Метрологічна схема електронного осцилографа

Метрологічна схема осцилографа наведена на рис. 1.7.

Рис. 1.7. Метрологічна схема осцилографа

МП – масштабний перетворювач;

ВП – вимірювальний перетворювач;

Міра – калібровочний імпульсний сигнал типу «меандр»;

l_x, l_y – відхилення променя по горизонталі та вертикалі.

В осцилографах вхідний сигнал U_вх(t) подається на канал вертикального відхилення Y. Цей канал містить масштабний перетворювач амплітуди сигналу МП_y. Його роль виконує атенюатор А (К_U 1) для великих сигналів, або підсилювача П (К_U 1) слабких сигналів (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Вихідна характеристика масштабного перетворювача.

Відхиляючі пластини Y реалізують функцію вимірювального перетворювача ВП_y, який перетворює напругу K_UU_ВХ у вертикальне відхилення електронного променя:

,

де – чутливість пластин вертикального відхилення, що показує на яку відстань переміщується промінь на екрані при зміні відхиляючої напруги на 1 В; зазвичай .

Таким чином, величина U_ВХ пропорційна відхиленню l_y:

, [ ]=[В],

де K_y – коефіцієнт вертикального відхилення променя при вимірюванні амплітуди.

В каналі горизонтального відхилення променя Х формується лінійно наростаюча напруга

, [ ]=[В],

Функцію вимірювального перетворювача ВП_х виконують пластини Х, які викликають горизонтальне відхилення (розгортку) променя l_х:

,

де - чутливість горизонтальних відхиляючих пластин Х;

К_х [час/поділ(см)] – коефіцієнт масштабування інтервалів часу (розгортки), який визначає час, за який промінь зміщується в горизонтальному напрямку на 1 поділку (см).

Одночасний вплив двох напруг U_x, U_y на електронний промінь викликає появу на екрані осцилограми вимірюваної напруги U_вх.

На канал Z подається сигнал керування яскравістю зображення. Вимірювальний перетворювач ВП_Z керує струмом променя І_п електронно променевої трубки (рис. 1.9).

,

де U_{м зап} – напруга запирання променя.

Рис. 1.9. Залежність струму променя від напруги на модуляторі

Промінь відпирається на час t₁ робочого ходу розгортки при подачі на модулятор імпульсної напруги .

Калібровка, тобто перевірка та установка коефіцієнтів відхилення К_y і розгортки K_x осцилографа здійснюється за допомогою нерегульованої міри напруги і часу (калібратора). Сигнал калібратора має строго прямокутну форму з частотою 1…2 кГц і шпаруватістю Q = T/τ =2 (меандр) (рис. 1. 10).

Рис. 1. 10. Сигнал калібратора

Засоби вимірювання

Засобом вимірювання називають технічний засіб, який використовується при вимірюваннях і який має нормовані метрологічні характеристики.

За призначенням засоби вимірювання в метрології поділяють на міри, вимірювальні прилади, вимірювальні перетворювачі, вимірювальні установки і системи.

Міра – засіб вимірювання, призначений для відтворення фізичної величини заданого розміру (значення). В якості міри, наприклад, використовуються: кварцевий автогенератор (частота його коливань) – міра частоти електричних коливань; вимірювальний резистор – міра електричного опору; вимірювальний конденсатор – міра електричної ємності тощо.

У розділі 1.8 описаний принцип створення одноканальних і багатоканальних (регульованих і нерегульованих) мір.

Вимірювальний прилад – засіб вимірювання, призначений для вироблення певного виду сигналу вимірювальної інформації у формі, доступній для безпосереднього сприйняття оператором.

Вимірювальний перетворювач – засіб вимірювання, призначений для вироблення сигналу вимірювальної інформації у формі, зручній для передачі, перетворення, обробки і збереження, але без безпосереднього сприйняття оператором. Вимірювальні перетворювачі можуть входити в склад вимірювальних приладів, а також використовуватись самостійно.

Масштабний перетворювач – вимірювальний перетворювач, призначений для зміни величини в задане число разів. Наприклад: вимірювальний трансформатор струму, подільник напруги, вимірювальний підсилювач.

Вимірювальними пристрояминазивають засоби вимірювання, що включають вимірювальні прилади і перетворювачі.

Вимірювальна установка – сукупність функціонально об’єднаних засобів вимірювання і допоміжних пристроїв, призначена для вироблення сигналів вимірювальної інформації у формі, зручній для безпосереднього сприйняття спостерігачем, і розташованих в одному місці.

Вимірювальна система – сукупність засобів вимірювання і допоміжних пристроїв, зв’язаних між собою каналами зв’язку, призначена для вироблення сигналів вимірювальної інформації у формі, зручні для автоматичної обробки, передачі і використання в різноманітних системах управління.

Вимірювальні приладизапринципом діїможна розділити на електромеханічні і електронні. До складу електронних приладів в якості відлікового вузла можуть входити електромеханічні пристрої. За структурною схемою електронні прилади поділяються на аналогові і цифрові.

Аналоговий вимірювальний прилад – засіб вимірювання, покази якого є неперервною функцією вимірюваної величини.

Цифровий вимірювальний прилад – засіб вимірювання, який автоматично виробляє дискретні сигнали вимірювальної інформації, а його покази представлені в цифровій формі.

Всі радіотехнічні вимірювальні прилади і відповідні їм міри електричних величин за характером вимірювань і видом вимірюваних величин розділені на підгрупи, які позначені прописними буквами українського алфавіту. Всі вимірювальні прилади поділені на 20 підгруп:

А – для вимірювання сили струму;

Б – джерела живлення;

В – вимірювання напруги;

Г – генератори вимірювальні;

С – для спостереження, вимірювання і дослідження форми сигналів і їх спектрів;

Ч – для вимірювання частоти та інш.

Вимірювальні прилади, що входять у підгрупу, поділяються на види у відповідності до їх основної функції. Видам присвоєно буквенно-цифрове позначення, що складається з букви підгрупи і номера виду. Наприклад, вид «Вольтметри змінного струму» позначається В3, вид «Вольтметри імпульсного струму» - В4 та інш.

Вимірювальні прилади характеризуються наступними основними показниками:

Діапазон вимірювань – область значень вимірюваної величини, для якої похибки вимірювального приладу нормовані.

Границі вимірювань – найбільше і найменше значення діапазону вимірювань.

Область робочих частот (діапазон частот) – смуга частот, в межах якої похибка приладу, що виникла при зміні частоти, не перевищує допустимої границі.

Ціна поділки шкали – різниця значень вимірюваної величини між двома сусідніми позначками шкали.

Чутливість за вимірюваним параметром – відношення зміни сигналу на виході вимірювального приладу ∆y до зміни вимірюваної величини ∆x:

абсолютна чутливість , відносна чутливість .

Роздільна здатність (абсолютна) – мінімальна різниця двох значень вимірюваних однорідних величин, яку можна розрізнити за допомогою приладу.

Вхідний опір (повний) Z_вх – опір вимірювального приладу зі сторони його вхідних зажимів. Щоб не впливати на вимірювальне коло, вимірювальні прилади повинні мати великий, наскільки це можливо, активний опір R_вх і малу вхідну ємність С_вх.

Власна потужність споживання Р_вх від вимірюваного кола.

Похибки вимірювального приладу (інструментальні похибки).