Контрольные вопросы

1. Привести структурную схему электронного осциллографа,

2. пояснить назначение его блоков.

3. Пояснить назначение ручек управления прибором.

4. Показать методику подготовки прибора к измерениям и процедуру измерений.

5. Показать методику калибровки прибора.

6. Показать режим измерения с внешней разверткой.

Литература

1. Атамалян Э. Г. Приборы и методы измерения электрических величин, М.: Высшая школа,1989 г.

2. Винокуров В. И. и др. Электрорадиоизмерения, М.: Высшая школа, 1986г.

Министерство образования Российской Федерации

Марийский Государственный Университет

Лабораторная работа №2

Измерение параметров электрических сигналов

с помощью осциллографа

курс: метрология и информационно-измерительная техника

кафедра: электроснабжения

г. Йошкар-Ола

1999 г.

Цель работы: освоение практических навыков проведения измерительного эксперимента с помощью электронного осциллографа.

Оборудование: электронный осциллограф, генератор сигналов типа Г4-102, измерительный стенд.

Общие сведения о методах измерений с помощью электронного осциллографа.

Измерения амплитуды напряжения и временных параметров - основные процессы, выполняемые с помощью электронных осциллографов. Для отсчета значений этих величин применяют метод калиброванных шкал, компенсационный метод, метод сравнений.

Метод калиброванных шкал применяют для измерения параметров сигнала по прямоугольной шкале - сетке, имеющей равноотстоящие вертикальные и горизонтальные линии. Как правило, предусматривается подсветка шкалы, улучшающая условия измерения. Рабочая площадь экрана ЭЛТ и размеры шкалы согласованы, масштабные коэффициенты усилителей отклонения по горизонтали и вертикали приводятся к одному делению шкалы. Процесс измерения заключается в подсчете числа делений шкалы, укладывающихся в интересующий интервал. Перевод значения напряжения и времени в соответствующие единицы выполняется умножением измеренной величины на масштабный коэффициент.

Для достижения минимальных погрешностей следует стремиться к тому, чтобы изображение исследуемого сигнала занимало 70 - 90 % рабочей площади экрана. В этом случае погрешность измерения может быть уменьшена в 1,5 - 2 раза по сравнению с паспортными данными. Для успешного применения этого метода перед процедурой измерения необходимо провести калибровку осциллографа, проверку его масштабных коэффициентов, и, при необходимости, откорректировать их с помощью подстроечных резисторов.

С игналы от калибраторов осциллографа подают на вход канала Y. Размеры изображения сравнивают с установленным масштабом. Если наблюдается расхождение между известными параметрами калибратора и измерениями по шкале, проводят корректировку коэффициентов усиления усилителей вертикального и горизонтального каналов. Корректирующие элементы - подстроечные резисторы - имеют выведенные на переднюю или боковую плоскости корпуса прибора оси со шлицем.

Метод калиброванных шкал является основным методом измерений для большинства осциллографов, погрешность измерений в паспорте осциллографа указывается применительно к этому методу.

Компенсационный метод позволяет увеличить точность измерений и применяется в осциллографах, содержащих усилитель Y с дифференциальным входом и генератор двойной развертки. Сущность метода состоит в компенсации измеряемой величины образцовой. При этом изображение на экране используется как нуль-индикатор. Выигрыш в точности здесь достигается исключением большинства погрешностей, связанных с нелинейностью развертки, искажениями ЭЛТ, параллаксом, дискретностью шкалы и т.д.

При измерении амплитуды на второй ( инверсный ) вход осциллографа подают опорное напряжение от плавно регулируемого источника постоянного напряжения. Это может быть калибратор осциллографа или внешний источник с известными параметрами. Изменением опорного напряжения производят совмещение минимального уровня сигнала с какой-либо горизонтальной риской шкалы. Значение опорного напряжения фиксируют. Затем, изменяя опорное напряжение, совмещают с этой же риской максимальный уровень сигнала. Разность в показаниях опорного напряжения равна измеряемой величине.

Компенсационный метод измерения длительности реализуют в осциллографах с двойной разверткой. При этом используют калиброванную задержку второй развертки. Осциллограф переводят в режим работы с задержанной разверткой и регулировкой задержки передний фронт сигнала совмещают с вертикальной риской шкалы. Затем проводят совмещение заднего фронта сигнала с этой же риской. Разность значений задержки в том и другом случае равна искомой длительности сигнала.

Метод сравнения измеряемой величины с образцовой реализован в осциллографах типа С1-40,C1-117. Для этого с помощью электронных коммутаторов на экране вместе с сигналом формируют две светящиеся точки (линии), положение которых в пределах экрана может независимо регулироваться. Расстояние между точками по вертикали является образцовым для измерения напряжения, по горизонтали - для измерения длительности. Значения образцовых величин считывают с органов регулировки положения точек. Процедура измерения заключается в совмещении точек с интересующим размером изображения. Таким образом, сравнение измеряемой и образцовой величины проводят непосредственно на экране без использования шкалы. Погрешность измерения при этом может составлять около 2 %.

Различают два основных способа измерения интервалов времени dt: осциллографический и цифровой. Последний требует наличия специальных измерительных приборов.

Измерение интервала времени с помощью осциллографа производится по осциллограмме исследуемого напряжения с использованием линейной развертки. Поскольку горизонтальная развертка имеет определенную нелинейность и сложно строго фиксировать точки начала и конца измерения, погрешность такого способа составляет до десяти процентов. Значение погрешности можно несколько снизить, если на исследуемый сигнал "наложить" яркостные метки от внешнего генератора с точным периодом следования.

Другой подход к повышению точности измерения - использование цифровой приставки, позволяющей подсчитывать число импульсов эталонного генератора за интервал времени между двумя яркостными отметками, концом и его началом.

Для измерения частоты следования сигнала измеряется период следования этого сигнала за счет калиброванной развертки осциллографа: считают число клеток по горизонтали, целые и дробные, и умножают результат на цену деления развертки. Не следует забывать, что значение на переключателе "длительность" необходимо умножить на масштабный множитель (1 или 0.2), T=n(ms/кл.). Частота следования сигнала f=1/T.

Этот метод измерения универсальный, он позволяет оценить значение частоты измеряемого сигнала с погрешностью (5 - 10%). Для получения более точных результатов используют метод сравнения, в качестве меры применяют эталонные генераторы.