxima liegt höher, als bei großer Abweichung.
2 Versuchsdurchführung
2.1 Einstellung der GPIB – Karte im Rechner, Konfigurieren und Laden des
Meßprogramms HP VEE
2.1.1 Konfiguration der GPIB – Karte
Die Überprüfung der Konfigurationseinstellungen der GBIP – Karte ergab:
• GBIP: 0
• Board Type: PCII
• Addr Basis I/O: 0x2B8
• Interrupt: 7
• DMA Cannel: 1
2.1.2 Einstellungen des Funktionsgenerators HP 33120A
Am Funktionsgenerator HP 33120A konnte folgende Instrumentenadresse ermittelt werden:
• 10

2.1.3 Erkennung der GPIB – Adressen
Der Instrument-Finder hat die beiden Geräte erkannt.
2.1.4 Start von HP VEE
Die Adresse des Funktionsgenerators war funkge@1410.
2.1.5 Überprüfung der Eingangskonfiguration und der Triggereinstellung des
HP – Counters
Nach dem Öffnen der Datei GENCOUNT.VEE wurde die Eingangskonfiguration und die
Triggereinstellung des HP – Counters überprüft. Es wurde die Verbindung zwischen HP –
Funktionsgenerator und HP – Counter hergestellt und eine Testmessung durchgeführt.
2.2 Kennenlernen der verwendeten Zähler
HP 53131 A
B2034 - 8AA
Frequenzmessung Frequenzmessung
Periodendauermessung Periodendauermessung
Frequenzverhältnis Impuls-/Ereigniszählung
Anstiegszeit
Impulsbreite
Abfallzeit
Zeitintervallmessung
positive Impulsbreite Tastgrad
negative Imulsbreite Drehzahl
Tastgrad
Eingangsspannung
minimale Eingangsspannung
maximale Eingangsspannung
Phasenwinkel
Impuls-/Ereigniszählung
Zeitintervallmessung
2.3 Frequenzmessung
2.3.1 Torzeit
Torzeit HP 53131A B2034 - 8AA
10s 10048,0661724Hz 47,52829Hz*
1s 10048,001075Hz 10047,9481Hz
100ms 10047,87160Hz 10047,850Hz
10ms 10048,1821Hz 10048,01Hz
1ms 10048,014Hz 10047,1Hz
Bei dem Counter B2034 – 8AA fand bei einer Torzeit von 10s und einer Meßfrequenz von
10kHz ein Speicherüberlauf statt. Zum Tabellenwert sind somit noch 9999,99999Hz zu
addieren: f
meß
= f
max
+ f
anz
= 10047, 52828Hz
Aus der Tabelle geht hervor, daß sich die Anzeigestellenzahl mit kleiner werdender Torzeit
ebenfalls verringert. Für maximale Genauigkeit ist die Torzeit so einzustellen, daß gerade
noch kein Speicherüberlauf erfolgt. Allerdings ist die Anzeigegenauigkeit bei den
verwendeten Geräten selbst bei geringen Torzeiten höher die Frequenzstabilität der
Generatoren.

2.3.2 Triggerlevel
Triggerlevel Frequenz Bedeutung
0V 1000,004Hz Grundschwingung
0,5V 2000,178Hz Oberwelle
1,2V ∞ Triggerlevel zu hoch für Signal
Bei einem Triggerlevel von 1,2V erfolgte keine Triggerung und somit keine
Frequenzmessung.
2.3.3 Tiefpaßfilter
Bei der Messung ohne TP – Filter konnte kein eindeutiges Ergebnis ermittelt werden, da das
„Rauschen“ auch Zählimpulse auslöste. Bei der Messung mit TP – Filter wurde die Frequenz
des Sinussignales ermittelt: f meß =5000,0047Hz. Bei dieser Einstellung wurde das
hochfrequente Rauschen unterdrückt.
2.4 Zeitintervallmessung
Frequenz HP 53131A / φ B2034-8AA / ∆t B2034-8AA / φ
1kHz 67,3232° 180,6µs 65,016°
5kHz 21,1559° 10,989µs 19,7802°
10kHz 10,6709° 2,585µs 9,306°
50kHz 0,2836° 19,899µs -1,818°
100kHz -0,9552° 9,862µs -4,968°
Beim B2034 – 8AA konnte der Phasenwinkel nicht direkt gemessen werden. Er mußte durch
messen der Zeitverzögerung bestimmt werden: ϕ = ∆t
⋅ f ⋅360°
2.5 Messung sonstiger Parameter
2.5.1 Tastgrad, Pulsbreite, Anstiegszeit und Abfallzeit bei Nadelimpulsfolge
X - Ablenkung: 625ns/DIV
Y – Ablenkung: 1V/DIV

Amplitude Tastgrad Pulsbreite Anstiegszeit Abfallzeit
2,5V 0,50007*10 -3 % 499,87ns 47,2ns 45,5ns
5V 0,50079*10 -3 % 500,62ns 46,41ns 45,44ns
10V 0,52517*10 -3 % 525,03ns 36,13ns 31,13ns
2.5.2 Anstiegszeit bei Rechtecksignal
Generator
HP 33120 A
FG2A
Anstiegszeit
36,3ns
89,87ns
2.6 Statistische Auswertung
2.6.1 HP – Counter
Die Ergebnisse sind im Punkt 2.6.2 zur besseren Vergleichbarkeit Zusammengefaßt.
2.6.2 Siemens Funktionsgenerator
Generator arithmetischer Mittelwert Standartabweichung maximaler Meßwert minimaler Meßwert
HP 33120 A 1000,001003Hz 0,000467585 1000,0023Hz 999,9996Hz
FG2A 1001,854072Hz 0,028990038 1001,90648Hz 1001,79873Hz
Die Tabellenwerte stammen aus der vorbereiteten Lotus 1-2-3 – Datei.
Vertrauensbereich ∆f / HP 33120 A ∆f / FG2A
68,30% 0,000467585Hz 0,028990038Hz
95% 0,00093517Hz 0,057980076Hz