4.3. Измерение интервалов времени

Измерение интервалов времени с помощью осциллографа проводится методом калиброванного коэффициента развертки.

Коэффициент развертки – это горизонтальный масштаб изображения на экране, связывающий значение длительности некоторого интервала времени в пределах прямого хода луча и длину отрезка по горизонтали ЭЛТ, прочерчиваемого лучом за это время.

Размерность коэффициента развертки – мкс/дел, мс/дел, с/дел (дел – это ширина клетки шкалы экрана ЭЛТ).

Изменение скорости перемещения луча по горизонтали (скорости развертки) приводит к изменению коэффициента развертки: чем больше скорость, тем меньше (!) коэффициент развертки.

Все осциллографы имеют набор калиброванных коэффициентов развертки, числовые значения которых образуют ряд вида 1; 2; 5; 10; 20, 50, 100 и т.д. Эти значения указываются для всех положений переключателя скорости развертки. Обычно в осциллографе предусматривается и плавная регулировка скорости развертки, которая позволяет устанавливать любой некалиброванный коэффициент развертки в диапазоне между соседними калиброванными. Но для получения калиброванного коэффициента развертки ручка плавной регулировки скорости развертки должна быть в определенном положении (обычно в крайнем по часовой стрелке).

Суть метода калиброванного коэффициента развертки заключается в измерении горизонтального геометрического размера осциллограммы и умножении его на известный коэффициент развертки.

Порядок проведения измерения интервалов времени с помощью осциллографа:

1. Проверяется калиброванность коэффициентов развертки. Для этого на вход ТВО с выхода калибратора, встроенного в осциллограф, подается периодическое импульсное образцовое напряжение (меандр с известными размахом и частотой) и контролируется, получается ли при этом на экране ЭЛТ изображение периода требуемой длины по горизонтальной оси. Если отклонение от требуемой длины превышает допустимое значение (обычно 1…2%), то осциллограф нужно ремонтировать.

После проверки калиброванности коэффициентов развертки вход ТВО осциллографа отключается от выхода калибратора.

2. Устанавливаются калиброванный коэффициент отклонения и калиброванный коэффициент развертки , необходимые для измерения временного интервала напряжения (например, периода).

3. На вход ТВО подается измеряемое напряжение и на осциллограмме определяется в делениях шкалы экрана горизонтальный размер , соответствующий измеряемому временному параметру (например, длине периода).

4. Вычисляется точечная оценка измеряемого параметра напряжения по формуле

.

(4.4)

5. Определяется погрешность измерения.

Погрешность измерения интервала времени данным методом нужно определять как погрешность косвенных измерений, так как интервал времени находят путем вычислений после измерения .

Относительную погрешность измерения интервала времени для результата, вычисляемого по формуле (4.4), при малых значениях относительной погрешности коэффициента развертки и относительной погрешности размера , можно вычислить по формуле

,

(4.5)

то есть результирующая относительная погрешность измерения интервала времени данным методом складывается из относительной погрешности калиброванного коэффициента развертки (погрешности меры) и относительной погрешности определения горизонтального размера по шкале экрана (погрешности сравнения).

Относительная погрешность калиброванного коэффициента развертки указывается в технических характеристиках осциллографа. Следует иметь в виду, что должны выполняться указанные там же ограничения на параметры измеряемого напряжения. Например, измеряемая длительность фронта импульса должна быть, по крайней мере, в несколько раз больше времени нарастания переходной характеристики КВО, определяемого верхней граничной частотой этого КВО.

Типичные значения лежат в пределах (3…5) %.

Относительную погрешность определения размера необходимо определить самостоятельно, учитывая следующее.

Процесс определения горизонтального размера участка осциллограммы исследуемого напряжения включает в себя совмещение начальной точки измеряемого отрезка (например, левого его края) с некоторой линией (риской) горизонтальной шкалы экрана и определение положения конечной точки измеряемого отрезка (правого его края) на этой же шкале. При этом необходимо учитывать толщину линии луча, то есть определять размер по одноименному краю луча (например, по левому) и в начале, и в конце измеряемого отрезка.

При хорошей фокусировке луча и наличии горизонтальной беспараллаксной шкалы (на внутренней поверхности экрана ЭЛТ) с разделением каждой клетки на 5 отрезков по 0,2 дел, можно добиться, в лучшем случае, абсолютной погрешности сравнения не более 0,05 дел. Однако часто принимают = 0,1 дел.

После оценки значения относительная погрешность (в процентах) может быть оценена по формуле

.

(4.6)

Отсюда следует, что для увеличения точности измерения интервала времени нужно добиваться возможно большего значения . Например, при измерении периода величина может соответствовать длительности не одного периода, а нескольких; полученный результат измерения их суммарной длины нужно будет разделить на их количество, но эта операция деления на целое число может быть выполнена достаточно точно и на общей погрешности не скажется.