Sensorer och mätteknik Laborationshandledning

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Sensorer och mätteknik Laborationshandledning"

Katarina Hellström
för 5 år sedan
Visningar:

1 Sensorer och mätteknik Laborationshandledning Institutionen för biomedicinsk teknik LTH

Introduktion Välkommen till introduktionslaborationen!

grundläggande mätövningar och framförallt att du ska få lite vana att koppla ihop elektriska

Det hör till den tekniska allmänbildningen att veta vad som är vad, så ta dig lite tid och

2 Introduktion Välkommen till introduktionslaborationen! Syftet med dagens laboration är att du ska få bekanta dig med utrustningen i samband med några grundläggande mätövningar och framförallt att du ska få lite vana att koppla ihop elektriska kretsar och utrustning. Börja nu först med att bekanta dig med materielen, listade med bild nedan. Det hör till den tekniska allmänbildningen att veta vad som är vad, så ta dig lite tid och identifiera sakerna på bänken framför dig. Materiel Oscilloskop Tektronix TDS2002C Multimeter Fluke 77 Signalgenerator Leader LFG-1300 Biomedicinsk teknik vid LTH 2

3 Spänningsaggregat University Power 3535 (t.v.). Högtalare med RCA-kontakt (t.h.). Labbsladdar med banankontakter (t.v.). Koaxialkabel med BNC-kontakter 1 (mitten) och detaljbild av BNC-kontakt (t.h.). Övergångskontakt BNC-banan (t.v.). Övergångskontakt BNC-RCA (mitten). BNC-T-kontakt (t.h). 1 BNC-kontakten är nog den vanligaste koaxialkontakten (det finns en uppsjö av koaxialkontakter!). Kontakten har fått sitt namn eftersom den har bajonettfattning (man snäpper fast den) B, och konstruktörernas initialer Neill ( N ) och Concelman ( C ). Biomedicinsk teknik vid LTH 3

4 Dekadresistanssbox. Lamphållare med två lampor (t.v.). 2,7 Ω-resistor på plint (t.h.). Biomedicinsk teknik vid LTH 4

5 Ström och spänning mätt med multimeter För att mäta likström, likspänning och resistans används oftast en multimeter. Först när det rör sig om växelström och växelspänning brukar det krävas ett oscilloskop, men mer om oscilloskop lite senare, låt oss nu bekanta oss med multimetern. På bordet framför dig har du en lamphållare med två lampor, en resistor på en plint, ett spänningsaggregat och en multimeter. Labbsladdar hänger på vägghållare i salen. Koppla en av lamporna till spänningsaggregatet och ställ in spänningen till cirka 5 V. 1. Mät spänningen på spänningsaggregatet. Hur stor är den exakta spänningen? 2. Mät spänningen över lampan. Hur stor är spänningen? 3. Mät spänningen över resistorn. Hur stor är spänningen? 4. Om allt stämmer ska spänningen över lampan och spänningen över resistorn tillsammans vara lika stor som spänningen som spänningsaggregatet ger. Kontrollera att det stämmer (mät och räkna)! 5. Hur ska du koppla in multimetern för att mäta strömmen? Mät strömmen! 6. (Med hjälp av formeln P= U * I kan du nu beräkna hur stor effekt som lampan utvecklar. Beräkna effekten!) 7. Om du råkar ha ett batteri från en cykellampa, mobiltelefon eller något annat batteri med dig får du gärna mäta batterispänningen med multimetern! Troligtvis kommer spänningen inte vara exakt den som det står på batteriet. Varför då? Bekanta dig med oscilloskopet Möjligen är det första gången som du använder ett oscilloskop, så börja med att förutsättningslöst bekanta dig med instrumentet, dess knappar och menysystem. Koppla ihop oscilloskop och signalgenerator (kontakt märkt 50Ω ) med en koaxialkabel. 8. Variera frekvens och amplitud på signalgeneratorn, bekanta dig med hur du justerar skalainställningarna (under vertical för att justera spänning/ruta, under horizontal för att justera tid/ruta). Tänk på att oscilloskopet enbart mäter signalen, själva signalen ändras på signalgeneratorn. Biomedicinsk teknik vid LTH 5

6 9. Koppla in ytterligare en koaxialkabel mellan signalgenerator och oscilloskop med hjälp av BNC-T-kontakten (tre BNC-anslutningar kopplade som ett T ). Koppla därefter in en högtalare till BNC-T-kontakten (det behövs dessutom ett par skarvkontakter; en BNC- BNC och en övergång BNC-RCA). Variera återigen amplitud och frekvens på signalgeneratorn samtidigt som du lyssnar på ljudet och ser signalen återgiven på oscilloskopet. Koppla ur högtalaren, den behöver du inte mer under laborationen. 10. Om en dämpande prob används blir amplituden (spänningen) på den inkommande signalen tio (eller 100, 500 etc.) gånger mindre och detta måste korrigeras så att rätt värde visas på skärmen. Även denna inställning finns i kanalmenyn under Probe. Värdet i menyn (exempelvis 10X) ska motsvara den prob som används. Eftersom ingen prob används ska inställningen vara 1X. Mät nu spänning och frekvens för den signal som du ser på skärmen! Tryck på Autoset (det kommer du inte att få göra på efterföljande laborationer). Med knappen Measure mäter oscilloskopet automatiskt upp signalens parametrar (eventuellt behöver du gå in i menyn och aktivera rätt parameter). Oscilloskopets ingångsimpedans Oscilloskopet har hög ingångsresistans för att inte påverka (belasta) mätobjektet (det som du mäter på). Vid en mätning blir oscilloskopet en del av den krets som undersöks. Beroende på om oscilloskopet är serie- eller parallellkopplat med mätobjektet kommer antingen spänningen eller strömmen att dela sig mellan mätobjektet och oscilloskopet. Hur fördelningen blir beror på förhållandet mellan resistanserna i mätobjektet respektive oscilloskopet. Om mätobjekt och oscilloskop är parallellkopplade kommer endast en liten del av strömmen gå genom oscilloskopet om det har hög ingångsresistans i förhållande till resistansen i mätobjektet. Det beror på att strömmen alltid följer minsta motståndets. Hur hög ingångsresistansen är ska du nu mäta upp. 11. Seriekoppla funktionsgeneratorn och dekadmotståndet med oscilloskopet enligt figur 1, använd labbsladdar (eller en koaxialkabel med banankontakter i ena änden). Välj en låg frekvens ca 10 Hz så att kapacitansen C osc blir som ett avbrott (och därmed försvinner den från beräkningarna). Genom att resistorerna i oscilloskopet och dekadmotståndet blir seriekopplade så kan spänningsfördelningen lätt beräknas, och när motstånden är lika stora behöver de inte ens beräknas utan det räcker med en enkel mätning. Hur stor är oscilloskopets ingångsresistans? Biomedicinsk teknik vid LTH 6

7 Figur 1. Till vänster: förenklat kretsschema över ett oscilloskop seriekopplat med ett dekadmotstånd och en funktionsgenerator. Till höger: uppställning för mätning av ingångsresistans. Människokroppens elektriska egenskaper 12. Människokroppen är elektriskt ledande, även om motståndet är ganska stort. Du ska nu mäta upp hur stort motstånd du själv har. Koppla som i föregående uppgift, men byt ut dekadresistansboxen mot dig själv (håll i labbsladdarna med händerna så att signalen går från ena handen till den andra)! En spänning på 5 V är lagom, men höj frekvensen till ca 50 Hz. Strömmen i detta försök är ofarlig eftersom signalgeneratorn inte kan ge särskilt stor ström, men vid likström med en kraftigare strömkälla (som t.ex. ett stort batteri) kan strömmen vara farlig! a) Hur stor är impedansen (växelströmsmotståndet) genom din kropp? Ditt eget motstånd kan du självklart inte ändra, så här krävs beräkningar utifrån spänningsdelning mellan de båda motstånden (du själv och oscilloskopets ingångsresistans). Tips: eventuellt kan du behöva frysa skärmbilden med Run/Stop -knappen för att förenkla mätningen. b) Gör om mätningen även vid ca 200 Hz. Hur påverkas impedansen av frekvensen? Handledning uppdaterad: JG Biomedicinsk teknik vid LTH 7

Relevanta dokument

Laborationshandledning för mätteknik

Laborationshandledning för mätteknik - digitalteknik och konstruktion TNE094 LABORATION 1 Laborant: E-post: Kommentarer från lärare: Institutionen för Teknik och Naturvetenskap Campus Norrköping, augusti