Лекции

Генератор Г вырабатывает прямоугольные двухполярные импульсы с постоянной амплитудой А, периодом Т0 и длительностями t1 положительной и t2 – отрицательной полуволн. Среднее значение напряжения на выходе Г равно нулю. После ШИМ длительности импульсов меняются по закону:

t KØ i,

T0

где t t1 t2 ; KØ – коэффициент ШИМ. Среднее значение напряжения на выходе ШИМ

В АИМ амплитуда А импульсов модулируется пропорционально входному напряжению: A Ka U , тогда UA KØ KA i U , т.е. среднее за период T0 значение напряжения на выходе АМ пропорционально мгновенному значению измеряемой мощности. Напряжение на выходе устройства усреднения

где Т – период изменения тока i и напряжения u.

292Информационно-измерительная техника

УУ– устройство усреднения – электромеханический измерительный механизм.

Электронные счетчики активной энергии построены на осно-

ве преобразователя мощности с последующим интегрированием его выходной величины:

t2

Одна из возможных структурных схем такого счетчика показана на рисунке 6.28, где ПМН – преобразователь мощности в напряжение; ПНЧ – преобразователь напряжения в частоту; СИ – счетчик импульсов.

u

i

Рис. 6.28

Как было показано ранее, Uвых пропорционально активной мощности Р. С помощью ПНЧ Uвых преобразуется в частоту f, которая пропорциональна мощности Р. Счетчик импульсов СИ подсчитывает эти импульсы за определенный отрезок времени, тем самым показания СИ оказываются пропорциональны активной энергии W.

6.6.4. Электронно-лучевые осциллографы

Электронно-лучевые осциллографы служат для визуального наблюдения, измерения и регистрации электрических сигналов, изменяющихся во времени по любому закону.

Электронные осциллографы обладают большим входным сопротивлением, высокой чувствительностью, широким частотным диапазоном (частота до 103 МГц и длительность до 10-10 с).

Выпускаемые осциллографы отличаются огромным разнообразием, ниже будет рассмотрен принцип действия наиболее распространенного универсального электронно-лучевого осциллографа.

Общим для всех осциллографов является преобразование исследуемых сигналов в видимое изображение, получаемое на экране.

Электронно-лучевая трубка является необходимым элементом электронных осциллографов. Представляет собой, как показано на рисунке 6.29, стеклянный баллон, из которого откачен воздух и в котором расположены: подогреваемый катод К, модулятор (сетка) М, фокусирующий анод A1, ускоряющий анод A2, две пары взаимно перпендикулярных отклоняющих пластин ОПх и ОПу.

Э

Рис. 6.29

Внутренняя поверхность экрана Э покрыта люминофором, светящимся под действием потока электронов. Совокупность электродов К, М, A1 и A2 называется электронной пушкой (ЭП), предназначением которой является получение узкого пучка электронов – электронного луча. Интенсивность луча регулируется изменением напряжения на модуляторе, что изменяет яркость свечения. Первый анод А1 фокусирует поток электронов в узкий пучок, второй анод А2, на который подается высокое напряжение, ускоряет электроны до скорости, необходимой для свечения люминофора. Отклоняющие пластины ОПх и ОПу отклоняют луч соответственно по осям координат Х и У. Для исследования быстротекущих процессов применяют еще третий анод A3 для дополнительного ускорения электронов, подавая на него большое положительное напряжение.

бражение сигнала, необходимо его развернуть во времени, для чего перемещают луч по оси Х с равномерной скоростью. Это осуществляется подачей на пластины ОПх линейно изменяющегося (пилообразного) напряжения. При равенстве периодов Ux и Uy на экра-

не получается неподвижное изображение одного периода исследуемого сигнала.

Если период Ux в n раз больше периода Uy, на экране будет

изображение n периодов сигнала. Для устойчивости изображения частота пилообразного напряжения должна быть кратна частоте исследуемого сигнала. Этой цели служит блок синхронизации БС, который изменяет частоту ГР в соответствии с частотой исследуемого сигнала, для чего сигнал из канала вертикального отклонения (после ПУ) подается на блок синхронизации, который вырабатывает импульсы, управляющие генератором развертки. Такой режим называется непрерывным-внутренним. Он применяется для периодических сигналов. При непериодических сигналах или одиночных импульсах непрерывный режим ГР приводит к тому, что изображение на экране «плывет». Чтобы этого избежать, применяют ждущий режим работы ГР, когда он вырабатывает пилообразный импульс развертки только с приходом исследуемого импульса. Возможен запуск ГР и от внешнего источника (внешняя синхронизация), для чего есть специальный вход «Вход синхронизации» и переключатель В2. В ждущем режиме, чтобы не пропала начальная часть сигнала, применяется линия задержки Л3 в УВО.

В ряде осциллографов есть возможность управлять разверткой по оси Х внешним напряжением, для чего существует «Вход Х» и переключатель В3. Имеются также входы «Вход пластин Х» и «Вход пластин У», позволяющие подавать внешнее напряжение непосредственно на пластины ЭЛТ. Иногда имеется еще «Вход Z», который через конденсатор (или усилитель) соединен с модулятором М ЭЛТ. Если по этому входу подавать импульсы, то можно модулировать яркость свечения на экране или отмечать характерные точки. Для повышения точности измерений амплитудных и временных параметров сигналов существуют калибраторы амплитуды КА и калибраторы длительности КD, позволяющие устанавливать номинальное значение коэффициентов отклонения и коэффициентов развертки. Калибраторы зачастую представляют собой

297

Помимо ЦИП сейчас распространены аналого-дискретные измерительные приборы (АДИП), отличием которых от ЦИП является использование квазианалогового отсчетного устройства, т.е. устройства, в котором роль указателя выполняет светящаяся полоса или точка, меняющая дискретно свою длину или местоположение (для точки) относительно шкалы. Эти отсчетные устройства управляются кодом, т.е. эти приборы имеют аналоговое отсчетное устройство и код на выходе, что удобно.

Для всех перечисленных приборов (ЦИП, АЦП, АДИП) вводится понятие цифрового измерительного устройства (ЦИУ), под которым понимается любое из указанных средств измерений.

При образовании кода непрерывная измеряемая величина в ЦИУ подвергается квантованию во времени и по уровню.

Квантование во времени (дискретизация) величины Х(t) есть ни что иное, как преобразование её в прерывную функцию времени (представление мгновенными значениями х(t), отстоящими друг от друга на ( t), т.е. величину, значения которой отличны от нуля и совпадают с соответствующими значениями х(t) только в определенные моменты времени). Интервал времени между соседними моментами дискретизации называется шагом дискретизации (квантования) во времени.

Квантованием по уровню непрерывной величины х(t) называется представление её фиксированными значениями, разница между которыми x x1 x2 называется шагом квантования по уровню. Подходы к квантованию могут быть различны, т.е. отождествление может производиться с ближайшим большим, или меньшим, или просто с ближайшим уровнем квантования.

В результате квантования по уровню возникает погрешность квантования, т.к. бесконечное множество значений переменной х(t) отражается ограниченным числом кодовых комбинаций ЦИУ. Пример квантования во времени и по уровню непрерывной величины х(t) показан на рисунке 6.31, где х(t) – непрерывная величина, а Ai – дискретные ординаты этой величины (уже квантованной) в

дискретные моменты времени ti , отстоящие друг от друга на шаг квантования t.

нем происходит последовательное во времени сравнение измеряемой величины Х с известной квантованной величиной XK , изменяющейся во времени скачками по определенному правилу.

3. Метод считывания отличается тем, что при нем происходит одновременное сравнение измеряемой величины Х с известными величинами XK1 , XK2 ...XKi , значения которых равны уровням кван-

тования (т.е. отличие от первого в том, что сравнение происходит не последовательно с отдельными уровнями, а сразу со всеми).

Всоответствии с методами преобразования все ЦИУ делятся тоже на три группы: последовательного счета, последовательного приближения и считывания. Есть и комбинации.

Взависимости от измеряемой величины все ЦИУ разделяют на вольтметры, частотомеры, фазометры, омметры и т.д.

Все ЦИУ подразделяют на приборы, измеряющие мгновенное значение, и приборы, измеряющие среднее значение за определенный интервал времени (интегрирующие).

6.7.1. Цифровые индикаторы (знаковые индикаторы)

Цифровые индикаторы служат для получения показаний об измеряемой величине в цифровой форме. Рассмотрим некоторые из них.

Газоразрядные индикаторы – это приборы, в которых прохождение тока основано на тлеющем разряде в газе. Электропроводность обусловлена ударной ионизацией нейтральных атомов за счет столкновений с носителями заряда (электроны, ионы), которые разгоняются электрическим полем. При этом ионы газа скапливаются возле катода, создавая характерное свечение. Придав катоду определенную форму, можно получить различные знаковые изображения (цифры, буквы, символы).

Индикаторы на жидких кристаллах используют вещества, оптические свойства (прозрачность) которых зависят от напряженности электрического поля. Сам жидкий кристалл помещается в плоском миниатюрном прозрачном сосуде с системой электродов определенной формы. При отсутствии поля кристалл прозрачен благодаря упорядоченности структуры вещества. При подаче напряжения на электроды молекулы переориентируются, а прозрач-