Аналоговые измерительные устройства Методические указания к практическим занятиям (стр. 4 )

угольной формы ГОСТ рекомендует пользоваться формулой:

,         (2.5)

где – предел допускаемой относительной погрешности измерения ам­плитуды импульсов прямоугольной формы; – предел допускаемой не­равномерности передаточной характеристики;  – предел допускаемой относительной визуальной погрешности измерения напряжения, определяемый по формуле

,                                (2.6)

Где b – ширина линии луча, мм; h – длина отрезка, соответствующего ам­плитуде импульса, мм.

Значения , и b для осциллографов нормируются согласно ГОСТ.

Электронно-лучевые осциллографы в соответствии с ГОСТ делятся на 4 класса точности. Наибольшая основная относительная погрешность измерения напряжений и временных интервалов для этих классов состав­ляет (при определенных условиях, оговоренных в этом ГОСТ) соответственно ±3, ±5, ±10 и ±12%[7].

Для измерения временных интервалов между различными мгновенными значениями исследуемых напряжений необходимо знать масштаб изображения по оси Х. В осциллографах с «калиброванной разверткой» этот масштаб Кр вызываемый коэффициентом развертки, может прини­мать ряд фиксированных, заранее известных значений, указанных на лице­вой панели ЭЛО. В этом случае, измерив горизонтальную проекцию Дx между двумя точками изображения, можно вычислить соответствующий временной интервал:

.                                 (2.7)

Точность измерения в данном случае зависит от точности, с которой известно значение Кр, и от погрешности измерения отрезка Дx. При выбо­ре значения Дx следует руководствоваться соображением, изложенным выше применительно к выбору вертикальных отрезков.

Измерение частоты исследуемого напряжения обычно сводят к из­мерению временного интервала – периода. Подобное измерение возможно при произвольной форме исследуемого напряжения.

При измерении частоты синусоидального напряжения часто исполь­зуют метод фигур Лиссажу. При этом на вход Y подают напряжение неиз­вестной частоты f, а на вход Х (предварительно отключив БР) – напряже­ние плавно регулируемой известной частоты f0. Регулировкой частоты f0 добиваются неподвижного изображения на экране фигуры Лиссажу. Ча­стоту f находят из соотношения

,  (2.8)

где – наибольшее число точек пересечения фигуры Лиссажу горизонтальной секущей, а – вертикальной.

Если напряжение неизвестной частоты f подать на вход Х, а f0 – на вход Y, то фигура повернется на 90 градусов. Для расчета частоты f в этом случае следует в (2.8) поменять местами Nг и Nв.

Одним из распространенных методов измерения фазовых сдвигов между двумя синусоидальными напряжениями с помощью электронно-лу­чевого осциллографа является так называемый метод эллипса. Измерение производится при отключенном блоке развертки.

Установив предварительно светящееся пятно в центре экрана, пода­ют на входы Х и Y два напряжения, фазовый сдвиг между которыми изме­ряется. Можно показать, что на экране осциллографа появится эллипс и искомый угол ш можно найти из соотношения

,                                                (2.9)

где lab, lcd, lkl, lmn – длины отрезков, показанных на рис. 2.5.

С помощью электронно-лучевого осциллографа можно измерять со­ставляющие комплексного сопротивления Z по схеме на рис. 2.6. Перед началом измерений необходимо отключить блок развертки и установить светящееся пятно в центре экрана.

Переключатель П устанавливают в положение 1. При этом на оба входа осциллографа подается одно и то же падение напряжения на извест­ном сопротивлении R0 и на экране появляется наклонный отрезок прямой (рис. 2.7, а). Измеряют вертикальную проекцию l00 полученного отрезка.

Затем переключатель П устанавливают в положение 2. При этом напряже­ние на входе Х не изменяется, а на вход Y подается напряжение на измеря­емом сопротивлении Z. На экране осциллографа появляется эллипс (рис. 2.7, б). Измерив отрезки lаб и lвг, можно найти активную R и реактивную Х составляющие комплексного сопротивления Z из уравнений

                (2.10)

                (2.11)

Светолучевой осциллограф представляет собой электромеханиче­ский регистрирующий прибор. Измеряемый ток, проходя через осцилло­графический гальванометр, вызывает колебание его подвижной части и соответственно светового луча, отраженного от зеркальца гальванометра. Луч света прочерчивает на экране, фотопленке или фотобумаге световую линию по оси ординат с удвоенной амплитудой  где C1 – постоянная осциллографического гальванометра.

Для развертки изображения фотопленку с равномерной скоростью перемещают в направлении, перпендикулярном направлению перемеще­ния светового луча, т. е. по оси абсцисс.

Светолучевые осциллографы снабжены осциллографическими галь­ванометрами различных типов, имеющими различные чувствительности и рабочие полосы частот. Рабочая полоса частот определяется как диапазон частот, в котором постоянная гальванометра по току отличается от его по­стоянной на нулевой частоте не более чем на ±5 или ± 10%. Нужно отме­тить, что некоторые осциллографические гальванометры должны вклю­чаться в цепь с определенным выходным сопротивлением. В противном случае их рабочие полосы частот не будут соответствовать данным табли­цы.

Расшифровка осциллограмм, полученных с помощью светолучевого осциллографа, Возможна в случае, когда известны масштабы по вертикали и горизонтали. Масштаб по вертикали определяется чувствительностью (или постоянной) осциллографического гальванометра. Нужно лишь учесть, что обычно даются чувствительности, приведенные к длине луча, равной 1 м, от зеркала гальванометра до экрана или до поверхности свето­чувствительной бумаги, в то время как действительная длина луча может

быть иной.

Масштаб по горизонтали (по оси времени) в некоторых светолуче­вых осциллографах задается с помощью отметчика времени, представляю­щего собой генератор механических колебаний определенной частоты. Эти колебания записываются на светочувствительную бумагу одновремен­но с исследуемым процессом.

ЗАДАЧИ

2.1. На входы Х и Y осциллографа поданы напряжения, показанные на рис. 2.8, а. Постройте изображение, получающееся на экране осцилло­графа.

2.2. На входы Х и Y осциллографа поданы напряжения, показанные на рис. 2.9. Постройте изображение, получающееся на экране осциллогра­фа.

2.3. Докажите, что для получения на экране осциллографа кривой исследуемого напряжения uy(t) в прямоугольной системе координат необ­ходимо, чтобы горизонтально отклоняющее напряжение изменялось в течение некоторого промежутка времени по линейному закону.

2.4. На вход Y осциллографа подано синусоидальное напряжение; на экране появилось изображение, показанное на рис. 2.10. Постройте напря­жение, поданное на вход Х.

2.5. На входы Х и Y осциллографа поданы напряжения, показанные на рис. 2.11. Постройте изображение, получающееся на экране осцилло­графа.

2.6. Мгновенное значение исследуемого напряжения измерено мето­дом непосредственного сравнения с двойной амплитудой регулируемого синусоидального напряжения. В момент равенства искомого мгновенного значения и двойной амплитуды синусоидального напряжения вольтметр электромагнитной системы, с помощью которого измерялось синусои­дальное

напряжение, показал 10 В. Чему равно мгновенное значение напряжения?

2.7. На экране осциллографа получено изображение одного периода исследуемого напряжения (рис. 2.12). Чему равны период и мгновенное значение и1 этого напряжения, если коэффициент от­клонения Ко и коэффициент развёртки Кр соответственно равны 1 В/см и 10 мс/см?

2.8. Амплитудному значению исследуемого напряжения соответствует на экране осциллографа отрезок длиной 45 мм. Для калибровки на вход Y осциллографа подано синусоидальное напряжение 10 В. Чему равна амплитуда ис­следуемого напряжения, если двойной амплитуде калибровочного напря­жения соответствует отрезок длиной 50 мм?

2.9. Измерить амплитуду и длительность импульсного напряжения, осциллограмма которого показана на рис. 2.13. Коэффициенты отклонения и развертки соответственно равны 1 В/см и 10 мкс/см.

2.10. Чему равен временной интервал между мгновенными значения­ми u1 и u2 исследуемого напряжения (рис. 2.14), если время рабочего хода луча равно 100 мкс?