Метрология / metrologia4_2

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»

Пашенцев В.Н.

“ Измерительные системы” Курс лекций

Москва

2011

Список рекомендуемой литературы для изучения курса:

1.Атамалян Э.Г. «Лабораторный практикум по курсу «Основы метрологии и измерений» Москва, 2004. Штрих-код в НБ МИФИ: CQQT204U

2.Атамалян Э.Г. «Приборы и методы измерения электрических величин».

3.Пашенцев В.Н., Атамалян Э.Г. «Аналоговые и цифровые запоминающие осциллографы» Москва, 2001. Штрих-код в НБ МИФИ: CGFZ101U.

4.Пашенцев В.Н., Атамалян Э.Г. «Применение двухканальных и стробоскопических осциллографов в технике измерений» Москва, 1998. Штрих-код в НБ МИФИ: BUVF198U 5.Пашенцев В.Н., Струков Ю.Н. «Измерительный комплекс на основе ПК и измерительных модулей» Москва,2009. Штрих-код в НБ МИФИ: DUTS001U

Курс лекций.

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требованной точности.

Стандартизация – деятельность направленная на достижение оптимальной степени упорядочения, для всеобщего и многократного использования.

Сертификация – форма подтверждения соответствия объектов, требованиям технического регламента, положением стандартов или условиям договора.

Измерения – получение числового значения измеряемой величины опытным путем, с помощью технических средств.

Средства измерения – технические средства, которые имеют нормированные метрологические характеристики, записанные в паспорте прибора.

Всостав средств измерений входят:

1)Меры (эталон)

2)Измерительные преобразования (датчики)

3)Измерительные приборы (цифровые + аналоговые)

4)Измерительные системы

Измерительные системы выполняются на основе ПК и цифровых модулей, плат и приборов, объединенных общим алгоритмом функций.

1)Измерение, сбор, хранение и обработка данных от преобразователей и цифровых приборов.

2)Компьютерное управление внешними приборами и технологическими установками с помощью цифровых и аналоговых сигналов, формируемых компьютером.

Измерительные приборы.

1.Источники питания и маломощные генераторы.

2.Приборы для измерения параметров сигнала (осциллографы, вольтметры и т.д.)

3.Приборы для измерения параметров элементов R-L-C.

4.Специальные приборы (аттенюатор, делитель, фильтры)

5.Измерительные системы на основе ПК.

Измерительные генераторы.

Сигналы бывают:

1.синусоидальные

2.прямоугольные

3.специальной формы (пилообразные, ВЧ, шума и т.д.)

4.функциональные

АТТ – аттенюатор – резистивный делитель, который состоит из П- и Т-образных звеньев.

Rвх=Rвых=600 Ом - согласованный делитель.

Выход АТТ используется для подключения высокоомной нагрузки, R>>600 Ом. Выходной трансформатор имеет несколько вторичных обмоток. Цифры 5, 50, 600 и

5000 Ом указывают значение согласованных нагрузок, при которых выполняется согласование генератора с фиксированным внешним сопротивлением. Указанные сопротивления при пересчете ко входу трансформатора с учетом коэффициента трансформации дают одно и то же значение – 600 Ом.

n = W1 - отношение количества витков.

W2

Согласование.

Выполнение согласования необходимо для того, чтобы можно было доверять вольтметру генератора с классом точности 2.5. Т.е. вольтметр будет показывать правильные значения с маленькой погрешностью.

В режиме АТТ необходимо включить внутреннее сопротивление 600 Ом для согласования. Если нет согласования (нагрузка не подобрана), то доверять вольтметру генератора нельзя, поэтому следует подключить внешний вольтметр или осциллограф.

Генератор прямоугольных импульсов.

Фронт 0.1 – 0.9 Срез 0.9 – 0.1

(“ Задний фронт”) ( спад) – спад плоской вершины.

Скважность – отношение периода к длительности импульса.

Прямоугольный импульс – импульс, у которого плоская часть вершины составляет не менее 0.7 от длительности импульса, измеренного на уровне 0.5 амплитуды.

Сигнал типа «меандр».

Um

-Um

Параметры сигнала:

Сигнал типа “ Меандр”

1)Мгновенное значение U(t)=U m sin ωt

1T

2)Среднее значение за Т: U0 = T ∫0 U (t)dt

1T

3)Средневыпрямленное значение: Uср.в. = T ∫| U (t) | dt

прямоугольного импульса.

Синхроимпульс опережает прямоугольный импульс на τ .

Синхроимпульс и прямоугольный импульс имеют одинаковую частоту повторения. Синхроимпульс применяется для внешнего запуска развертки осциллографа до

прихода импульса, чтобы полностью увидеть фронт прямоугольного импульса, а так же для одновременного запуска нескольких устройств (двух и более генераторов).

Функциональные генераторы. (ФГ)

ФГ вырабатывают сигналы различной формы:

1 – синусоида

2 – меандр

3 – прямоугольный импульс

4 – треугольный импульс

5 – пилообразной формы

6 – произвольной формы

Структурная схема аналогового генератора.

Схема цифрового генератора.

Эквивалентная схема генератора Rг

2) Высокоомная нагрузка Rн ˃˃ Rг

Сопротивление генератора не влияет на измерения. (можно Rг не рассчитывать.)

Uc

τ= (50+50)С=100С

t

U y (t) – развертка сигнала во времени.

Если Ux подано на вход Y, то получаем зависимость U y (Ux )

Канал вертикального отклонения:

Сигналы разных уровней с помощью АТТ уменьшаются до уровня 0 – 60 мВ, а потом усиливаются УВО.

Коэффициент деления АТТ равен 1:1 при минимальном коэффициенте отклонения.

Линия задержки (50-100 нс) необходима для того, чтобы успел сработать генератор развертки прежде, чем сигнал поступит на вертикальные отклоняющие пластины.

АТТ – частотно-компенсированный RC-делитель с неизменным входным сопротивлением 1 Мом и емкостью 35 пФ.

Чем меньше С, тем выше быстродействие. Всегда у осциллографа большое входное сопротивление и маленькая емкость.

Схема аттенюатора

На низких частотах резистивный делитель, на высоких – емкостной.

R1С1 = R2С2

С нужно, чтобы не влияла паразитная емкость на сопротивление делителя.

В

АТТ - дел

Переключатель Y-входа.

- открытый вход.

Сигнал непосредственно поступает в осциллограф.