Електричні вимірювальні пристрої і електричні променеві осцилографи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Загальне поняття

Аналогові електронні вимірювальні прилади (АЕВП) - це прилади, основними функціональними вузлами яких є різні вимірювальні перетворювачі. В якості вимірювальних механізмів використовують прилади магнітоелектричної системи, електронно-променеві трубки (ЕПТ).

До аналогових їх відносять тому, що їх покази є безперервними функціями зміни вимірювальної величини, що можуть приймати будь-які значення у вимірювальному діапазоні.

Аналогові електронні вимірювальні прилади широко використовують в науково-дослідницькій роботі та промисловому виробництві.

Аналогові електронні вимірювальні прилади можна розділити на чотири основні групи:

- до першої (найбільшої) можна віднести прилади для вимірювання параметрів та характеристик електричних сигналів (вольтметри, осцилографи, частотоміри, аналізатори спектра тощо);

- до другої - прилади для вимірювання параметрів та характеристик елементів електричних кіл (вимірювання ємності, індуктивності та опору, а також параметрів діодів та транзисторів, прилади для зняття АЧХ тощо);

- до третьої групи можна віднести вимірювальні генератори, які є джерелами сигналів різної напруги (різного рівня), частоти та форми;

- четверту групу складають елементи вимірювальних кіл (атенюатори - послаблювачі сигналів, фазообертачі тощо).

Прилади АЕВП дозволяють встановити необхідні значення регульованих сигналів фізичних величин (напруги необхідної частоти, форму сигналу, значення ємності та опору тощо).

2. Групи електронних приладів

Електронні вольтметри складають найбільшу групу, основним призначенням яких є вимірювання постійної, змінної та імпульсної напруги. До складу вольтметра входять підсилювачі постійного та змінного струму, вимірювальні перетворювачі змінної напруги в постійну та навпаки, дільники напруги. В якості вимірювальних систем використовують магнітоелектричні мікроамперметри.

Ці прилади дозволяють вимірювати напруги в діапазоні частот 10 Гц - 50 МГц.

Електронні омметри (підгрупа Е6) застосовують для вимірювання активних опорів в межах 10^-4… 10¹² Ом та використовують при вимірюваннях опорів резисторів, ізоляції, з'єднувальних контактів тощо.

В основі більшості електронних омметрів лежать нескладні схеми (операційний підсилювач та стабілізатори параметрів вимірювання).

Електронні генератори є джерелами електричних коливань, форма яких заздалегідь відома, а частота, напруга (або потужність тощо) можуть регулюватися в визначених межах із заданою точністю.

Генератори гармонічних (синусоїдальних) коливань генерують електричні сигнали у низькочастотному діапазоні (підгрупа Г3) - 0.01… 2·10⁵ Гц, високочастотному (підгрупа Г4) - 2·10⁵… 10¹⁰ Гц та вище.

Серед імпульсних вимірювальних генераторів (підгрупа Г5) найбільш розповсюдженими є генератори прямокутних сигналів із довжиною сигналу від 10^-9… 1 с.

Всі вимірювальні генератори повинні відповідати вимогам у відношенні формуємих коливань, діапазону частот та похибкам цих параметрів.

3. Класифікація електронно-променевих осцилографів

Електронно-променевий осцилограф - прилад для візуального спостереження електричних сигналів, що представлені у вигляді напруги, а також призначений для вимірювання їх параметрів, що визначають миттєві та часові характеристики.

Розрізняють - універсальні, швидкісні, стробоскопічні, запам'ятовуючі, спеціальні осцилографи.

У н і в е р с а л ь н і осцилографи дозволяють досліджувати широкий клас електричних сигналів з довжиною сигналів від одиниць наносекунд до декількох секунд у діапазоні від мілівольт до сотен вольт. Смуга пропускання частот сучасних осцилографів складає 300… 400 МГц. Зображення сигналу практично одночасно зображується на екрані із появою на вході. Такі осцилографи називають осцилографами дійсного часу. Часто універсальні осцилографи виконують із змінними блоками, що розширюють їх функціональні можливості.

Для дослідження швидкопротікаючих процесів (довжиною нано - та пікосекунд) використовують ш в и д к і с н і осцилографи, основним вузлом є спеціальна ЕПТ бігучої хвилі. Ці осцилографи також можна віднести до вимірювань, що відбуваються у дійсному часі.

Короткочасні періодичні сигнали досліджуються с т р о б о с к о п і ч н и м и осцилографами, що по принципу дії відносяться до приладів із перетворенням часового масштабу (мірила), високою чутливістю та широкою (до 25 ГГц) робочою смугою частот.

З а п а м' я т о в у ю ч і осцилографи використовують спеціальні ЕПТ, що наділені здатністю зберігати та відтворювати зображення сигналу впродовж тривалого часу, після відключення від кола вимірювання. Основним призначенням такого осцилографа є дослідження одноразових та рідкоповторюючихся часових процесів.

С п е ц і а л ь н і осцилографи доповнюються додатковими блоками цільового призначення. До цієї групи також можна віднести телевізійні осцилографи, дозволяючи відокремити відеосигнал заданого рядка зображення та цифрові осцилографи, дозволяючи не тільки спостерігати, але передавати для обробки у цифровому вигляді до комп'ютера. Спеціальні осцилографи доповнюють мультіметрами - блоками для вимірювання інших електричних параметрів: напруг, струмів та опорів, дослідження вольт амперних характеристик напівпровідникових елементів.

По кількості одночасно спостерігаємих на екрані осцилографа сигналів їх можна розділити на о д н о к а н а л ь н і та б а г а т о к а н а л ь н і. Суміщення на екрані декількох зображень досягають використанням багато променевої трубки або використанням електронного комутатора, переключаючись на різні входи.

4. Структура осцилографа

До основної будови можна віднести

- електронно-променева трубка (ЕПТ) зі схемами фокусування променя; керування променем та високовольтного живлення;

- канал вертикального відхилення (канал Y);

- канал горизонтального відхилення (канал X);

- канал керування яскравістю променя (канал Z);

До складу осцилографа входять також калібратор амплітуди і тривалості, та синхронізатор.

електронний вимірювальний прилад осцилограф

5. Вимірювання за допомогою осцилографа

Вимірювання амплітудних значень напруги

В універсальних осцилографах використовується метод вимірювання амплітуд сигналу за допомогою масштабної сітки, розміщеної на екрані осцилографа. Ціна поділки сітки встановлюється раніше за допомогою калібратора амплітуди

Приклад визначення параметрів сигналу за допомогою масштабної сітки.

Параметри імпульсів визначаються слідуючим чином:

Рис. 15.5.1 - Визначення параметрів сигналу за допомогою масштабної сітки

- амплітуда імпульсу;

- період сигналу;

- довжина імпульсу;

- ціна поділки сітки по горизонталі, с/діл;

- ціна поділки сітки по вертикалі, В/діл;

де - вирази в поділках сітки

Вимірювання часових параметрів сигналу

На відміну від частотомірів за допомогою осцилографа можна вимірювати параметри сигналів складної часової структури, наприклад ступінчатих сигналів. Можна також вимірювати параметри випадкових та перехідних процесів.

Найбільш простим є м е т о д к а л і б р о в а н о ї р о з г о р т. к. и, або к а л і б р о в а н и х м і т о к.

Рис. 15.5.2 - Визначення часових інтервалів за допомогою калібровочних міток

U_C - напруга досліджуємого сигналу;

U_K - напруга каліброваного сигналу;

_И - довжина імпульсу.

Калібровочні мітки відомої частоти наносять на зображення сигналу шляхом модуляції яскравості променя, тобто подачею на сітку ЕПТ напруги відомої частоти f₀ або періоду коливання T₀ = 1 / f₀. При цьому T_C = nT₀, де n - кількість калібровочних міток.

Використана література:

1. Під ред. В.Н. Маліновського «Электрические измерения» Москва Энергоиздат, 1983 Стр. 179 - 215

2. В.Ю. Шишмарьов, В.И. Шанін «Электрорадиоизмерения» Москва, Академия, 2004

3. А.М. Гуржій, Н.І. Поворознюк «Електричні і радіотехнічні вимірювання» Навчальна книга, Київ, 2002 Стр. 258 - 270

Размещено на Allbest.ru