Лекции по электрорадио измерениям

Примечание	от авторов: это необходимая вещь для подготовки к экзамену или в качестве шпоры
	Загрузить архив:
	Файл: ref-17289.zip (30kb [zip], Скачиваний: 3246) скачать

2 КУРС

Общие вопросы ЭРИ.

Измерение - это процесс нахождения физических величин, параметров, характеристики опытным путем с помощью средства измерения. Найденное значение называют – результатом измерения. Измерения по средствам измерительного устройства заключается в сравнении измерительной величины с ее однородной физической величиной принятой за единицу измерения. Результат выражается числом. Измерение проводится двумя методами:

1) устройству измерительного прибора предварительного проградуированного по мере. Т.е. при измерении использования прибора непосредственной оценки меры участия не принимает, а передается через предварительно проградуированную оценку.

2)

Технические средства измерения, имеющие нормированные метрологические характеристики, оказывающие определенное влияние на результаты и погрешности измерений – называют средством измерения. В зависимости от назначения средство измерения делится на 3 вида:

а) Мера – средство измерения предназначенная для воспроизведения физической величины данного вида.

б) Измерительный прибор – средство измерения вырабатывающий сигнал измерительной информации в форме доступной для восприятия.

в) Измерительный преобразователь – средство измерения вырабатывающий сигнал измерительной информации в форме удобной для передачи дальнейшего преобразования обработки по не подающимся непосредственному восприятию. К ним относятся: усилители, входные и выходные делители, измерительные трансформаторы. Как правило по своему устройству представляет совокупность измерительных преобразователей называемыми измерительной цепью и вспомогательными средствами измерения (источник питания и т.д.). Измерительные преобразователи, осуществляющие преобразование электрических величин в механическое перемещение – электромеханические, а измерительные приборы построенные на них – электромеханические измерительные приборы.

Согласно механическим функциям они делятся на:

1) эталон средства измерения, обеспечивающие воспроизведение и хранение единицы измерения и официально утвержденные в качестве эталона. Они бывают: первичные (общий, мировой), косвенный, эталон-копия ( общий, мировой и косвенный), эталон сравнения, рабочий эталон.

2) образцовое средство измерения – это мера или измерительный прибор, служащий для проверки по ним других средств измерения и утвержденные официально в качестве образцовых.

3)

В зависимости от того, как получается результат измерения, непосредственно в процессе измерения или путем последующих подсчетов различают 2 метода измерения:

Прямое измерение – это измерение, при котором искомое значение величины находят из опытных данных (измерение тока и т.д.).

Косвенное измерение – это измерение когда измеряется не сама величина, а величина функционально связанная с ней, по значению которой и известной функциональной зависимости определяется измеряемая величина.

P=U*I*cosj

Погрешности измерений, погрешности измерительных приборов.

При всяком измерении неизбежны отклонения результатов измерения от истинного значения измеряемой величины обусловленные различными причинами. Эти отклонения – погрешности измерений.

Классификация погрешностей:

1)

а) погрешность метода измерения – составляющая погрешность измерения происходящая от несовершенства метода измерения (методическая погрешность).

б) инструментальная (аппаратурная) погрешность, составляющая погрешность измерения зависящая от погрешности применяемого средства измерения (от его точности, класса прибора).

в) субъективная (личная) – составляющая общая погрешность измерения обусловленная несовершенством органов чувств, а также не брежности в процессе измерения и фиксации результата.

2)

а) основная погрешность средства измерения используемая в нормический книматических условиях. Эта погрешность указывается в паспортных данный (ТУ) на измерительный прибор.

б) дополнительная погрешность – это погрешность вызванная отклонения условий измерения от номинальной она может превосходить основную в несколько раз, для ее учета используют: графики, таблицы, формулы, которые даны в документации.

3)

а) систематическая погрешность измерения. Она является результатом неправильной градуировки, калибровки прибора.

б) случайная погрешность измерения – это составляющая проявляющейся случайным образом.

в) грубые погрешности.

4)

а) истинная погрешность измерения – это разность между результатом измерения и истинным его значением: ∆A=A-A₀.Как правило при измерениях истинное значение

A₀ – неизвестно, поэтому при вычислениях истинной погрешности за истинное значение принимается образцовым прибором либо среднее арифметическое результатов, большого числа измерений проведенных с одинаковой точностью, т.е. одним и тем же средством измерения: А₀≈ А_ар = А₁+А₂+А₃+А_n / N

A₀≈Σⁿ₁*A_i / N

A₀ = lin** Σ / N           n→8

б) относительная погрешность измерения – это отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению: δ = ΔА / А₀ *100%. Поскольку результат измерения А обычно отличается от А₀, то на практике А₀ заменяют на А:δ = ΔА / А *100%

в) абсолютная погрешность измерительного прибора: ΔА = А_п- А₀

г) относительная погрешность измерительного прибора:

δ_п = ΔА_п / А₀ *100%;δ_п = ΔА_п / А *100%

д) приведенная погрешность измерительного прибора – это отношение его абсолютной погрешности к некоторому нормирующему значению: γ = ΔА_п /L *100%

Нормирующее значение L принимает равное конечному значению рабочей и нулевой отметки вначале шкалы, либо арифметической сумме конечных значений шкалы если нулевая отметка внутри рабочей части шкалы.

Классы точности измерительных приборов.

Классы точности средством измерения – называется обобщенная характеристика определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей.

Предел допускаемой погрешности – это наибольшая без учета знака погрешность средство измерения при которой допускается к применению.

Предел допускаемой абсолютной погрешности может быть выражен:

1) ΔА_ппред. = ±a

a – некоторая постоянная величина

2) ΔА_{п пред.} = ±(а + b*A_п)

Предел допускаемой относительной погрешности может быть выражен:

1) δ_{п пред.} = ΔА_{п пред} / А_п * 100% = ± h (%)

2) δ_{п пред} = ± ( L +d * А_к / А_п ) * 100%

А_к – конечное значение шкалы

Предел допускаемой приведенной погрешности может быть выражен:

ℓ_{п пред.} = ± ΔА_{п пред.} / L * 100%

Связь между классами точности и пределом допускаемой погрешности средств измерения устанавливается ГОСТом. Класс точности определяется пределом допускаемой приведенной погрешности нормирований по отношению к конечному значению предела измерений:

К_л = ℓ_{п пред.} = ±   ΔА_{п пред} / А_к * 100%

Класс точности прибора устанавливается при его выпуске путем калибровки его по образцовым средствам измерения в нормальных климатических условиях.

Классы точности:

0,02; 0,03; 0,1; 0,2; 0,5; 1,5; 2,5; 4,0.

Пусть результат калибровки шкалой от 0 до 50 В, то получим следующие погрешности 0,2 до –0,3 ( ΔА_п)

От 0 до 30 В: О.Ш.: 0,10; 20; 30; 40; 50.

ΔА_п: 0,2; 0,8; 0,5; 0,2; 0; -0,3.

γ = ΔА_{п пред.} /L_н *100% = 0,8 / 50 *100%= 1,6 %                 К_л = 2,0

Важно отметить следующее, при фиксированном величины приведенной погрешности относительная погрешность зависит от участка шкалы на котором ведется измерение т.е. от А_п т.к. абсолютная погрешность прибора Δ А_{п пред.} допускается в любой точки шкалы, то при показании А_п максимально возможна относительная погрешность будет:

γ = ΔА_{п пред.} /А_п *100%

ΔА_{п пред.} = ℓ_{п пред} * А_к / 100%

ℓ_{п пред} = ℓ _{пред *} А_к / А_п

ℓ_{п пред}    - во столько раз больше ℓ _пред во сколько раз А_к больше показания прибора.

Вывод: следует выбирать прибор так, чтобы измерения проводились в последней части шкалы если его класс точности при калибровке определяется через абсолютную погрешность. Если 2,0 - класс точности прибора,  определяется через относительную погрешность (2,0), то измерения допускаются на любой части шкалы.

Измерительные генераторы сигналов.

Необходимый в качестве источника сигналов самых разнообразных форм и частот при испытаниях и измерениях в различных радиоэлектронных схем, т.е. используется в качестве меры. Измерительные генераторы сигналов отличаются от обычных генераторов сигналов возможностью установки и регулировки в широких пределах своих выходных параметров ( частоты, формы, уровня выходного сигнала), их высокой стабильностью, а также наличие измерительных приборов контролирующих объединение параметров измерительных сигналов. Обобщенная схема измерительного генератора сигналов:

Задающий генератор – определяет характеристику генератора.

Усилитель- усиливает сигнал задающего генератора до необходимой величины и обеспечивает развязку задающего генератора от нагрузки, т.е. зависимость частоты и напряжения от изменения нагрузки. Часто схемой усилителя обеспечивается регулирующий выходной сигнал.

Выходное устройство- предназначено для регулировкиU_вых и согласования сопротивления внешней нагрузки с выхода усилителя. Выполнение последнего условия важно для получения стабильного выходного сигнала до уровня в широком диапазоне перестройки по частоте и получение максимальных нелинейных искажений.

Условие генерации сигналов.

В общем случае генератором – называется эл. схема формирующая переменное напряжение требуемой формы. Простейшим методом формирования гармонических колебаний является метод компенсации потерь в LC контуре. Если в моменте “токов” замыкать ключ т.е. добавлять ( компенсировать потери энергии), то возникнут затухающие сигналы с частотой собственного резонансного контура:

ƒ = 1 / 2π √ L*C

Момент замыкания должен совпадать с “током”, совпадать по фазе, эту компенсацию можно осуществлять подавая в определенный момент на контур через некоторую схему выходное напряжение, которое снимается с контура ( замкнуть обратной связью). Основная блок схема генератора: . Усилитель усиливает входной сигнал U₁ в “а”-раз, при чем между U1 и U возникает фазовый сдвиг. Условие генерации замкнутой схемы является равенством выходного напряжения схемы обратной связи и входного напряжения усилителя, т.е. U₁ = U₃ = К*А*U₁ = К*А = 1 = g.

Как указывалось выше должна совпадать и фаза сигналов, т.е. обратная связь должна быть положительна α+β = 2π*n

1)

2)

Классификация измерительных приборов:

1)

2)

НЧ генераторы как правило являются источником не модулированных гармонических колебаний. ВЧ генераторы являются источниками как не модулированных так и модулированных по амплитуде (АМ) и/или по частоте (ЧМ) гармонических колебаний.

Существуют также специальные генераторы с фазной, импульсной и частотной модуляцией.

3) и/или периодических импульсов прямоугольной формы.

4)

5)

Источники гармонических сигналов частота которых автоматически изменяется в пределах установленной полосы частот.

6)

·

·

·

·

Обозначение класса измерения генератора состоит из условного обозначения и точности по ним: P=1%; U=5%;  АМ=10%;

Р₁U₅АМ₁₀

Низкочастотные изменяющиеся генераторы.

Взависимости от схемы задающего генератора различают 3 типа:

·

·

·

ЛЦ генератор: их задающий генератор выполняется с самовозбуждением резонансного контура в цепи обратной связи. Частота колебаний определяется параметрами контура:

ƒ = 1 / 2π √ L*C

Изменять частоту генерации можно путем изменения L и С.

Недостаток: большие габариты L и С в области низких частот. При частоте 20Гц, емкость равна С= 1000мФ, необходима индуктивность L = 6³⁶⁰⁰Гн.

Генераторы набиения.

Схема генератора набиения представлена на рисунке:

Частота f₂ изменяется в таких пределах, чтобы разностная частота на выходе смесителя попала в диапазон НЧ возможность плавной перестройки т.е. не требуется переключение диапазонов. Это при автоматической перестройки позволяет автоматизировать снятие амплитудной характеристики. По такой схеме сделаны генераторы Г3-104, Г3-18, Г3-5.

RC-генератор строиться по ранее описанной схеме, в которой в цепи ПОС между резонансного контура устанавливается пассивный полосовой RC-фильтр, представленный на рисунке:

f= 1 / 2π√R1*R2*C1C2;    R1=R2=R;   C1=C2=C;    f= 1 / 2π*R*C.

Поэтому для выполнения условия баланса амплитуд необходимо, чтобы А=3. для выполнения баланса фаз необходимо, чтобы фазовый сдвиг усилителя был равен α=2π, т.к. фазовый сдвиг β=0. Это обеспечивается двухкаскадным усилителем. На практике применяют усилители с коэффициентом усиления больше 3, но вводят ООС, снимающую коэффициент усиления до 3. Схема усилителя представлена на рисунке: Для настройки по частоте устанавливают несколько параллельных резисторов и переключатель. Чем обеспечивают перекрытие по всему НЧ диапазону путем разбивки его на поддиапазоны. Схема представлена на рисунке: Обычно пару резисторов подбирают так, чтобы частота изменялась в 10 раз, а в пределах каждого поддиапазона главным перестройка частоты обеспечивалась переменным конденсатором.Следует отметить, что цепь ООС выполняет и другую функцию – автоматически поддерживает уровень выходногонапряжения задающего генератора, неизменно, т.е. автоматически поддерживает баланс амплитуд.

Высококачественные измерительные генераторы.

Как правило задающий генератор строиться по схеме RC-генератор. Перестройка на частоты осуществляется: в пределах поддиапазона изменения емкости конденсатора колебательного контура, а переключение диапазонов – смена катушек индуктивности контура. Схема задающего генератора представлена на рисунке: Амплитудную модуляцию осуществляют подачей низкочастотного синусоидального сигнала обычно 1000 или 400Гц от внутреннего генератора на усилитель-модулятор. Частотная модуляция осуществляется путем подачи низкочастотного синусоидального сигнала изменяемой частоты на варикап подключаемый параллельно колебательного контура задающего генератора. Схема задающего генератора представлена на рисунке:

Импульсные измерительные генераторы.

Схема импульсного измерительного генератора представлена на рисунке:

Задающий генератор вырабатывая переменный сигнал несинусоидальной формы, частота которого регулируется в заданных пределах и определяет частоту следования импульсов выходного сигнала. Выполняется по схеме блокинг-генератора или мультивибратора. Формирующее устройство вырабатывает прямоугольные импульсы  различной длительности с крутыми бортами, фазами и плоскими вершинами. В его состав могут входить: ограничители уровня для формирования плоской вершины (компараторы или диодные ограничители ), триггеры для формирования крутых бортов и срезов. Генераторы обычно имеют также вспомогательные устройства, схему внешнего запуска и выходное устройство импульсов синхронизации. Импульсы на выходе синхронизации опережают импульсы на основном выходе. Такая задержка часто необходима для запуска внешних приборов, например осциллографа. При чем эта задержка может регулироваться в регулирующем устройстве.

Исследование формы электрического сигнала.

Два способа представления эл. сигнала:

·

·

Временной эл. сигнал изображается графиком в прямоугольной системе координат. Ординат - мгновенное значение напряжения или силы тока, а абсцисса – текущее время.

Такое представление эл. сигнала обеспечивает хорошую наглядность при исследовании различных эл. устройств, их наладки. Для получения графиков используются осциллографы и согласующие устройства.

Спектральный. Так же любой эл. сигнал можно рассмотреть как сумму простых (гармонических) колебаний, каждое из которых имеет свое максимальное значение, частоту и фазу. Эту сумму гармонических составляющих определяет сам сигнал (форму и т.д.).гармонические составляющие при данном способе графически представляют в прямоугольной системе координат - в виде вертикальных линий, абсциссы которых определяют частоту гармоники, а их высота максимальное значение для получения амплитудного спектра ( используются анализаторы, спектры и гармоники).

Электронно-лучевые осциллографы.

Это электронный прибор, предназначенный для визуального наблюдения формы кривой эл. сигнала и изменение их параметров с помощью ЭЛТ. Наглядность – большое входное сопротивление, широкая полоса рабочих частот.

Классификация:

1)

2) процесса)

3)

Общая структурная схема ЭЛТ осциллографа приведена на рисунке:

Используется с электростатическим отклонением луча в виде двух пар взаимно перпендикулярных пластин. Принцип отображения формы сигнала на экране ЭЛТ заключается в следующем – исследуемый сигнал, как функция времениотображается на экране в прямоугольной системе координат, абсциссой которой является ось X (амплитуда), а осью ординат мгновенное значение сигнала. Двери пластин отклоняют фокусирующий луч в взаимно перпендикулярных направлениях, которые можно рассматривать как координатные оси. Отклонение луча по оси происходит за счет разности потенциалов между пластин. Горизонтальному отклонению положенного луча отводится роль оси времени, а вертикальному ось мгновенного значения. Для получения равномерной оси времени необходимо, чтобы луч ЭЛТ отклонился в горизонтальном направлении с постоянной скоростью. С этой целью к горизонтальным пластинам подводят пилообразное напряжение, которое с постоянной скоростью отклоняет луч слева направо на всю ширину экрана, а потом быстро возвращает его налево и процесс повторяется. Исследуемый сигнал подводится к вертикальным отклоняющим пластинам, т.о. на экране ЭЛТ вырисовывается график зависимости в масштабе “Y” функция от “X”, Y=F(X). Канал вертикального отклонения (канал сигнала) служит для преобразования напряжения исследуемого сигнала соответствующего отклонению луча по вертикали. Состоит из входного устройства, включает в себя входной разъем переключающий режимы входной цепи, позволяющий отделить постоянную составляющую входного сигнала.

Аттюниатор-делитель – для калиброванного ослабления сигнала. Состоит из: усилителя усиливающего сигнал до уровня необходимого отклонения  по вертикале. Канал горизонтального отклонения (канал развертки и синхронизации) служит для формирования напряжениявызывающего горизонтальные отклонения луча, усиление сигнала синхронизирующего частоту усиления сигналов.

Канал управления яркости – предназначен для усиления сигнала управляющей яркости своим колибратором длительности, предназначен для измерения временных характеристик исследуемых сигналов (периода колебания и т.д.).

Колибратор длительности – предназначен для измерения временных характеристик исследуемого сигнала (период колебания).

Колибратор напряжения – предназначен для изменения амплитуды исследуемого сигнала, как правило это источник стабильного напряжения или переменного, или стабильного тока.

Назначение и виды разверток.

Для осциллографических измерений в осциллографах применяют следующие виды разверток:

·

·

·

Вид развертки определяется формой напряжения приложенного к пластинам X.

Линейная непрерывная развертка: периодическое перемещение луча ЭЛТ по экрану вдоль оси с постоянной скоростью. Такой вид развертки применяют при исследовании периодических непрерывных процессов. Для получения этой развертки в канал X включается генератор пилообразного напряжения. Схема представлена на рисунке:

Период Т_разв. состоит из времени прямого хода луча t_прям в течении которого напряжение на пластинах X линейно возрастает и эл. луч перемещается с постоянной скоростью слева направо – развертка во времени изображения, и времени обратного входа t_обр в течении которого напряжение быстро возвращается к начальному значению. Обычно линия обратного луча гасится. На экране ЭЛТ неподвижного изображения частота исследуемого сигнала должна в целое число раз превышать частоту развертки. Это достигается подбором частоты развертки т.о. генераторы развертки работают в широком и плавно регулируемом диапазоне частот. В следствии неизбежного колебания частот f_вх и f_разв их соотношение в течении времени может нарушится, что приведет к перемещению изображения на экране, т.о. необходима постоянная подстройка частоты развертки. Чтобы избежать этого необходимо синхронизировать. Обычно его синхронизируют частотой исследуемого сигнала т.е. заставляют частоту развертки автоматически следовать за изменением входной частоты, для сохранения постоянства частоты. Такая синхронизация называется – внутренней. Частоту развертки можно синхронизироватьс частотой внешнего сигнала – внешняя синхронизация.

Линейная ждущая развертка: при исследовании импульсных периодических сигналов с большой скважностью или одиночных импульсов применение непрерывной развертки не целесообразно т.к. в этом случае изображение импульса принимает малую часть ЭЛТ. Кратковременный импульс при этом наблюдается в виде всплеска, для решения этой проблемы используют линейную ждущую развертку. При ней каждый импульс исследуемого сигнала допускает генератор который подает на горизонтальную пластину одиночный импульс пилообразной напряженности определенной длительности. Амплитудой необходимой для развертки на всю ширину экрана. Длительность ждущей развертки или ширину импульсаможно изменить. Это осуществляется также регулировкой, что и при непрерывной развертки. Генератор вырабатывающий напряжение линейной ждущей развертки до прихода импульса запуска находится в режиме ожидания, разрешение на импульс развертывающий напряжение поступает на генератор несколько ранее, чем этот исследуемый импульс поступит на пластину вертикального отклонения т.е. в канал “Y” вводят линию задержки. Это позволяет наблюдать фронт импульса даже при очень большой величине крутизны. Запуск генератора может производиться импульсами положительными или отрицательной полярности, что позволяет наблюдать как передний ток задерживает фронт импульса.

Круговая развертка: применяется для измерения временных интервалов, частоты сигнала и т.д. Она получается в том случае, когда на часть отклоняющих пластин подают сигналы одной частоты со сдвигом фаз = 90⁰, вызывающие одинаковые отклонения луча “X,Y”.

Обобщенная схема осциллографа представлена на рисунке:

Двухканальные, двухлучевые осциллографы.

Предназначены для наблюдения двух сигналов на одной ЭЛТ. Двухканальные осциллографы содержат 2 канала: вертикальные отклонения и эл. коммутатор, который попеременно передает сигналы каналов 1 и 2 на одни и тежи вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ. Такие осциллографы имеют следующие режимы работы:

1)

2)

3)

4)

В двухканальных осциллографах имеется 2 развертки – основная и задержанная. Основная обычная развертка, задержанная имеет свой генератор развертки и схему сравнения, что позволяет получать растяжку любого участка сигнала наблюдаемого на развертке.

Двухлучевой осциллограф.

Имеет специальную ЭЛТ с двумя лучами, т.е. имеет 2 электронно-оптические системы, 2 пары отклоняющих пластин, которые образуют два независимые луча поступающие на экран. В осциллографе 2 независимые пластины вертикального отклонения. Генератор развертки как правило общий, поэтому внутренняя синхронизация осуществляется либо от первого либо от второго канала. Каждая разновидность осциллографов имеет свои преимущества: двухлучевой позволяет наблюдать 2 сигнала раздельно ( их применяют для исследования 2 не повторяющих сигналов) и при исследовании нестационарных процессов. Двухканальные имеют более лучшую стабильность и лучшие характеристики.

Выбор осциллографа и  техника осциллографических измерений.

При выборе осциллографа определяющим фактором является достоверность наблюдаемого на экране сигнала т.е. его неискаженности. Для этого необходимо выполнение ряда условий заключающиеся как в правильном выборе тех. параметров осциллографа, так и в правильной годимости к исследуемому объекту.

Выбор режима работ: в выборе развертки и ее синхронизации в исследуемом сигнале.

Осуществляется в зависимости от:

·

· Y” при значительном напряжении входного сигнала 150-200В (точно этот предел определяется чувствительностью ЭЛТ, которая указана в тех. характеристиках осциллографа), исследуемый сигнал особенно импульсный целесообразно подавать непосредственно на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ, при этом искажения формы сигнала будет минимальным по сравнению если его подавать через усилитель канала “Y”. При исследовании высоковольтных сигналов между источником сигнала или входом осциллографа или вертикально отклоняющие пластины включают делитель напряжения – выносной аттюниатор. Он должен иметь большое входное сопротивление и малое выходное сопротивление. Последнее необходимо, чтобы входное сопротивление осциллографа не изменяло коэффициент передачи. Схема аттюниатора на листе. Аттюниатор должен сохранять постоянство коэффициента передачи во всей полосе частот пропускания осциллографа.

· Y” или вертикально отклоняющей пластине. Если же исследуется импульс тока, нужно следить за тем, чтобы постоянная составляющая времени цепи образуемая вспомогательным резистором, и параллельно подключенной к ней емкости кабели и входной емкости осциллографа, должна быть существенно меньше длительности импульса.

Наблюдение периодических сигналов.

Для получения осциллограммы одного периода длительность развертки должна быть равна периоду исследуемого напряжения, при наблюдении периодических процессов применять внутреннюю синхронизацию. Синхронизация от сети удобна при исследовании напряжения частоты, которое равно или кратно частоте сигнала (например: пульсация сети).

Наблюдение импульсных сигналов.

При исследовании импульсных сигналов большую важность играет неискаженное воспроизведение на ЭЛТ. Определяется полосой пропускания канала “Y” его верхняя граничная частота пропускания необходимая для передачи прямоугольного импульса, и должна составлять:

F_ny≤ΔU_m / U_m*2π*τ_n

Как указывалось ранее наблюдение импульсных сигналов как однократных так и периодических с большой скважностью (Q) может оптимально проводить при внутренней или внешней синхронизации развертки в ждущем режиме. Скорость ждущей развертки выбирается так чтобы изображение импульса растягивалось на весь экран, при этом изображение растягивается тем больше чем выше скорость развертки. Применяя осциллограф не только для наблюдения формы сигнала, но и для измерений необходимо прежде всего для получения точных измерений произвести калибровку чувствительности по каналу вертикального отклонения и калибровку развертки.

Измерение амплитуды.

Калибровка чувствительности – установка по колибратору с помощью подстрочного регулятора номинального коэффициента отклонения по вертикали, т. о. Чтобы количество делений координатной сетки на экране ЭЛТ по вертикале соответствовала численному значению калибровочного напряжения при значениивходного аттюниатора 1 Вольт на деление. Тогда при подаче на вход исследуемого сигнала численное значение его амплитуды будет определяться как: U_mизм = H*d_ном, где H – количество делений на масштабной сетки по вертикале занимаемый сигналом, d_ном – число на шкале переключателя аттюниатора напряжения обозначающее данное его положение.

Измерение интервалов времени.

Калибровка развертки по длительности – это отклонение луча по горизонтали на строго определенное расстояние. Обычно при подключении калибровочного генератора необходимо добиться по средству регулировки, чтобы период этого сигнала занимал полную длину масштабной сетки ЭЛТ по горизонтали, тогда при подачи на вход исследуемого сигнала, его временные характеристики (период, длительность и т.д.) будут определяться, т. е. будут измерены как расстояние t= L*q, где L – количество делений по горизонтали занимаемыхизмерениями временных интервалов исследуемого сигнала, q – число на шкале переключателя развертки время-деления.

Электронно – измерительные приборы.

ЭИП для измерения тока, напряжения и мощности.

Классификация:

·

·

По исполняемым функциям делятся на:

·

·

По диапазону измерения:

·

·

По роду тока:

·

·

·

Электромеханические ЭИ состоят из:

1)

2)

3)

Электромеханические преобразователи ( измерительные механизмы) используются в аналоговом ЭИ, которые непрерывную эл. величину (ток, напряжение, мощность) преобразуют в механическое перемещение указателя по известной функции преобразования. Воздействие магнитного поля постоянного магнита на катушку и измеряемым током разделяет механический крутящий момент F пропорциональный току:

А=1/W*dΨ_m/dα*I, где I – измеренный ток, его среднее значение; Ψ_{m –} ток сцепления катушки; w – жесткость крутизны.

Максимальная чувствительность 1,5*10⁷ рад/А, минимальный предел входной величины 10^-7А. Падение напряжения таких приборов от 0,01 до 0,1В. По измеренной катушкипроходит ток, который создает магнитное поле. На подвижной системе закреплен стальной сердечник его взаимодействие с магнитным полем создает F_м пропорционален току I:

L= 1 / 2W*d_l / d_a**I². Измеряемое значение тока действующего: диапазон частот от 40Гц до 8кГц, максимальная чувствительность 1,5*10²рад / А, минимальный предел 10^-2А, падение напряжения от 0,5 до 1,5В, класс точности 0,5.

Электродинамическая система.

Имеется 2 катушки, одна закреплена неподвижно, а вторая на оси вместе с указателем. Механический момент в системе от взаимодействия токов протекающих по этим катушкам. Он пропорционален произведению токов. Род тока: постоянный и переменный, измеренное значение – действующее, диапазон частот переменного тока от 40Гц до 20кгЦ, падение напряжения от 0,7 до 2В, класс точности 0,5. Вывод: в выше описанных электромеханических преобразователях подвижная система поворачивается до тех пор, пока не наступит равновесие между крутящим моментом и силой механического сопротивления скручивания пружины. Индукционная система дана на рисунке: I₁, I₂ – переменные токи. Система катушки создает бегущее магнитное поле, которая индуцирует вихревые токи в алюминиевом диске. Взаимодействие индуцированного тока с бегущиммагнитным полем вызывает мех. момент М. Используется в цепях переменного тока на частоте 50Гц, класс точности 0,5.

Электростатическая система.

Электростатическая система представлена на рисунке. Преобразователь состоит из 2 электродов которые образуют конденсатор. К электродам подводится напряжение под действием которого оно заряжается, возникает сила взаимодействия, угол отклонения является напряжением между электродами:а= 1 / 2W* d_c / d_l **V². класс точности 0,05, чувствительность 0,15 рад/А.

Электронныеизмерительные преобразователи электромеханических измерительных приборов:

·

·

Особенности измерения постоянного тока и напряжения.

Т. к. измеритель тока включается в цепь последовательно это приводит к увеличению сопротивляемости цепи и изменению тока в ней:

ΔI=I_a-I_g / I_g **100%. Прибор будет мало влиять на режим цепи.

Особенности измерения постоянных напряжений.

При измерении напряжений измеритель подключается параллельно. Это приводит к уменьшению сопротивления. Погрешность будет равняться ΔU= U_v-U_g / U_g **100%. Прибор будет влиять на работу цепи при условии R_v >> R_изм.

Выпрямительные преобразователи.

Данные преобразователи используются в эл. измерительных приборах для преобразования переменного тока в постоянный. Большая часть стрелочных приборов – магнито электрическая. В каждом выпрямители используются п/п диоды (диодный мост).

ЭИП термо – электрической системы.

Измерение на частотах применяется термо-прербразователи преобразующие ток высокой частоты в постоянную ЭДС которая измеряется прибором постоянного тока Е_т=К*I².

Аналоговые электронные вольтметры.

Применяются для измерения как постоянного так и переменного в широком диапазоне значений от десятков до сотен Вольт, в широком диапазоне рабочих частот единиц до десятков гГц. Обладают высокой чувствительностью, большим входным сопротивлением и широким пределом измерений. Основная особенность аналогового вольтметра состоит в активной схеме усилителя разделяющий цепь, в которой производится измерение от цепи измерительного прибора, что устраняет его нагрузочное воздействие на измеряемую цепь. Структурная схема эл. аналогово вольтметра представлена на рисунке:Входное устройство состоит аттюниатора высокочастотного усилителя. УПТ должен обладать:

·

·

·

1.

2.

3.

Детектор.

Важнейший узел эл. вольтметра. Преобразует входное напряжение переменного тока в постоянный. Схема детектора представлена на рисунке: В момент t1 происходит заряд конденсатора т.к. U_с разряд идет по цепи t1 и t2. в момент t2 конденсатор получит новую порцию заряда и т.д. Если обеспечивать условие Т_р>>Т_х, где Т_х период измеряемого разряда то за интервалы t3,t4 конденсатор сильно не разрядится и через 2-3 периода среднее значение на емкости U_ср≈U_{вх m}

Сумма R1 и R2 = 100мОм, а их соотношение выбирается так, чтобы на вход УПТ поступала 0,707 U_вх=U_{вх ср} Это обеспечивает использование в качестве измерителя магнито стрелочный прибор с равномерной линейной шкалой. Основным недостатком детектора является нелинейность начального участка ВАХ диода. Поэтому для измерения U_вх меньше ½ вольта измеряемое значение усиливают с помощью усилителя переменного тока до уровня линейного детектирования. В таких приборах полоса частот ограничена полосой пропускания этого усилителя. Для измерения высокой частоты применяют пиковый детектор в виде выносной головки со специальным ВЧ диапазоном имеющим линейный ВАХ на малом уровне. Если на вход выше описанного детектора подавать импульсное напряжение, то вольтметр постоянного тока к выходу такого детектора зафиксирует амплитудное значение импульса. Если Т_и будет большим то конденсатор успеет значительно разрядится и среднее значение на емкости будет отличаться от пикового значения. Если измерять очень короткие импульсы, то конденсатор не будет до конца заряжаться, также будет отличаться от пикового значения. Т.о. для расширения диапазона измерения вольтметром по скважности. В таких детекторах используются емкостные аттюниаторы, переключаемые делители емкостей.

Электронные цифровые вольтметры.

В ЦЭВ результат измерения представлен в цифровом значении, что позволяет как точность так и скорость измерения. Кроме того позволяет автоматизировать процесс измерения и вводить результат измерения в вычислительное устройство. Основной узел ЦЭВ – это аналоговый цифровой преобразователь, который преобразует аналоговый сигнал в последовательность импульсов, число которых пропорционально значению измеряемого напряжения. Последовательность импульсов переводится в десятичное число отображаемое на дисплее вольтметра.

Типы АЦП:

·

·

·

·

ЭЦВ с время импульсным преобразованием.

Представлена на рисунке и графике. За время Δt на счетчик импульсов проходит m импульсов, тогда обычно n выбирается как 10ⁿ , n=0,=+-1, +-2, тогда U_x = m*10ⁿ.

Погрешность измерения составляет +-1,+-2 младшего разряда счета.

3 КУРС

Электронно цифровой вольтметр с двойным интегрированием.

ЭЦВ представлен на рисунке.

В начале цикла устройство управления подает на эл. ключ калибровочные импульсы. Напряжение на выходе интегратора линейно растет достигается в момент времени t1 значение U_вых=К*U_x, т.е. при первом интегрировании по окончанию входного импульса устройство управления приводит эл.ключ и подключает источник опорного образцового напряжения полярность которого противоположна U_x и на выходе интегратора формируется линейно падающее напряжение, т.к. U_опор есть величина постоянная, то угол β будет величиной постоянной (также формируется короткий импульс 3). В момент t2 напряжение на компараторе становится равным нулю, триггер открывается и счет импульсов прекращается, т.е. за момент Δt на счетчик проходит m импульсов количество которого пропорционально времени разряда конденсатора. Длительность Δt не зависит от параметров R и C, что позволяет получить высокую точность измерений. Погрешность измерений ЭЦВ +-1 младшего разряда.

ЭЦВ с ЦАП по разряду взвешивания.

В основе лежит принцип поочередного сравнения измеряемого напряжения с образцовым напряжением, величина которого располагается в соответствии с кодом числа во второй системе. Образцовые напряжения набирают т.о. чтобы их суммарное значение стало наиболее близким к измеряемому. Образцовому номеру вошедшую в сумму присваивается 1, а не вошедшему 0. ЭЦВ соответствующей градации образцовых напряжений создает с помощью цепочки образцовых резисторов записываемых от стабильного генератора тока. Схема представлена на рисунке. На первом этапе измерения U_x сравнивается с образцовым напряжением если U_x – U₀ > 0, то сравнивающее устройство не оказывает воздействие на устройство управления, последнее выдает тактовый импульс по средством которого различается следующие разряды, если опять U_x-U₀>0 то в следующем такте прибавляется следующая градация образцового напряжения. Выходное напряжение воздействует на устройство управления она воздействует на ИОН замыкается ключ соответствующего разряда тем самым снимается образ. Напряжение подключенный в данном токе, затем в очередном такте подключается напряжение следующего разряда и т.д. Процесс заканчивается после сравнения измеряемого U_c полным набором образцовых U. Комбинация подключения и не подключения соответствует двоичному коду измеряемого напряжения.

РЦВ преобразование напряжения в частоту.

В качестве преобразователя напряжения и частоты используется генератор управляемого напряжения. В частотно зависимые цепи которого включены варикапы. Основной недостаток: не позволяет получать погрешность преобразования меньше 0,5%.

Измерение параметров сигнала.

Измерение частоты и временных интервалов. Измерение частоты проводится либо непосредственно либо методом сравнения.

·

·

Герцемеры- это электромеханические измерители частоты с логометрическим измерительным механизмом.

Логометр – система из трех катушек. Одна неподвижная, а две остальные подвижные располагаются внутри неподвижной общей осит.о. чтобы механические моменты возникающие в результате взаимодействия катушек были направлены противоположно. Угол поворота подвижных катушек соответствует равенству моментов и является функцией отношения токов в подвижных катушках совпадающих по фазе с током неподвижных катушек. Он показывает отклонение параметров. L1, C2 – подобран так чтобы при номинальной частоте в цепи тока выполнялось условие резонанса, т.е. ток совпадает по фазе напряжением и в то же время отстает от тока I₂ на 90⁰. При номинальном значении момент подвижных катушек, подвижная система. Займет положение при котором магнитные потоки совпадают и устанавливаются в соответствующее условие резонанса. Всякое изменение частоты относительно резонанса приведет к изменению тока по величине и фазе. Увеличение частоты приведет к индуктивному характеру общего сопротивления цепи. Ток будет отставать по фазе, при уменьшении частоты будет наоборот. Изменяется вращательный момент катушки. Погрешность измерения таких приборов 1%.

Эл. стрелочные измерители частоты.

Измерение частоты осуществляется путем измерения среднего тока разряда конденсатором при периодическом его разряде от стабильного источника постоянного тока: заряд q=C*U₁,      разряд  q=C(U₁-U₂),

I_ср. =g_р*f_x=C(U₁-U₂)f_x=A*f_x