Lab 2
การทดลองที่ 2
การเปรียบเทียบคุณลักษณะเครื่องวัด
และการวัดค่าทางไฟฟ้าของ Non-Sinusoidal Signal
รูปที่ 2.1 แสดงอุปกรณ์ประกอบการทดลอง
อุปกรณ์ประกอบการทดลอง
1) Digital Multimeter (UNI-T รุ่น UT 30C) 1 เครื่อง
3) True RMS Multimeter ยี่ห้อ Metrix รุ่น MX 26 1 เครื่อง
4) True RMS Multimeter ยี่ห้อ Fluke รุ่น 115 1 เครื่อง
5) Digital Oscilloscope แบบ 4channel รุ่น mtx 3354 1 เครื่อง
6) Junction box 1 กล่อง
7) Function generator ยี่ห้อ Instek รุ่น GFG-8020H 1 เครื่อง
8) สาย Probe x1 2 เส้น
1) เพื่อให้นักศึกษารู้จักคุณลักษณะของเครื่องวัดแต่ละประเภท
2) เพื่อให้นักศึกษาสังเกตความแตกต่างในการวัดสัญญาณ Sine และ Non-sine
3) เพื่อให้นักศึกษาได้ ทดสอบความรู้เรื่อง True RMS โดยการวัดแรงดันหลายชนิด และเปรียบเทียบผลการวัดกับทฤษฎี
4) เพื่อให้นักศึกษาได้ สัมผัสการใช้งาน Function Generator
5) เพื่อให้นักศึกษาได้ สัมผัสการใช้งาน Digital Osilloscope
Function Generator
ฟังก์ชันเจนเนอร์เรเตอร์ (Function generator) เป็นเครื่องกำเนิดสัญญาณที่มีการใช้งานอย่างกว้างขวาง เนื่องจากฟังก์ชันเจนเนอร์เรเตอร์สามารถผลิตสัญญาณออกมาหลายรูปแบบให้เลือกตามงานที่ใช้ เช่น สัญญาณรูปคลื่นซายน์ (Sine Wave) สัญญาณรูปคลื่นสี่เหลี่ยม (Square wave) สัญญาณรูปคลื่นสามเหลี่ยม (Triangle ware) สัญญาณรูปคลื่นสัญญาณฟันเลื่อย (Sawtooth wave) สัญญาณรูปคลื่นพัลส์ (Pulse wave) ซึ่งฟังก์ชันเจนเนอร์เรเตอร์สามารถผลิตรูปสัญญาณคลื่นออกมากว้าง ตั้งแต่ความถี่ต่ำไปจนถึงหลายเมกกะเฮิรตซ์ (MHz)
รูปที่ 2.2 แสดงฟังก์ชันเจนเนอร์เรเตอร์
Oscilloscope
ออสซิลโลสโคปเป็นเครื่องมือวัดทางอิเล็กทรอนิกส์ที่สร้างขึ้นมาเพื่อแสดงรูปสัญญาณทางไฟฟ้า โดยการแสดงข้อมูลที่มีลักษณะเป็นการสองมิติที่มีลักษณะสัญญาณแรงดันที่เปลี่ยนแปลงไปตามเวลา หัวใจหลักของออสซิลโลสโคปคือหลอดรังสีคาโทด (cathode-ray tube,CRT) ที่ออกแบบเป็นพิเศษประกอบไปด้วยส่วนประกอบหลักๆ คือ ไส้หลอดขั้วคาโทด ขั้วแอโนด เพลต หักเหทางแนวนอน เพลตหักเหทางแนวตั้ง และจอแสดงผลแบบฟลูออเรสเซนต์ เมื่อไส้หลอดถูกจุดจนร้อน อิเล็กตรอนจะหลุดออกมา และถูกเร่งจากแอโนดผ่านการโฟกัส และเพลตหักเหซึ่งสามารถควบคุมทิศทางได้ทั้งแนวตั้งและแนวนอน แล้วจึงตกกระทบจอแสดงผลที่ฉาบไว้ด้วยสารฟอสเฟอร์ (phosphor) ทำให้เกิดแสงขึ้นที่จอสัญญาณที่วัดจะถูกป้อนเข้าทาง Vertical Input โดยจะมีวงจรลดขนาดสัญญาณคือ Vertical Input Attenuator ทำการลดทอนสัญญาณกรณีที่สัญญาณที่ป้อนเข้ามามีค่าสูงเกินไปและอาจถูกขยายให้มีค่าสูงขึ้นเมื่อสัญญาณที่ป้อนเข้ามามีค่าต่ำเกินไป ( ปุ่มปรับค่า Volt / Div ) แล้วจึงถูกส่งเข้าไปที่หลอดภาพ ในขณะเดียวกันสัญญาณนี้ก็จะถูกป้อนเข้าที่ส่วนกำเนิดสัญญาณ Synchronized เพื่อเป็นตัวกำหนดการสร้างสัญญาณ SYNC. แล้วป้อนเข้าสู่ภาคขยายสัญญาณแนวนอน แล้วส่งเข้าหลอดภาพ เพื่อให้ไปสัมพันธ์กับสัญญาณอินพุต ให้ปรากฏภาพที่จอ ในขณะเดียวกันภาคที่รับสัญญาณแนวนอนเข้ามาเพื่อนำมาสัมพันธ์กับสัญญาณแนวตั้ง ( สัญญาณอินพุต ) เพื่อให้เกิดเส้นภาพที่จอ ในกรณีที่ต้องการนำสัญญาณแนวนอนมาใช้ โดยปกติจะไม่ใช้สัญญาณนี้ จะใช้สัญญาณจากภาคกำเนิดสัญญาณฟันเลื่อย มาสัมพันธ์กับสัญญาณอินพุต
การนำออสซิลโลสโคปไปใช้งานจะต้องใช้สายวัด PROBE ซึ่งเป็นอุปกรณ์ประกอบสำหรับเป็นสายที่นำไปต่อกับจุดที่ต้องการวัด มี 2 ชนิดคือ ชนิดใช้วัดกระแส เรียก PROBE กระแส และชนิดใช้วัดแรงดัน เรียก PROBE แรงดัน
สาย PROBE ของออสซิลโลสโคปจะสามารถปรับค่าอิมพีแดนซ์ได้เพื่อให้เหมาะสมกับอิมพีแดนซ์ของออสซิลโลสโคป ถ้าค่านี้ไม่เหมาะสมกันจะทำให้รูปสัญญาณที่วัดได้ที่จอ มีรูปเพี้ยนไป ซึ่งสามารถแสดงรูปและวงจรอิมพีแดนซ์ของสายพร้อมกับรูปสัญญาณที่เพี้ยนไปเมื่อค่าอิมพีแดนซ์นี้ไม่เหมาะสมกัน
รูปที่ 2.3 แสดงออสซิลโลสโคป
ความแตกต่างของการวัดสัญญาณ sine และ non sine
True Rms ในสัญญาณที่เห็นกันนั้น หลายคนมักจะเข้าใจว่า สัญญาณ AC นั้น มักจะเป็น Sine wave แต่ในความเป็นจริงนั้น เราแทบจะไม่ได้เห็นสัญญาณแบบ sine เพียวๆเลย เพราะว่า สัญญาณที่เราวัดกันนั้น มักจะมีฮาร์มอนิกปะปนกันมาก ถ้าเราใช้มิเตอร์ธรรมดา มักจะ rectifier ACเป็น sine wave เท่านั้น
ในปัจจุบันสัญญาณที่พบในวงจรไฟฟ้ามีความซับซ้อนมากขึ้น เช่นเป็นสัญญาณ sine ที่ขาดช่วง(นำกระแสไม่เต็มคาบ) ,สัญญาณเป็นรูปคลื่นหัวแตก บ้างก็เป็นสัญญาณที่มีลักษณะไม่ซ้ำเดิม สิ่งเหล่านี้เรียกว่า เกิดความเพี้ยน โดยที่ความเพี้ยนนี้อาจเกิดขึ้นจากแรงดันหรือกระแสก็ได้ หรือไม่ก็เกิดจากความเพี้ยนพร้อมกันทั้งแรงดันและกระแส ผู้ทำการวัดอาจจะไม่ทราบเลยว่าสัญญาณที่กำลังวัดอยู่นั้นเกิดความเพี้ยน เพราะแบบเข็มทั้งหลายของมัลติมิเตอร์จะมีหลักการเดียวกัน คือ ต้องทำการปรับสเกลจากค่าเฉลี่ยที่วัดได้(แต่ก็มีเครื่องวัดบางประเภทที่ตอบสนองค่า RMS โดยตรงแต่ก็พบน้อยกว่าที่ตอบสนองต่อค่าเฉลี่ย) หรือเครื่องวัดแบบตัวเลขเอง บางครั้งค่าที่แสดงได้ก็ยังไม่สอดคล้องกับรูปคลื่นของสัญญาณ ดังนั้นโอกาสที่ผู้วัดจะใช้เครื่องธรรมดา ธรรมดา (โดยเฉพาะอย่างยิ่งจำพวกที่ตอบสนองต่อค่าเฉลี่ย) วัดสัญญาณที่เพี้ยนไปจากรูปคลื่นsine แล้วนำค่าที่วัดได้ไปใช้งานนั้นจึงมีความเป็นไปได้สูง ซึ่งก่อให้เกิดความผิดพลาดในการวัด โดยที่ผู้วัดเองอาจไม่ทราบว่าได้เกิดความผิดพลาดขึ้นแล้ว ดังนั้นจะเห็นว่าหากสัญญาณที่ต้องการวัดผิดเพี้ยนไปจากรูปคลื่นSineแล้ว ค่า Form Factorของสัญญาณก็จะแตกต่างออกไป หากนำเครื่องวัดที่ทำการปรับสเกลจากค่าฟอร์มแฟคเตอร์ของสัญญาณSineมาใช้งาน ค่า RMS ที่อ่านได้ก็จะผิดไปทันที
ในด้านทฤษฎีสามารถหาขนาดของสัญญาณที่ต้องการวัดเป็นรูปคลื่น Non sine หรือเป็นรูปคลื่นSineที่เพี้ยนไปได้โดยสัญญาณที่จะวัดนั้นพบว่ามีสัญญาณSineที่มีความถี่อื่นๆปะปนอยู่ด้วยแอมพลิจูดที่ต่างกันไป และเรียกสัญญาณSineที่มีความถี่อื่นๆนี้ว่าฮาร์โมนิก(harmonic) ซึ่งจะมีความถี่เป็นจำนวนเท่าของความถี่มูลฐาน ด้วยแนวคิดนี้เราสามารถหาค่า RMS ของสัญญาณด้วยทฤษฏีการวิเคราะห์ฟูเรียร์(Fourier analysis Fourier Series คือ เป็นคู่มือทางคณิตศาสตร์ ใช้ในการวิเคราะห์หาผลตอบสนองของ ระบบเชิงเส้นที่มีต่อสัญญาณ non - sine periodic function
รูปที่ 2.4 แสดงสัญญาณรูปคลื่นสามเหลี่ยม
รูปที่ 2.5 แสดงสัญญาณรูปคลื่นไซน์
รูปที่ 2.6 แสดงสัญญาณรูปคลื่นสี่เหลี่ยม
ผลการทดลอง
รูปคลื่นสัญญาณ
|
สัญญาณที่วัด
|
เครื่องวัด
| |||
เข็มชี้
|
Digital
|
True RMS
|
True RMS
AC+DC
| ||
Sine wave
|
DC (volt)
|
0.3
|
0.32
|
0.315
|
2.74
|
AC (volt)
|
2.9
|
2.7
|
2.713
| ||
Triangle wave
|
DC (volt)
|
0.25
|
0.28
|
0.273
|
2.14
|
AC (volt)
|
2.3
|
2.0
|
2.135
| ||
Square wave
|
DC (volt)
|
0.3
|
0.31
|
0.315
|
3.90
|
AC (volt)
|
4.4
|
4.2
|
3.921
| ||
สรุปและวิจารณ์ผลการทดลอง
จากผลการทดลองเราสามารถหาค่า VRMS ของเครื่องวัดต่างๆ ได้จาก
รูปคลื่นสัญญาณ
|
เครื่องวัด
| |||
เข็มชี้
|
Digital
|
True RMS
|
True RMS
AC+DC
| |
Sine wave
|
2.92
|
2.72
|
2.731
|
2.73
|
Triangle wave
|
2.31
|
2.02
|
2.152
|
2.14
|
Square wave
|
4.41
|
4.21
|
3.933
|
3.90
|
เครื่องวัดแบบเข็มชี้จะให้ค่าที่แตกต่างจากเครรื่องวัดชนิดอื่นค่อนข้างสูงเมื่อเทียบกับ ค่าที่ได้จากเครื่องวัด True RMS AC+DC ซึ่งเป็นผลมาจากเครื่องวัดแบบเข็มชี้นั้นจะวัดได้เฉพาะสัญญาณ DC เมื่อเรานำมาวัดสัญญาณ AC ค่าที่ได้จึงเป็นค่า Vavg ดังนั้น เมื่อเราจะนำค่าที่ได้ไปใช้ก็ต้องคูณด้วย ค่า Form Factor ซึ่งหาได้จาก VRMS/ Vavg จึงจะได้ค่าที่มีความผิดพลาดน้อยลง
เครื่องวัดแบบ Digital และเครื่องวัดแบบ True RMS จะให้ค่าที่ใกล้คียงกับค่า VRMS มากกว่าเครื่องวัดแบบเข็มชี้ค่าที่ได้จากสเกลจึงต้องนำมาคำนวณในสูตรก่อน
เครื่องวัดแบบ True RMS AC+DC จะให้ค่าที่ใกล้เคียงกับค่าที่ถูกต้องมากที่สุด
0 Response to "Lab 2"
แสดงความคิดเห็น