Поверка осциллографа

41.7.1 Условия поверки и подготовка к ней

41.7.1.1 При проведении поверки необходимо соблюдать следующие условия:

- поверку проводят в нормальных условиях по ГОСТ 22261—94;

- допускается проводить поверку в рабочих условиях, если при этом не ухудшается соотношение погрешностей поверяемого и образцового приборов.

41.7.1.2 Перед проведением поверки должны быть выполнены следующие подготовительные работы:

- подготовлены вспомогательные устройства (кабели, нагрузки,
аттенюаторы, разветвители и т. п.) из комплектов поверяемого
прибора и образцовых средств поверки;

- поверяемый осциллограф и средства поверки должны быть
заземлены и выдержаны во включенном состоянии в течение
времени по п. 41.7.2.3.9.

41.7.2. Проведение поверки

41.7.2.1 Внешний осмотр

При внешнем осмотре должно быть установлено соответствие поверяемого прибора следующим требованиям:

- поверяемые осциллографы должны быть укомплектованы в соответствии с п. 7.2.3.9;

- поверяемые осциллографы не должны иметь механических повреждений кожуха, крышек, лицевой панели, регулировочных и соединительных элементов, отсчетных шкал и устройств, нарушающих работу осциллографа или затрудняющих поверку;

- должна быть обеспечена четкая фиксация всех переключателей во всех позициях при совпадении указателя позиции с соответствующими надписями на панели прибора.

41.7.2.2 Опробование

41.7.2.2.1 Допускается проводить опробование сразу после включения осциллографа.

41.7.2.2.2 Опробование проводят при помощи генератора импульсов.

Генератор импульсов должен выдавать на выходах напряжение, обеспечивающее проверку работоспособности осциллографа при всех значениях коэффициентов отклонения и развертки в различных режимах работы каналов вертикального и горизонтального отклонения. Допускается использование нескольких типов генераторов импульсов, перекрывающих необходимые диапазоны.

41.7.2.2.3 Проверка работы осциллографа в автоколебательном режиме.

Осциллограф переводят в автоколебательный режим и проверяют: наличие линии развертки электронного луча на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ); регулировку яркости и фокусировку луча; смещение луча в горизонтальном и вертикальном направлениях. Проводят калибровку коэффициентов отклонения и развертки по п. 7.2.3.9.

41.7.2.2.4 Проверка работы органов регулировки коэффициента развертки

Рисунок 41.4 - Проверка работы органов регулировки коэффициента развертки

Поверяемый осциллограф переводят в режим внешнего запуска, генератор импульсов — в режим внутреннего запуска; устанавливают среднее значение коэффициента отклонения, амплитуду основного импульса генератора, соответствующую четырем делениям шкалы ЭЛТ по вертикали, минимальное фиксированное значение коэффициента развертки, длительность основного импульса генератора, соответствующую пяти делениям шкалы ЭЛТ по горизонтали, максимально возможную частоту повторения основных импульсов генератора. Органами регулировки амплитуды синхронизирующих импульсов генератора, задержки основных импульсов генератора и, при необходимости, органами регулировки синхронизации поверяемого осциллографа добиваются устойчивого изображения импульсов на экране ЭЛТ, Увеличивая фиксированное значение коэффициента развертки, наблюдают уменьшение ширины импульсов на экране ЭЛТ. При достижении ширины изображения импульса одного деления длительность импульса увеличивают так, чтобы ширина изображения на экране ЭЛТ снова была равна пяти делениям по горизонтали.. Частоту повторения импульсов соответственно уменьшают до минимального значения частоты повторения импульсов синхронизации поверяемого осциллографа. При одном, по выбору поверителя, фиксированном значении коэффициента развертки проверяют работоспособность плавной регулировки коэффициента развертки.

41.7.2.2.5 Проверка работы осциллографа в режиме внутреннего запуска

Средства измерений соединяют, как в пункте 41.7.2.2.4.

Поверяемый осциллограф переводят в режим внутреннего запуска. Устанавливают среднее значение коэффициента отклонения, амплитуду основных импульсов генератора, как в п. 7.2.2.4. Регулировкой уровня синхронизации поверяемого осциллографа добиваются устойчивого изображения импульса на экране ЭЛТ. Уменьшение амплитуды основных импульсов генератора до минимального значения, установленного для поверяемого осциллографа, не должно приводить к срыву синхронизации. При необходимости допускается проводить дополнительную регулировку уровня синхронизации.

41.7.2.2.6 Проверка работы органов регулировки коэффициента отклонения.

Средства измерений соединяют и устанавливают режим их работы, как в пункте 41.7.2.2.4.

Устанавливают среднее значение коэффициента развертки, амплитуду основных импульсов генератора, соответствующую пяти делениям шкалы ЭЛТ по вертикали, минимальное фиксированное значение коэффициента отклонения поверяемого осциллографа, длительность основного импульса генератора, соответствующую пяти-шести делениям шкалы ЭЛТ по горизонтали. Органами регулировки синхронизации и задержки поверяемого генератора добиваются устойчивого изображения импульса на экране ЭЛТ. Увеличивая фиксированное значение коэффициента отклонения, наблюдают уменьшение высоты изображения импульса на экране ЭЛТ. При достижении высоты импульса одного деления по вертикали амплитуду основных импульсов генератора увеличивают так, чтобы высота изображения импульса на экране ЭЛТ снова была равна пяти делениям по вертикали. При одном, по выбору поверителя, фиксированном значении коэффициента отклонения проверяют работоспособность плавной регулировки коэффициента отклонения.

41.7.2.2.7 Опробование осциллографов, измеряющих напряжение и временные интервалы методом сравнения, проводят по пункту 41.7.2.3.9.

41.7.2.3 Определение метрологических параметров

41.7.2.3.1 Определение ширины линии луча

41.7.2.3.1.1 Ширину линии луча в вертикальном направлении определяют методом косвенного измерения при помощи генератора импульсов (рисунок 41.7.2).

Поверяемый осциллограф переводят в автоколебательный режим развертки, генератор импульсов — в режим внутреннего запуска. Устанавливают коэффициент развертки в пределах 2— 10 мкс/дел, период следования импульсов генератора 40— 200 мкс, длительность импульсов 10—50 мкс, амплитуду импульсов 2—5 В, коэффициент отклонения 5 В/дел.

На экране ЭЛТ наблюдают две горизонтальные линии. Органами смещения по вертикали перемещают изображение к верхней границе рабочего участка экрана ЭЛТ. Устанавливают требуемую яркость и фокусируют луч по пункту 41.7.2.3.9. При отсутствии норм яркости и методов ее измерения устанавливают яркость, удобную для измерения.

Рисунок 41.5 - Измерения при помощи генератора импульсов

Изменяют амплитуду импульсов до значения U₁, при котором светящиеся линии соприкасаются. Ширину линии луча по вертикали d_a в делениях вычисляют по формуле (41.4):

, (41.4)

где U₁ — амплитуда импульсов, В;

а_в — коэффициент отклонения по вертикали, В/дел.

41.7.2.3.1.2 Ширину линии луча в горизонтальном направлении определяют методом косвенного измерения при помощи генератора импульсов и источника пилообразного напряжения (рисунок 41.6).

При отсутствии у поверяемого осциллографа выхода пилообразного напряжения развертки допускается использование вспомогательного осциллографа, имеющего такой выход, или внешнего источника пилообразного напряжения калиброванной длительности.

Рисунок 41.6 - Измерения при помощи генератора импульсов и источника пилообразного напряжения

Устанавливают режим работы и значение параметров по пункту 41.7.2.3.1.1. На экране ЭЛТ наблюдают две вертикальные линии. Изменяя значение коэффициента отклонения, устанавливают высоту изображения линий, возможно близкую к длине рабочего участка шкалы ЭЛТ по горизонтали. Коэффициент отклонения по горизонтали а_Г вычисляют по формуле (41.5):

, (41.5)

где U₂ — амплитуда импульсов на выходе генератора, В;

L—длина изображения по горизонтали, деления.

Изменяют амплитуду импульсов до значения U₃, при котором две светящиеся вертикальные линии соприкасаются. Ширину линии луча d_r по горизонтали вычисляют по формуле (41.6):

, (41.6)

Ширину линии луча в вертикальном и горизонтальном направлениях определяют в середине и на границах рабочего-участка ЭЛТ. Ширина линии луча не должна превышать значений по п. 7.2.3.9

41.7.2.3.2 Погрешность коэффициента отклонения определяют методом косвенного измерения действительного значения коэффициента отклонения при помощи генератора импульсов или установки для поверки вольтметров (рисунок 41.7) и вычисляют по пункту 41.7.2.3.6 или методом прямого измерения при помощи, импульсного калибратора осциллографов (рисунок 41.8)

Рисунок 41.7- Измерения действительного значения коэффициента отклонения при помощи генератора импульсов или установки для поверки вольтметров

Поверяемый осциллограф переводят в режим внутреннего запуска, генератор импульсов — в режим основных импульсов генератора, максимальное фиксированное значение коэффициента отклонения осциллографа, амплитуду импульсов генератора или амплитуду сигнала на внешнего запуска. Устанавливают частоту повторения импульсов генератора или частоту сигнала установки для поверки вольтметров равную 1000 Гц, максимальную длительность выходе установки для поверки вольтметров, соответствующую минимальному четному числу h_min делений шкалы ЭЛТ по вертикали, установленному по пункту 41.7.2.3.9.

Рисунок 41.8 - Измерения при помощи, импульсного калибратора осциллографов

Соответствующими органами регулировки осциллографа добиваются устойчивого изображения сигнала на экране ЭЛТ. Регулировкой уровня синхронизации срывают синхронизацию развертки осциллографа. На экране ЭЛТ наблюдают две линии: нижнюю, соответствующую исходному уровню в паузе, верхнюю — амплитуде основного импульса генератора (при импульсе положительной полярности).

При использовании установки для поверки вольтметров на экране ЭЛТ наблюдают светящуюся полосу, высота которой соответствует удвоенной амплитуде синусоидального сигнала. Органами регулировки смещения луча осциллографа линии (светящуюся полосу) располагают так, чтобы нижняя линия изображения совпала с отметкой h_min/2 ниже центральной линии шкалы.

Совмещения линий с отметками шкалы проводят по одинаковым границам линий (верхней или нижней).

Регулируют амплитуду сигнала на выходе генератора импульсов или установки для поверки вольтметров так, чтобы высота изображения была равна h_min делений шкалы ЭЛТ по вертикали. Отсчитывают значение амплитуды основных импульсов генератора U₁или значение амплитуды синусоидального сигнала на выходе установки для поверки вольтметров U₁. Действительное значение коэффициента отклонения вычисляют по формулам(41.7 – 41.8):

, (41.7)

или

, (41.8)

где а_Д —действительное значение коэффициента отклонения,

h—высота изображения, единица длины или деление.

Коэффициент отклонения аналогично определяют для всех значений высоты, равных четному числу делений, а также для наибольшего значения высоты в пределах рабочего участка экрана по вертикали. Действительное значение других коэффициентов отклонения определяют при высоте изображения сигналов, равной четному числу делений и составляющей 60—100 % рабочего участка экрана.

Для достижения требуемой точности установки амплитуды импульсов, на входе осциллографа используют генератор, имеющий режим выдачи постоянного напряжения, равного амплитуде импульсов на его выходе (рисунок 41.7., пунктирная часть). После установки требуемой амплитуды генератор переводят в режим выдачи постоянного напряжения, измеряя его вольтметром U₁.

Действительное значение коэффициента отклонения при использовании импульсного калибратора осциллографов определяют для тех же значений высоты сигнала, как описано выше и в соответствии с пункту 41.7.2.3.9.

Погрешность коэффициента отклонения не должна превышать значений, установленных в пункте 41.7.2.3.9.

41.7.2.3.3 Погрешность измерения напряжения определяют методом прямого измерения медленно изменяющегося напряжения, выдаваемого генератором импульсов, установкой для поверки вольтметров (рисунок 41.7) и вычисляют по пункту 41.7.2.3.6 или импульсным калибратором осциллографов (рисунок 41.8). Поверяемый осциллограф и средства поверки переводят в режим внутреннего запуска.

Период повторения основных импульсов генератора устанавливают равным 1 мс, длительность 0,5 мс. При использовании установки для поверки вольтметров и калибратора осциллографа импульсного устанавливают режим выдачи переменного синусоидального напряжения частотой 1 кГц и типа «меандр» соответственно.

Напряжение измеряют в соответствии с пунктом 41.7.2.3.9. Измерения проводят для каждого канала при всех значениях коэффициента отклонения и не менее чем в пяти точках диапазона измеряемых осциллографом напряжений, включая две крайние точки. Высота изображения в начальной точке диапазона должна быть минимальной, для конечной точки должна составлять 100 %, а для промежуточных точек 40—80 % длины рабочего участка ЭЛТ по вертикали.

41.7.2.3.4 Погрешность коэффициента развертки определяют методом косвенного измерения действительного значения коэффициента развертки при помощи генератора сигналов, генератора импульсов и электронно-счетного частотомера и вычисляют по пункту 41.7.2.3.6 или методом прямых измерений при помощи калибратора осциллографов импульсного. Электронно-счетный частотомер используют при необходимости для повышения точности установки частоты (периода) сигналов генераторов. Коэффициенты развертки, не превышающие 5 мкс/дел, измеряют по схеме рисунок 41.9. Поверяемый осциллограф переводят в режим внутреннего запуска, устанавливают среднее значение коэффициента отклонения, амплитуду сигналов на выходе генератора, соответствующую не менее 40 % рабочего участка ЭЛТ по вертикали, минимальное значение коэффициента развертки, период сигнала, соответствующий одному делению шкалы ЭЛТ по горизонтали. Регулируя уровень синхронизации осциллографа, добиваются устойчивого изображения синусоидального сигнала на экране ЭЛТ. Изменяют частоту сигнала на выходе генератора и задержку развертки так, чтобы длина изображения, расположенного в начале рабочего участка ЭЛТ по горизонтали, четного числа периодов синусоидального сигнала l_min была равна наименьшей допустимой длине (l_min, деления), установленному по пункту 41.7.2.3.9.

Рисунок 41.9 - Схема измерения коэффициентов развертки не превышающих 5 мкс/дел

Совмещение изображения с отметками шкалы проводят в точках, имеющих максимальную крутизну и для одинаковых границ, линии луча. Отсчитывают по шкале генератора или измеряют при помощи электронно-счетного частотомера частоту синусоидального сигнала. Действительное значение коэффициента разведки β_Д вычисляют по формуле (41.9):

, (41.9)

Рисунок 41.10 - Схема измерения коэффициента развертки превышающих 5 мкс/дел

Поверяемый осциллограф переводят в режим внешнего запуска, генератор импульсов — в режим внутреннего запуска, устанавливают среднее значение коэффициента отклонения, амплитуду основных импульсов генератора, соответствующую не менее 80 % рабочего участка ЭЛТ по вертикали, период повторения импульсов, соответствующий одному делению шкалы ЭЛТ по горизонтали, длительность импульсов, соответствующую 0,2 деления шкалы по горизонтали. Регулируя уровень синхронизации осциллографа и генератора, добиваются устойчивого изображения импульсов на экране ЭЛТ. Изменяют частоту повторения и задержку основных импульсов генератора так, чтобы длина изображения, расположенного в начале рабочего участка ЭЛТ по горизонтали, четного числа периодов импульсов lmin была равна lmin делений шкалы ЭЛТ по горизонтали, установленному по пункту 41.7.2.3.9.

Электронно-счетным частотомером измеряют частоту повторения или период повторения основных импульсов Т генератора и вычисляют действительное значение коэффициента развертки β_Д по формуле (41.9) или (41.10):

β_Д=Т, (41.10)

Коэффициент развертки аналогично определяют для всех значений большего значения длины, равных четному числу делений, а также для наибольшего значения длины в пределах рабочего участка ЭЛТ по горизонтали. Измерения проводят для всех фиксированных значений коэффициента развертки поверяемого осциллографа.

Коэффициент развертки при использовании калибратора осциллографов импульсного измеряют по схеме рисунка 41.11 для тех же участков шкалы, как описано выше и в соответствии с пунктом 41.7.2.3.9.

Рисунок 41.11 – Схема измерения коэффициента развертки при использовании калибратора осциллографов

Погрешность коэффициента развертки не должна превышать значений, установленных в пункте 41.7.2.3.9.

41.7.2.3.5 Погрешность измерения временных интервалов определяют методом прямого измерения временных интервалов, задаваемых генератором сигналов или генератором импульсов, и вычисляют по пункту 41.7.2.3.6 или импульсным калибратором осциллографов.

Временные интервалы измеряют по схемам, изображенным на рисунках 41.9 — 41.11. Поверяемый осциллограф и средства поверки переводят в режим внутреннего запуска, устанавливают среднее значение коэффициента отклонения, амплитуду сигналов, соответствующую 40— 10 % рабочего участка ЭЛТ по горизонтали. Измерения проводят по пункту 41.7.2.3.9 для каждой развертки поверяемого осциллографа и не менее чем в пяти точках диапазона измеряемых временных интервалов, включая две крайние точки. Длина изображения в начальной точке диапазона должна быть минимальной, для конечной — должна составлять 100 %, а для промежуточных точек —1- 80 % рабочего участка ЭЛТ по горизонтали.

41.7.2.3.6 Относительную погрешность определяемых параметров, осциллографа δ_А в процентах вычисляют по формуле (41.11):

, (41.11)

где А_ном—номинальное значение параметра;

А_д—действительное значение параметра.

41.7.2.3.7 Параметры переходной характеристики определяют методом прямых измерений при помощи генератора испытательных импульсов (рисунок 41.10).

Требования к основным параметрам испытательных импульсов генератора приведены в обязательном приложении. Поверяемый осциллограф переводят в режим внешнего запуска, генератор — в режим внутреннего запуска, устанавливают минимальное значение коэффициента развертки. Регулируя синхронизацию и задержку осциллографа и генератора, добиваются устойчивого изображения сигнала на экране ЭЛТ.

Рисунок 41.12 - Определение параметров переходной характеристики

Относительные значения параметров δ_х в процентах вычисляют по формуле (41.129):

, (41.12)

где ΔА_Х — абсолютное значение параметра, единица напряжения или единица длины;

А — амплитуда изображения испытательного импульса, единица напряжения или единица длины.

Параметры переходной характеристики определяют для всех фиксированных значений коэффициента отклонения каждого канала вертикального отклонения при положительной или отрицательной полярностях испытательных импульсов и они не должны превышать значений, установленных в пункте 41.7.2.3.9.

41.7.2.3.8 Амплитудно-частотную характеристику снимают при помощи генератора сигналов и вольтметра переменного тока (рисунок 41.7.10). Поверяемый осциллограф переводят в режим внутреннего запуска. Устанавливают коэффициент отклонения, при котором высота изображения сигнала составляет 40—80 % рабочего участка экрана ЭЛТ по вертикали, частоту сигнала генератора, равную опорной частоте, значение которой установлено в пункте 41.7.2.3.9. Регулируя коэффициент развертки и синхронизацию, добиваются устойчивого изображения 8—10 периодов синусоидального сигнала на экране ЭЛТ. Фиксируют показания вольтметра. Изменяя частоту сигнала генератора и поддерживая регулировкой амплитуды показания вольтметра постоянными, измеряют амплитуду изображения синусоидального сигнала на экране ЭЛТ. Количество точек и дискретность изменения частоты должны соответствовать пункту 41.7.2.3.9.

Рисунок 41.13 – Снятие амплитудно-частотной характеристики

Параметры амплитудно-частотной характеристики (полосу пропускания и неравномерность в нормальном и расширенном диапазонах) определяют в соответствии с рисунком 41.14.

Относительно значения неравномерности δ_ном и δ_р в процентах вычисляют по формулам (41.13, 41.14):

, (41.13)

, (41.14)

где l_н, 1_р — абсолютные значения неравномерности, единица напряжения или единица длины;

1_о— амплитуда изображения на опорной частоте, единица напряжения или единица длины.

Рисунок 41.14 - Определение параметров амплитудно-частотной характеристики

Параметры амплитудно-частотной характеристики определяют для всех фиксированных значений коэффициента отклонения каждого канала осциллографа. Они не должны превышать значений, установленных в пункте 7.2.3.9.

41.7.2.3.9 Операции поверки, содержащие ссылки на настоящий пункт, проводят в соответствии с требованиями нормативной документации (НД) на приборы конкретных типов.

41.7.3 Оформление результатов поверки

41.7.3.1 Результаты первичной поверки при выпуске из производства и ремонта осциллографов оформляют отметкой в паспорте.

41.7.З.2 На осциллографы, признанные годными при поверке в органах Госстандарта России, выдают свидетельство установленной формы.

41.7.3.3 Результаты периодической ведомственной поверки оформляют документом, составленным ведомственной метрологической службой.

41.7.З.4 Осциллографы, не удовлетворяющие требованиям настоящего стандарта, к выпуску и применению не допускают.

41.8 Пример отчета по лабораторной работе

Цель работы: Измерить напряжение диода в электромагнитном колебательном контуре при помощи осциллографа, класс точности которого равен 3. Найти СКО и доверительную границу НСП.

Сделав необходимое число измерений, результат оформить в виде

таблицы 41.2.

Таблица 41.2 – Результаты измерений

Находим среднее значение измеряемой величины по формуле:

В, (41.15)

Вычисляем среднее квадратическое отклонение:

(41.16)

Находим доверительную границу НСП результата измерений Θ(P) согласно РМГ 29 – 99:

, (41.17)

,

Δ_пред=2,132 дел ∙ 0,05 = 0,1066 В

Δ_доп= В

Θ(Р) = ±(0,1066+0,00533) = ± 0,1119 В

Вычисляем доверительную границу погрешности результата измерений:

Θ(Р)/S(х) = 0,1119 / 0,0406 = 2,756 (41.18)

, (41.19)

где К_Σ = ; здесь К_Р = 1,3 при n =3; (41.20)

, (41.21)

где Z_р/2 = 1,414 при P = 0,95 и n = 3

ΔР = 0,897· [0,1119 + 0,0574] = 0,152 B;

Результат измерений теперь можно записать следующим образом:

А = (28,14 ± 0,152) В