Метрология, стандартизация, сертификация (стр. 5 )

 Зная период Т колебаний можно определить частоту колебаний ƒ:

ƒ=1/Т=1/0,320=3,125 Гц.

Применение ЭЛО при измерении амплитудных параметров электрических сигналов

Основным режимом работы электронных осциллографов является режим непрерывной развертки, пригодный для наблюдения любых непрерывных периодических сигналов и последовательностей импульсов с малой скважностью.

В этом режиме генератор развертки формирует периодическое пилообразное напряжение, синхронное с исследуемым сигналом.

Исследуемый сигнал, поданный на вход Y, может вызвать слишком большое или, наоборот, очень малое отклонение луча по вертикали. В этом случае с помощью ручек «Ослабление» или «Усиление» канала Y добиваются требуемого размера изображения на экране ЭЛТ.

Переключатель длительности развертки следует экспериментально установить в такое положение, при котором на экране ЭЛТ будет наблюдаться один или несколько периодов исследуемого сигнала.

Для устойчивости изображения на экране ЭЛТ следует синхронизировать колебания генератора развертки с ис­следуемым сигналом.

Яркость и фокусировку при этом необходимо от­регулировать так, чтобы изображение исследуемого сигна­ла было максимально четким.

Непериодические, случайные, импульсы большой скважности, а также однократные сиг­налы исследуют с помощью линейной ждущей разверт­ки.

Сущность ее заключается в том, что в отсутствие сигна­ла на входе Y развертывающее напряжение не вырабаты­вается, генератор развертки «ждет»; поступающий на вход Y исследуемый сигнал. при его появлении устройство синхронизации за­пускает генератор развертки, который вырабатывает оди­ночный линейно нарастающий импульс напряжения, посту­пающий на пластины X. Длительность развертки должна соответствовать параметрам исследуемого сигнала. Переход на ждущий режим работы осцилло­графа осуществляется регулятором «Синхронизация» до по­явления на экране трубки устойчивого изображения ис­следуемого сигнала.

Перед измерением амплитуды исследуемого сигнала, рекомендуется произвести проверку калибровки чувстви­тельности усилителя канала вертикального отклонения Y с помощью калибратора амплитуды (но он есть не у всех моделей осциллографов). Для этого переключа­тель ослабления входного аттенюатора устанавливают в положение «Калибровка», а ручку «Усиление» усилителя канала вертикального отклонения - в крайнее правое по­ложение, которое соответствует максимальному усилению. Вертикальный размер калиброванного напряжения на эк­ране ЭЛТ должен соответствовать заданному значению, указанному в паспорте осциллографа.

 Измерение амплитуды исследуемого сигнала произво­дят следующим образом.

На вход Y канала вертикаль­ного отклонения подается исследуемый сигнал и устанавливается удобный для отсчета размер вертикального от­клонения на экране ЭЛТ. Зная цену деления (клеточки) ny по ручке переключения коэффициента усиления по оси Y, количество делений (клеточек) NV, находим амплитудное значение напря­жения исследуемого сигнала Umax по формуле
  Umax= NV*ny,

 а действующее значение для синусоидального тока можно определить по формуле

U=0,707Umax.

 Поясним сказанное на рисунке 7

По формуле найдем амплитудное и действующее значения исследуемого сигнала.

Из рисунка определим, что: количество клеточек NV = 6 делений, цена деления nv =2,0*10=20 B/1деление, множитель усиления ky = 10, (если множитель не указан следовательно он равен х1) тогда:

Umax= NV*ny = 20*6=120 В.

 Найдем действующее значение для синусоидального тока:

U=0,707Umax=0,707х120=84,84 В.

 Осциллографом можно измерить ток I в нагрузке, если знать сопротивление R нагрузки или электрическую мощность P потребляемую нагрузкой. Для этого необходимо осциллографом измерить амплитудное значение напряжения Umax на нагрузке. Затем рассчитать действующее значение напряженияU на нагрузке и по закону Ома найти величину тока нагрузки. Мощность, рассчитывают по уравнениям P=I2R или P=U2/R.

 ПРАКТИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.  Ознакомиться с осциллографом и подготовить его к включению.

2.  Проградуировать вертикальный усилитель осциллографа.  Построить градуировочную характеристику.

3.  Измерить амплитудное значение напряжения.

4.  Измерить периоды колебаний сигналов разных частот.

Для выполнения пункта 1 ознакомиться с основными теоретическими положениями и устройством отдельных узлов осциллографа, используя данную инструкцию к лабораторной работе. Перед включением осциллографа его рукоятки должны быть установлены в следующие положения:

а) рукоятка регулятора «яркость» луча повернута против часовой стрелки до упора;

б) рукоятка регулятора усиления вертикального (левого) усилителя «усиление» в положение 0;

в) переключатель синхронизации в позиции «внутр.»;

г) рукоятка регулировки синхронизации «амплитуда синхронизации» должна быть повернута против часовой стрелки до упора;

д) переключатель горизонтальной развертки в любом включенном положении.

После проверки правильности положения всех рукояток включить тумблер «сеть».

РЕГУЛИРОВКА ЯРКОСТИ И ФОКУСИРОВКА

Выждав 1-2 минуты для подогрева ЭЛТ, включают выключатель «луч» и поворотом рукоятки R1 «яркость» вправо, т. е. изменяя напряжение на сетке, добиваются необходимой яркости пятна (рис.1).

Вращением рукоятки R2 «фокус» устанавливается необходимая резкость светящейся линии (на экране получается линия, а не точка, так как уже включен генератор развертки). Фокусировка сводится к регулировке потенциала на первом аноде.

Регулировка «яркость» и «фокус» взаимосвязаны, потому для получения нормального изображения необходимо производить их совместно.

ВЕРТИКАЛЬНАЯ И ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ЛУЧА.

Регулировка усиления

Рукоятка «ось Y –вниз, - вверх» и «ось Х –влево -вправо» служат для смещения светящейся точки по вертикали и горизонтали таким образом, чтобы «нулевая» линия (линия, получающаяся при отсутствии сигнала) находилась в желательном месте экрана – обычно посередине. Это осуществляется подачей на соответствующие пластины некоторых постоянных регулируемых напряжений.

После установки линии развертки в нужном месте рукояткой «усиление» горизонтального усилителя устанавливается желательная длина развертки путем изменения амплитуды пилообразного напряжения.

После подачи исследуемого напряжения (сигнала) на левые зажимы канала Y «вход» и «земля» поворотом рукоятки «усиление» вертикального усилителя устанавливается необходимая величина изображения так, чтобы оно не выходило за пределы экрана и было удобно для наблюдения.

Регулировка частоты развертки. Синхронизация.

Ступенчатое изменение частоты развертывающего напряжения осуществляется с помощью переключателя «диапазон частот». Плавная регулировка внутри каждого диапазона достигается вращением рукоятки «частота плавно».

После установки с помощью переключателя подходящего диапазона частот плавным поворотом рукоятки «частота плавно» добиваются того, чтобы кривые на экране перемещались достаточно медленно (что будет иметь место при более или менее точном совпадении или кратности частот исследуемого и развертывающего напряжения). Для получения устойчивости неподвижного изображения постепенно вводится синхронизирующее напряжение путем поворота рукоятки «амплитуда синхронизации» по часовой стрелке.

Выполнение пункта 2. Градуировка это установление зависимости отклонения луча от напряжения, подведенного на вход осциллографа. Она характеризуется чувствительностью, которую для удобства пользователя стремятся сделать постоянной во всем диапазоне. Зная чувствительность S и количество клеточек NV, на которые отклонился луч, определяют напряжение сигнала по формуле Umax= NV / S.

Для построения градуировочной характеристики собирают схему (рис. 8). Регулятор «усиление» канала Y устанавливают в определенное положение, например 1, изменяя автотрансформатором АТ напряжение входного сигнала, выставляют максимальное отклонение луча осциллографа на 10 затем на 20 и т. д. клеточек. Показания вольтметра PV в вольтах UV заносят в таблицу 1.

Рисунок 8

Таблица 1

NV, клеточек	10	20	30	40
UV, В
Umax, В
S, мм/В

Трансформатор Т понижает напряжение, например, лабораторный измерительный трансформатор напряжения 380/63 В, и служит для целей безопасности – гальванической развязки электрических цепей. Без него корпус осциллографа может оказаться под опасным напряжением относительно земли.

Рассчитывают , (учитывая, что одна клеточка равна одному миллиметру) и заносят их в таблицу 1. По данным таблицы строят градуировочную характеристику Umax=f(NV).

Выполнение пункта 3. На осциллографе установить регулятор «усиление» в крайнее правое положение, а переключатель «коэффициент усиления (ослабления)» в одно из положений. Автотрансформатором АТ отклонить луч по вертикали и ручками «частота развертки» и «синхронизация» получить устойчивое изображение формы поданного на осциллограф напряжения. По методике, изложенной в разделе «Применение ЭЛО при измерении амплитудных параметров электрических сигналов», рассчитать Umax и U. Их значения и показание UV вольтметра (рис. 8) занести в таблицу 2. Аналогичные измерения выполнить при других значениях амплитуды сигнала и других положениях переключателя «коэффициент усиления (ослабления)».

Таблица 2

Коэффициент усиления
Umax, B
U, B
UV, B

Рассчитать относительную погрешность измерения осциллографом по формуле и сравнить ее с допустимым значением для данной модели осциллографа (чаще 5 %).

Выполнение пункта 4. Подключить ко входу У осциллографа генератор стандартных сигналов (звуковой генератор). Поочередно устанавливать на генераторе частоты fd равные 50, 1000, 5000 и 20000 Гц. По методике, изложенной в разделе «Применение электронно-лучевого осциллографа (ЭЛО) при измерении временных параметров», рассчитать значения частот f , относительной погрешности занести результаты в таблицу 3 и сравнить ее с допустимым значением для данной модели осциллографа (чаще 5 %).

Таблица 3

Частота генератора fd , Гц	50	1000	5000	20000
Nt , дел.
nt , мс/дел.
f, Гц
,%

Контрольные вопросы:

1.  Устройство электронно-лучевой трубки и схема ее включения.

2.  От чего зависит отклонение луча на экране осциллографа?

3.  Как производится регулировка яркости и фокусировка луча?  Методика градуировки осциллографа.

4.  Чувствительность электронного осциллографа. Измерение  осциллографом напряжения.

5.  Измерение частоты и других параметров электрических цепей с  помощью осциллографа.

6.  Каково назначение электронной пушки и блока развертки?  Назначение усилителей в осциллографе.

7.  Использование электронных осциллографов в наладке  электропривода и электрических сетях.

И Н С Т Р У К Ц И Я

к лабораторной работе №57

Градуировка термопреобразователя сопротивления

План РАБОТЫ

1.  Ознакомление с проблемами и приборами измерения температуры.

2.  Экспериментальная градуировка термосопротивления

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Температура имеет определяющее значение в жизни человека. Она создает условия протекания биологических и технологических процессов, работы оборудования, которые нормально протекают в определенном температурном диапазоне. Однако, при температуре тела человека ниже 25 резко снижаются обменные процессы, а выше 45 происходит необратимая свертываемость крови и человек гибнет. При низких температурах стали, пластмассы становятся хрупкими и ломаются, при высоких – теряют механическую прочность, расплавляются, возгораются. Превышение температуры изоляции на каждые 8 выше допустимой для данного класса нагревостойкости сокращает срок службы проводов в два раза. Эти и другие факты говорят о том, что температурой надо управлять, а для этого надо ее измерять. В технике приходится измерять температуры в диапазоне от -200 до +3500 . Одним методом, прибором охватить такой широкий диапазон не удается. Для передачи значения температуры to к автоматическому регулятору или оператору в точке измерения ее преобразуют в другую величину (сигнал) безопасную и удобную, например, низкое напряжение или сопротивление Rt. Эти величины на другом конце линии измеряют милливольтметром или омметром, шкала которого проградуирована в градусах Цельсия. Функциональная схема такого измерения представлена на рисунке 1. На нем представлен первичный измерительный преобразователь (датчик) Bt, вторичный прибор Pt и между ними линия связи по которой передается значение сопротивления Rt.

 Рис 1.

Для измерения средних температур широко используют термопреобразователи сопротивления (термосопротивление). Принцип действия их основан на изменении электрического сопротивления проводника при изменении его температуры. Зная зависимость сопротивления от температуры, измерив сопротивление, можно определить температуру среды, в которую помещено термосопротивление. В серийно выпускаемых термосопротивлениях, соответствующих ГОСТ используют медные, платиновые или никелевые проводники, так как они обеспечивают хорошие метрологические характеристики.

Известно, что при нагреве металлы увеличивают сопротивление от 0,4 до 0,6 % на 1 °С, а оксиды металлов (полупроводники) уменьшают своё сопротивление в 5-15 раз. Графически это показано на рисунке 2.

Рис.2 Зависимость сопротивления терморезистора от температуры Сu – медный, Pt – платиновый, MМТ – полупроводниковый.

Аналитическая зависимость сопротивления меди от температуры (в небольшом интервале температур от 0 до +200 ) определяется уравнением:

где Rt - сопротивление проводника при температуре t,

R0 - сопротивление того же проводника при температуре t=0 ,

α – температурный коэффициент сопротивления для меди равен 1/град в интервале температур от -50 до 180 °С.

Аналитическая зависимость для платины имеет более сложный вид, который зависит от температурного диапазона, например, в диапазоне температур от 0 до 850

Электрические термометры сопротивления применяют для измерения температур в диапазоне от -200 до +850°С. В качестве чувствительного элемента в термометре сопротивления применяется металлическая проволока (из Сu или Pt), намотанная на изоляционный каркас и заключенная в защитный корпус (рис.3)

Рисунок 3 - Термометр сопротивления  а) корпус, б) чувствительный элемент, находится внутри корпуса.

Типы и характеристики выпускаемых в нашей стране термометров сопротивления приведены в таблице 1 .

Таблица 1

Тип	Номинальное сопротивление при 0 °С, Ом	Диапазон    измерения, °С	Градуировка	Класс точн.	Допуск, °С
ТСП платиновые	10	От —200 до +850	10П
(платиновые)	50	—196 до +660	50П	BМесто для формулы.	±(0,3+0,005t)
	100	—100 до +450	100П	A	±(0,15+0,002t)
ТСМ (медные)	50	-200 до +200	50М	B	±(0,3+0,005t)
	100	-50 до +120	100М	A	±(0,15+0,002t)

   Метрологические характеристики всех стандартных термосопротивлений нормированы ГОСТ «ГСИ. Термопреобразователи сопротивления. Общие технические требования», а методика их поверки установлена ГОСТ 8.. Зависимость сопротивления от температуры для медного термометра приведена в таблице 2.