Приборы выпрямительной системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Описать конструкцию и принцип работы электронно-лучевого осциллографа

Осциллографом или осциллоскопом называется прибор, служащий для наблюдения, записи и фотографирования мгновенных значений электрических величин переменного тока. Электронно-лучевым или катодным осциллографом называется осциллограф, в котором в качестве «пера», пишущего кривую изменения мгновенных значений электрических величин, используется узкий луч электронов, летящих с большой скоростью и бомбардирующих покрытую специальным светящимся составом поверхность, называемую экраном. Управление перемещением электронного луча на экране производится исследуемым переменным током или напряжением. С помощью электронно-лучевого осциллографа можно наблюдать форму электрических колебаний, измерять постоянные и переменные напряжения и токи, измерять мощность электрического тока, измерять разность фаз и определять фазовые углы, измерять частоту электрических колебаний, наблюдать резонансные характеристики контуров, наблюдать и снимать характеристики электронных ламп и т.д. Возможность непосредственного наблюдения и фотографирования электрических процессов делает осциллограф весьма универсальным и незаменимым измерительным прибором. Электронно-лучевой осциллограф применяется главным образом для наблюдения и исследования периодически протекающих процессов, однако электронно-лучевые трубки и осциллографы специального назначения позволяют наблюдать и исследовать и непериодические или неустановившиеся процессы, такие как наблюдение и исследование одиночных импульсов, электрических разрядов и т.п.

Электронно-лучевой осциллограф состоит из электронно-лучевой трубки, генератора развертки, двух усилителей, блока питания и распределительной колодки, разберем назначение перечисленных элементов:

1. Электронно-лучевая трубка. Электронно-лучевая трубка является важнейшим элементом электронно-лучевого осциллографа. Она представляет собой стеклянную, специальной формы, колбу с высоким вакуумом внутри которой помещен накаливаемый катод, излучающий электроны, и специальное устройство, позволяющее сообщать электронам большую скорость, собирать их в узкий параллельный луч и направлять их на покрытый специальным химическим составом экран, который обладает способностью светиться в месте, куда попадает электронный луч.

2. Генератор развертки. Вторым важным элементом электронно-лучевого осциллографа является генератор развертки. Для того чтобы уяснить назначение и принцип работы генератора развертки, обратимся к рис. 1, где изображен график переменного напряжения синусоидальной формы.

Рис. 1. График синусоидального напряжения

Этот график показывает процесс изменения синусоидального напряжения в зависимости от времени. Чтобы наблюдать на экране осциллографа изменение во времени какого либо повторяющегося электрического процесса, нужно, чтобы на горизонтально-отклоняющие пластины подавалось напряжение, которое периодически и с постоянной скоростью перемещало бы электронный луч горизонтально по экрану до определенной точки и затем мгновенно возвращало бы его в начальное положение. Так как электронный луч при быстром изменении напряжения падает в данную точку экрана на мгновение, то для того, чтобы получить непрерывную линию, нужно обеспечить такое число периодических перемещений луча, чтобы глаз воспринимал перемещения луча как непрерывные. Напряжение, выполняющее такое периодическое перемещение электронного луча, называется, как указано выше, «напряжением развертки», а линия, образованная перемещением луча на экране, называется линией времени. Если продолжительность одного перемещения электронного луча по экрану равна одному периоду исследуемого напряжения, приложенного к вертикально-отклоняющим пластинам трубки, то на экране при одновременном действии обоих напряжений появится кривая, воспроизводящая один период исследуемого напряжения.

3. Усилители вертикального и горизонтального отклонения. Для наблюдения напряжений, имеющих небольшие амплитуды, осциллографы монтируются вместе с усилителями горизонтального и вертикального отклонения. К усилителям для осциллографов предъявляются довольно жесткие требования. Прежде всего, усилитель для осциллографа должен точно воспроизводить форму кривой исследуемого напряжения. Поэтому усилитель должен быть широкополосным, пригодным как для усиления синусоидальных напряжений, так и для напряжений сложной формы, содержащих много частотных составляющих. Форма кривой исследуемого напряжения сохранится в том случае, если амплитудные и фазовые соотношения между частотными составляющими на выходе усилителя будут теми же, что и на его входе. Чтобы избежать искажений за счет кривизны характеристик ламп, усилитель должен работать так, чтобы при всех изменениях напряжения на входе изменения анодного тока происходили только на линейном участке характеристики. Входное сопротивление усилителя должно быть достаточно высоким для того, чтобы он не влиял на исследуемую цепь. Обычно входное сопротивление усилителя бывает порядка 0,5-0,6 мОм и выше.

4. Блок питания. Для питания ламп усилителей и генератора развертки в электронно-лучевых осциллографах могут быть применены выпрямители, обычно употребляемые для питания радиоприемников. Для питания же ускоряющего анода электронно-лучевой трубки требуется высокое напряжение, чтобы получить большие скорости электронов. Так как на ускоряющий анод попадает небольшое число электронов, то от источника питания требуется небольшой ток и выпрямитель может быть собран на маломощном, но высоковольтном кенотроне, например, типа 879 или 2X2.

5. Распределительная колодка. Так как частотные характеристики усилителей осциллографа равномерны только до частот 150-200 кГц, то при необходимости наблюдения на экране осциллографа формы кривых напряжения более высоких частот исследуемое напряжение необходимо включить через разделительный конденсатор непосредственно на отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки. Для непосредственного подключения исследуемого напряжения на отклоняющие пластины служит распределительная колодка.

На рисунке 2 представлена полная схема электронно-лучевого осциллографа с электронно-лучевой трубкой типа 906 (диаметр экрана 76 мм). Трубка типа 906 имеет зеленый экран. Усилители вертикального и горизонтального отклонения собраны на лампах типа 6Ж7. На сетку лампы Л1 усилителя вертикального отклонения исследуемое напряжение подается через разделительный конденсатор С1 и делитель напряжения R1, который служит для регулировки напряжения, подаваемого на сетку. Сопротивление R2 и конденсатор С2 служат для получения отрицательного смещения на сетку лампы 6Ж7. Анодной нагрузкой лампы Л1 служит сопротивление R3. Дроссель Др1 используется для выравнивания частотной характеристики усилителя в диапазоне высших частот. Высокое напряжение на экранную сетку подается через сопротивление R4, заблокированное конденсатором С4. Усиленное исследуемое напряжение через конденсатор С3 подается на вертикально-отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки. На горизонтально-отклоняющие пластины напряжение подается с усилителя горизонтального отклонения через конденсатор С8. При положении «усиление» переключателя П3 на вход усилителя горизонтального отклонения может быть подано напряжение с зажимов В-3 горизонтального входа. При положении «развертка» на вход усилителя подводится пилообразное напряжение от генератора развертки. Генератор развертки собран на лампе 6Н8. Пилообразное напряжение развертки в генераторе получается следующим образом. В момент включения анодного напряжения конденсатор C17 быстро заряжается через сопротивления R20, промежуток сетка - катод правого триода лампы 6Н8 и сопротивление R17. Зарядный ток конденсатора С17 создает падение напряжения на сопротивлении R17, которое запирает правый триод. Когда триод заперт, напряжение на его аноде возрастает, благодаря чему через сопротивление R21 начинает заряжаться конденсатор С23 до напряжения, близкого к напряжению источника. В то же время конденсатор С17 начинает медленно разряжаться через промежуток анод-катод левого триода и сопротивления R17, R18 и R19. Разрядный ток конденсатора С17 создает падение напряжения на сопротивлениях R18 и R19 которое задает дополнительное отрицательное смещение на сетку правого триода. Когда конденсатор С17 разрядится, правый триод отопрется, напряжение на его аноде упадет и конденсатор С23 начнет разряжаться через правый триод и сопротивление R17. Разрядный ток конденсатора С23 создает на сопротивлении R17 дополнительное падение напряжения, которое задает отрицательное смещение «а сетку левого триода. Анодный ток левого триода уменьшается, а напряжение на его аноде возрастает, конденсатор С17 снова заряжается.

Когда конденсатор С17 зарядится, а конденсатор С23 разрядится, правый триод опять окажется запертым и процесс будет периодически повторяться. Частота напряжения развертки определяется емкостью конденсатора С17 и величиной сопротивлений R18 и R19. Если конденсатор С17 заменить группой конденсаторов С12-С17 и переключать их, как это показано на схеме, то мы получим изменение частоты напряжения развертки ступенями. Плавное же изменение частоты напряжения развертки в пределах каждой ступени осуществляется переменным сопротивлением R18. Напряжение развертки снимается с анода правого триода и подается через сопротивление R13 на вход горизонтального усилителя, усиливается, подводится к горизонтально-отклоняющим пластинам трубки и используется для получения оси времени на экране трубки. В схеме предусмотрены три вида синхронизации частоты напряжения развертки - внутренняя, внешняя и от питающей сети. Синхронизирующее напряжение подается на управляющую сетку левого триода лампы 6Н8. Величина синхронизирующего напряжения регулируется потенциометром R16. Вид синхронизации выбирается переключателем П2. В положении «Внутр.» синхронизация осуществляется исследуемым напряжением, которое снимается с сопротивления R2 в цепи катода лампы 6Ж7 вертикального усилителя. В положении «Внешн.» синхронизация осуществляется от внешнего источника переменного напряжения, подводимого к клеммам «Внешняя синхр.». При положении «Сеть» синхронизирующее напряжение снимается с цепи накала лампы 6Ж7 или с накальной обмотки трансформатора. Питание осциллографа осуществляется от сети переменного тока с напряжением 110 или 220 В через силовой трансформатор Тр1. Высокое напряжение для питания ламп и электронно-лучевой трубки снимается с двух выпрямителей, включенных последовательно.

Первый выпрямитель собран по двухполупериодной схеме на кенотроне 5Ц4С, второй выпрямитель-однополупериодный на лампе ВО-230. Напряжение, снимаемое с выпрямителей, подается на делитель напряжения, состоящий из сопротивлений R13-R19. С переменного сопротивления R29 снимается напряжение на управляющий электрод трубки через развязывающий фильтр R22, С25. Изменением величины напряжения на управляющем электроде с помощью движка сопротивления R29 регулируется яркости пятна на экране. С переменного сопротивления R27 снимается напряжение на первый анод трубки. Это сопротивление служит для фокусировки пятна. Напряжение на второй анод снимается с сопротивлений R24, R25, R26, R27, R28 и R29. Смещение пятна по вертикали осуществляется с помощью переменного сопротивления R6.

При изменении положения ползунка сопротивления R6 меняется величина и знак постоянного напряжения, подаваемого на вертикально-отклоняющие пластины через фильтр R5-С5. Для смещения пятна по горизонтали используется переменное сопротивление R7. Напряжение на горизонтальные пластины подается через фильтр R8-С6. Диапазон частот равномерно усиливаемых обоими усилителями данного осциллографа 30 Гц-100 кГц.

Диапазон частот генератора развертки 10 Гц - 20 кГц. Входное сопротивление усилителей 0,5 мОм. Чувствительность осциллографа с использованием усилителей равна 12-15 мм на 1 В. В случае необходимости исследования напряжения с частотой выше 100 кГц исследуемое напряжение может быть подано непосредственно на отклоняющие пластины. Для этой цели снимаются перемычки Д1 и Д3 и исследуемое напряжение подается на клеммы А-3 или Б-3.

Рис. 2. Принципиальная схема электронно-лучевого осциллографа

2. Опишите способ и схему измерения сопротивления заземлителя

Для измерения сопротивления заземлителя в качестве примера может быть принята следующая методика (рисунок 3).

Переменный ток неизменной величины пропускают между заземлителем T и вспомогательным электродом заземления T₁, расположенном на таком расстоянии, чтобы зоны растекания двух заземлителей не перекрывались.

Второй вспомогательный электрод заземления Т₂, в качестве которого может использоваться металлический стержень, погруженный в землю, должен быть помещен между Т и T₁. Затем измеряют падение напряжения между T и Т₂.

Сопротивление заземлителя равно напряжению между T и T₂, деленному на ток, протекающий между Т и Т₁, при условии, что нет перекрытия зон растекания.

Чтобы проверить, что сопротивление заземлителя определено правильно, проводят два дополнительных измерения, при которых второй вспомогательный электрод T₂; переносят соответственно на 6 м дальше и на 6 м ближе к Т.

Если эти три результата существенно не отличаются, то их среднее значение принимают за сопротивление заземления T.

Если имеется существенное различие, то испытания повторяют при увеличенном расстоянии между Т и T₁.

Если испытание проводят на переменном токе промышленной частоты, внутреннее сопротивление используемого вольтметра должно быть не меньше 200 Ом/В.

Источник тока, используемый для испытания, должен быть отделен от питающей сети (например, путем использования разделительного трансформатора).

Рис. 3. Схема измерения заземлителя: Т - заземлитель, подлежащий испытанию, отключенный от всех источников питания; T₁ - вспомогательный заземляющий электрод; Т₂ - второй вспомогательный заземляющий электрод; X - измененное положение Т₂ для проверочного измерения; Y - другое измененное положение Т₂ для проверочного измерения

3. Опишите конструкцию, принцип работы и область применения электрического преобразователя, электролитического типа

Электролитические преобразователи основаны на зависимости электрического сопротивления раствора электролита от его концентрации. В основном они применяются для измерения концентраций растворов.

На рис. 4 для примера показаны графики зависимостей удельной электрической проводимости некоторых растворов электролитов от концентрации растворенного вещества.

Рис. 4. Зависимость удельной электрической проводимости растворов электролитов от концентрации растворенного вещества

Из этого рисунка следует, что в определенном диапазоне изменения концентрации зависимость электрической проводимости (сопротивления) от концентрации однозначна и может быть использована для определения последней. Преобразователь, применяемый в лабораторных условиях для измерения концентрации, представляет собой сосуд с двумя электродами (электролитическая ячейка) - рис. 5.

Рис. 5. Лабораторный электролитический преобразователь

Для промышленных непрерывных измерений преобразователи выполняются проточными, причем часто используются конструкции, в которых роль второго электрода играют стенки сосуда (металлического).

Размеры, форма сосуда и электродов выбираются с учетом желаемого диапазона изменения сопротивления ячейки при изменении концентрации раствора и с учетом расхода раствора. Выбор материала сосуда и электродов зависит от природы электролита.

Электрическая проводимость растворов сильно зависит от температуры. В первом приближении эта зависимость выражается уравнением

лучевой сопротивление заземлитель преобразователь

н = н₀ (1 + вt),

где н₀ - электрическая проводимость при начальной температуре (18°С);

в - температурный коэффициент электрической проводимости (для растворов кислот, оснований и солей в = 0,016 ч 0,024 К^-1).

Таким образом, при использовании электролитических преобразователей возникает задача по устранению влияния температуры. Эта задача решается путем стабилизации температуры раствора с помощью холодильника (нагревателя) или применения схем температурной компенсации. Для температурной компенсации обычно используются медные терморезисторы, так как температурные коэффициенты меди и растворов электролитов имеют противоположные знаки.

При прохождении постоянного тока через преобразователь происходит электролиз раствора, что приводит к искажению результатов измерения. Поэтому измерения сопротивления раствора обычно проводятся на переменном токе (700-1000 Гц) чаще всего с помощью мостовых схем.

Список литературы

1. Электротехника. Под редакцией В.Г. Герасимова. - М.: Высшая школа, 1986.

2. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. - М.: Энергоатомиздат, 1983.

3. Справочное пособие по основам электротехники и электроники под редакцией А.В. Нешутила. - М.: Энергоатомиздат, 1995.

4. Методические указания к выполнению лабораторной работы по цепям постоянного тока. - М.: МИТХТ, 1991.

5. Методические указания к выполнению лабораторной работы по цепям переменного тока. - М.: МИТХТ, 1990.

Размещено на Allbest.ru