Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Метрология, стандартизация и сертификация в инфокоммуникациях. Учебное пособие. Курс лекций

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 167 8 9 10 11 12 13 14 15 16 > Следующая >>>

М1

М2

I1 N S

Рисунок 4.7-

Отсюда видно, что электродинамический ИМ пригоден для применения на постоянном и переменном токе. На основе электродинамического ИМ созданы приборы для измерения тока, напряжения и мощности.

Приборы электродинамической системы обладают высокой точностью (классы точности до 0,1) и чувствительностью. Выбором формы катушек удается добиться хорошей линейности шкалы таких приборов.

Логометрические измерительные механизмы (логометры – измери- тели отношения) отличаются от рассмотренных ИМ способом создания противодействующего момента - он создается не пружиной, а вторым ИМ.

В логометре любого типа можно найти два ИМ, подвижные части которых находятся на одной оси и жестко скреплены друг с другом. Рас-

смотрим в качестве примера магнитоэлектрический логометр (рисунок 4.7). Два ИМ этого логометра имеют общий постоянный магнит. Рамки первого и второго ИМ расположены под углом и находятся на одной оси. Особенностью магнитной системы логометра по сравнению с магнитной системой магнитоэлектрического ИМ, рассмотренного ранее, является эллиптичность сердеч-

ника, находящегося внутри рамок. В результате магнитная индукция в зазоре является функцией угла поворота. При отсутствии токов в рамках подвижная часть логометра находится в безразличном состоянии, так как в системе нет противодействующих пружин. При подаче токов в катушке возникнут два момента М1 и М2, и система придет в движение.

Состоянию равновесия соответствует равенство моментов обеих рамок:

М1 = М2.

М1(α) = B1(α) ∙ n1 ∙ S1 ∙ I1; М2(α) = B2(α) ∙ n2 ∙ S2 ∙ I2.

Из выражений (4.3), (4.5), ( 4.6) можно записать:

)α

(

⋅⋅

ВУ

АЦП

ЦОУ

x′

Код

УУ

Рисунок 4.8-Структурная схема цифрового

электроизмерительного прибора

Приравняв моменты, получим

φ(α). (4.17)

Разрешив это уравнение относительно α, найдем зависимость угла поворота подвижной системы от токов в рамках

α = φ (I1 / I2). (4.18)

Как видно, угол поворота подвижной части зависит от отношения то-

ков, а не от токов в отдельности. На этом уникальном свойстве основаны логометрические частотомеры, фазометры, мегаомметры. Одним из основных преимуществ логометрических приборов является независимость показаний от напряжения питания измерительной цепи.

ВОПРОС 4 Структурная схема цифровых электроизмерительных

приборов

Цифровой измерительный прибор (ЦИП) - измерительный прибор, ав-

томатически вырабатывающий дискретные сигналы измерительной информации, показания которого представлены в цифровой форме [1]. Из определения следует, что главное отличие этого типа приборов от приборов аналоговых заключается в цифровой форме представления результата.

Структурная схема цифрового электроизмерительного прибора пред-

ставлена на рисунок 4.8 [3]. В таком приборе измеряемая величина х подается на входное устройство (ВУ), предназначенное для выделения её из помех и масштабного преобразования. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) преобразует величину х′ в код N, который подается на цифровое отсчетное устройства (ЦОУ), где он отображается в виде ряда десятичных цифр. Цифровые коды могут также подаваться на внешние устройства, например, на компьютер для обработки или хранения.

∑

−

⋅=

,10kN

∑

−

⋅=

,2k

Управляет работой ЦИП устройство управления (УУ) посредством формирования последовательности сигналов в функциональные узлы прибора.

Проводя аналогию между двумя классами приборов, можно утверждать, что аналого-цифровой преобразователь является главным звеном любого цифрового прибора и классификация ЦИП по принципу действия АЦП является определяющей.

Основное назначение АЦП выработать код, наиболее полно характеризующий изменение непрерывной величины x(t) как в области собственных значений, так и во времени. Существенным отличием величины К от α является ее дискретность т.е. для образования кода измеряемая величина x(t) дискретизируется во времени и квантуется по уровню.

Преобразование х в код К (кодирование) производится по определенному правилу, например, с использованием системы счисления.

В привычной для нас десятичной системе счисления любое целое число N может быть представлено в виде:

(4.19)

где п - число разрядов; ki = 0,1,2,3,...9.

Например, число 502 = 5 ∙ I02 + 0 ∙ 101 + 2 ∙ 100 для упрощения записи используется лишь последовательность коэффициентов, в которой “вес” каждого коэффициента определяется его местонахождением в комбинации.

В двоичной системе счисления используется следующая формула:

(4.20)

где п - число разрядов; Кi = 0 или 1.

В этой системе счисления число 502 представляется кодом 111110110. Для двоично – десятичной системы справедлива запись числа 502 в

виде

101 000 010 5 0 2.

), вырабатываемых ГИ и ДЧ,

V =

Из сказанного следует, что для уяснения принципа действия того или

иного цифрового измерительного прибора необходимо выяснить особенности метода преобразования электрической аналоговой величины в цифровой код, который реализован в этом приборе.

ВОПРОС 5 Цифровые вольтметры время-импульсного

преобразования

Цифровые вольтметры время-импульсного преобразования (время-

импульсные вольтметры) представляют собой цифровые приборы, предназначенные для измерения постоянных напряжений методом времяимпульсного преобразования. Время-импульсные вольтметры делятся на вольтметры развертывающего временного преобразования (ЦВР) и инте- грирующие цифровые вольтметры (ИЦВ).

В цифровых вольтметрах развертывающего преобразования измеряе-

мое напряжение UX сравнивается с изменяющимся по линейному закону напряжением развертки uP(t), которое формируется генератором линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН). Интервал времени от начала процесса развертки до момента равенства напряжений UX и uP пропорционален напряжению UX . Структурная схема ЦВР и его временные диаграммы приведены на рисунок 4.9 где ГИ-генератор импульсов; ДЧ - делитель частоты; СИ - счетчик импульсов; К - ключ; УС - устройство сравнения. Задним фронтом импульсов запуска u3 (t триггер Т устанавливается в единичное состояние и одновременно запускается ГЛИН, который формирует напряжение развертки

uP(t) = VP ∙ t, (4.21)

где

- скорость изменения пилообразного напряжения;

UРМ - максимальное напряжение развертки; TР - время развертки.

В момент равенства напряжений UX и uP устройство сравнения УС

вырабатывает импульс, возвращающий триггер в нулевое состояние. На выходе Т формируется импульс длительностью

fTN

XX0

⋅

=⋅=

УС

ГЛИН

ДЧ

ГИ

СИ

ЦОУ

UР

UТ

t t t

ТX

uРm

uТ

а)

б)

Рисунок 4.9-Структурная схема цифрового вольтметра

временные диаграммы (б)

(4.22)

в течение которого открыт ключ К и импульсы uN образцовой частоты поступают на вход счетчика СИ. Количество этих импульсов

(4.23)

пропорционально измеряемому напряжению. Полученный в счетчике СИ результат передается в цифровое отсчетное устройство ЦОУ и индицируется им.

развертывающего преобразования (а) и его

Время-импульсные вольтметры получили широкое распространение благодаря простоте реализации алгоритма преобразования и относительно высокому быстродействию, достигающему десятков тысяч преобразований в секунду.

Кроме погрешности квантования временного интервала основными источниками погрешности являются нестабильность порога сравнения УС, нестабильность угла наклона и нелинейность сигнала развертки, а также смещенность начального уровня развертывающего напряжения.

Метод развертывающего временного преобразования применяется в простых и недорогих вольтметрах низкой и средней точности, погрешности которых составляют 0,05. ..0,2%.

Более полное изложение вопросов лекции представлено на указанных

страницах перечисленных ниже литературных источников:

Вопрос 1. [3] с.180 - 181; [5] с.161 - 165. Вопрос 2. [3] с.181 - 183; [5] с.166 -176, 181 – 184. Вопрос 3. [3] с.184 - 185; [5] с.188 - 199. Вопрос 4. [3] с. 197 - 198; 200 - 202. Вопрос 5. [3] с. 202 - 205; [4] с. 171 – 172; [5] с. 265 - 266.

ЛЕКЦИЯ№ 5

Тема лекции: Средства наблюдения и измерения параметров

сигналов измерительной информации

Вопросы лекции:

1. Классификация средств наблюдения и измерения параметров

сигналов измерительной информации.

2. Принципы построения осциллографов.

3. Принципы построения спектроанализаторов.

4. Принципы построения цифровых частотомеров – периодомеров.

5. Принципы построения цифровых измерителей фаз.

ВОПРОС 1. Классификация средств наблюдения и измерения

параметров сигналов измерительной информации

Класс приборов, позволяющих исследовать форму сигнала, очень обширен. К ним могут быть отнесены и электромеханические осциллографы (так называемые «шлейфовые») и разного рода самописцы и большая группа приборов с электронно-лучевой трубкой – электроннолучевые осциллографы (ЭЛО). Рассмотрению последних и посвящена настоящая лекция [3,4,5].

Электронно-лучевой осциллограф - один из наиболее универсальных измерительных приборов для визуального наблюдения электрических сигналов и измерения их параметров. Разработаны и используются различные типы электронно-лучевых осциллографов: универсальные, скоростные, стробоскопические, запоминающие и специальные. Возможность наблюдения формы исследуемого сигнала и одновременное измерение его параметров выдвигают электронно-лучевой осциллограф в разряд универсальных приборов.

На основе совершенствования первоначальной схемы универсального осциллографа (его обозначение С1 –..) создан целый ряд специализированных приборов:

- С7 –... скоростные стробоскопические;

- С8 –...запоминающие;

- С9 –... специальные, в том числе цифровые.

Иногда эти разновидности бывают объединены в одном приборе. Вы-

бор маркировки зависит от разработчика.

Самые распространенные универсальные осциллографы позволяют

исследовать разнообразные электрические сигналы с длительностью от единиц наносекунд до нескольких секунд в диапазоне от долей милливольт до сотен вольт. Полоса пропускания лучших универсальных осциллографов составляет 300...400 МГц. Изображение сигнала на экране индицируется практически одновременно с появлением сигнала на входе, поэтому такие приборы называют осциллографами реального времени. Часто универсальные осциллографы выполняют со сменными блоками, расширяющими их функциональные возможности.

Для исследования быстро протекающих процессов (нано- и пикосе-

кундной длительности) предназначены скоростные осциллографы, в кото- рых используется специальная электронно-лучевая трубка бегущей волны. Предварительного усиления входного сигнала в скоростных осциллографах обычно не производят, поэтому чувствительность их невелика. Эти приборы являются осциллографами реального времени и позволяют наблюдать и фотографировать одиночные и периодические сигналы.

Повторяющиеся кратковременные процессы исследуют с помощью

стробоскопических осциллографов. По принципу действия стробоскопические осциллографы относятся к приборам с преобразованием временного масштаба и отличаются высокой чувствительностью и широкой (до 25 ГГц) рабочей полосой.

Запоминающие осциллографы, имеющие специальные электроннолу-

чевые трубки, обладают свойством сохранять и воспроизводить изображение сигнала в течение длительного времени после исчезновения его на входе. Основное назначение запоминающих осциллографов – исследование однократных и редко повторяющихся процессов. Запоминающие осциллографы имеют почти те же характеристики, что и универсальные, однако отличаются расширенными функциональными возможностями.

Специальные осциллографы оснащены дополнительными блоками це-

левого назначения. К ним относятся и телевизионные осциллографы, позволяющие выделять видеосигнал заданной строки изображения, и цифровые, дающие возможность не только наблюдать сигнал, но и передать его в цифровом виде на компьютер для дальнейшей обработки. Специальные

Рисунок 5.1-Упрощенная структурная схема универсального

Вход X

Выход

Аттенюатор

Линия

задержки

Усили-

тель -Y

Канал Z управления яркостью

Канал Y вертикального отклонения

Схема

синхронизации

Генератор

Усили-

тель -X

Аттенюатор

Канал X горизонтального отклонения

Вход Y

Вход внешней синхрони зации

2 1 2

Вход Z

П1

П2

внутр.

Усилитель-Z

КМ

А1

А2

Калиб- ратор

А3

Аттенюатор

Схема изменения

полярности

осциллографы снабжаются блоками измерения напряжений, токов и сопротивлений (мультиметрами), а также устройствами для исследования вольт-амперных характеристик полупроводниковых приборов.

По числу одновременно наблюдаемых на экране сигналов различают одноканалъные и многоканальные осциллографы. Совмещение на экране изображений нескольких входных сигналов реализуют или использованием специальной многолучевой трубки, или путем периодического переключения осциллографа на разные входы с помощью электронного коммутатора.

ВОПРОС 2. Принципы построения осциллографов

Универсальным осциллографом называется измерительный прибор, в котором исследуемый электрический сигнал подается через канал вертикального отклонения на вертикально отклоняющую систему электронно- лучевой трубки (ЭЛТ), а горизонтальное отклонение электронного луча трубки осуществляется напряжением горизонтальной развертки.

Упрощенная структурная схема универсального осциллографа [3,4,5] изображена на рисунок 5.1. В осциллографе кроме ЭЛТ и каналов вертикального и горизонтального отклонений можно выделить следующие функциональные блоки: устройство синхронизации и запуска развертки, канал модуляции луча, вспомогательные устройства, источник питания.

развертки

осциллографа

K1УС

⋅

В стеклянном баллоне ЭЛТ расположены подогревный катод К,

модулятор (сетка) М, фокусирующий анод А1, ускоряющий анод А2 и две пары, взаимно перпендикулярных отклоняющих пластин: X – горизонтальные, Y – вертикальные.

Канал вертикального отклонения луча. На рисунке 5.1 показан канал

вертикального отклонения луча, состоящий из аттенюатора, линии задержки и усилителя. Канал Y служит для передачи на пластины Y исследуемого сигнала uc(t), подводимого ко входу Y. Аттенюатор канала позволяет ослабить сигнал uс(t) в определенное число раз, а линия задержки (она регулируемая) обеспечить его подачу на пластины Y с задержкой относительно начала горизонтально развертывающего напряжения Ux. Усилитель обеспечивает амплитуду сигнала на пластинах Y, достаточную для значительного отклонения луча на экране даже малым исследуемым сигналом uc(t).

В свою очередь, усилитель Y канала вертикального отклонения вклю-

чает следующие звенья (на рисунке 5.1 не показаны): входной усилитель с изменяемым коэффициентом усиления Кус, линию задержки и парафазный (с противофазными выходными сигналами) усилитель, обеспечивающий положение светового пятна в центре экрана при отсутствии исследуемых сигналов. В канал вертикального отклонения луча может также входить калибратор амплитуды (на рисунке 5.1 не показан). Сигнал от калибратора поступает на вход первого усилителя для установки заданного коэффициента усиления Кус. При этом цена деления (В/дел) масштабной сетки на экране осциллографа определится формулой

(5.1)

где UК – напряжение калибратора; К

– коэффициент усиления усилителя

ус1

при одном положении регулировки; пк – число делений сетки, занятое изображением калибровочного сигнала.

Цена деления масштабной сетки с учетом коэффициента деления k

аттенюатора сд = ckД. Если в процессе работы параметр с остается постоянным, то величина сд может быть указана на дискретном переключателе аттенюатора, что и делается на практике. Основные характеристики канала вертикального отклонения – верхняя граничная частота порядка 100

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 167 8 9 10 11 12 13 14 15 16 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]