12.4 Регистрирующие приборы и устройства
Для регистрации быстро протекающих процессов, а также для измерения частоты, динамических характеристик (например, петли гистерезиса), характеристик полупроводниковых приборов служит электронно-лучевой осциллограф.
Электронно-лучевая трубка – важнейшая часть электронного осциллографа – состоит из электронного прожектора, отклоняющей системы и экраны. Электронный прожектор создает узкий электронный луч. Посредством отклоняющего устройства измеряемая величина управляет движением луча, который играет роль практически безынерционной подвижной части осциллографа. Экран покрыт слоем люминофора, и на нем под действием электронного луча образуется светящееся пятно. При отклонениях луча это пятно движется по экрану и дает изображение кривой исследуемого процесса. Электронный прожектор («электронная пушка») состоит из подогревного катода, управляющего электрода, модулятора и двух катодов.
Для отклонения электронного луча в горизонтальном и вертикальном направлениях в трубке есть две пары отклоняющих пластин. Исследуемое периодическое напряжение подается на вертикально отклоняющие пластины, вследствие чего происходит отклонение луча в вертикальном направлении. Горизонтально отклоняющие пластины необходимы для разведки исследуемого напряжения во времени. Для этого в большинстве случаев на эти пластины подается периодическое пилообразное напряжение. Структурная схема осциллографа (рисунок 12.3) состоит из ряда блоков и ключей, с помощью которых можно получить различные режимы работы осциллографа.
Рисунок 12.3 – Структурная схема осциллографа
Электронный осциллограф может работать в следующих основных режимах: внутренней и внешней синхронизации, автоматическом режиме и режиме специальной развертки.
В режиме внутренней синхронизации изображение светового луча на экране начинает двигаться в горизонтальном направлении с искажением, которое убирается применением внешней синхронизацией. В автоматическом режиме на экране наблюдается неподвижное изображение, а в режиме специальной развертки на экране наблюдаются различные фигуры.
Входной блок электронного осциллографа – аттенюатор (калибровочный делитель напряжения) позволяет уменьшать напряжение входного сигнала и напряжение синхронизирующих импульсов в нужное число раз.
Чувствительностью осциллографа называется отношение вертикального отклонения светового пятна на экране в миллиметрах к значению входного напряжения в вольтах. Чувствительность трубки без усилителя низкая (0,5…1) мм/В, а его применение повышает чувствительность до (1…2) мм/В.
12.5 Измерение неэлектрических величин
Электрический прибор, предназначенный для измерения неэлектрической величины, имеет измерительный преобразователь неэлектрической величины в электрическую.
Преобразователи неэлектрических величин (температуры, давления, координаты пространственного расположения и т. п.) дают возможность применять для их определения приборы и методы измерения электрических величин. В качестве электрического измерительного устройства преобразованной величины применяют магнитоэлектрические, цифровые измерительные вольтметры и др. При этом шкалу отсчетного устройства электроизмерительного прибора градуируют в единицах измеряемой неэлектрической величины.
Различают параметрические и генераторные преобразователи. В первых – измеряемая неэлектрическая величина вызывает изменение одного из электрических параметров элемента электрической цепи, которым является преобразователь, во вторых – она преобразуется в ЭДС.
К параметрическим преобразователям относятся:
1. Реостатный, основанный на изменении сопротивления участка проводника, длину которого определяет положение подвижного контакта, зависящее от координаты x контролируемого объекта.
2. Термочувствительный, основанный на зависимости сопротивления полупроводниковых резисторов (терморезисторов) от температуры.
3. Тензометрический, основанный на зависимости сопротивления участка проводников (из некоторых металлов) и полупроводников от механических напряжений, возникающих, например, при их изгибах или скручивании.
4. Электромагнитный, объединяющий группу преобразователей, в которых параметры электромагнитного поля зависят от параметров контролируемого объекта.
Например, в емкостном преобразователе используется зависимость емкости конденсатора от взаимного расположения его электродов, связанного с координатой x контролируемого объекта. Аналогично, в индуктивном преобразователе используется зависимость индуктивности катушки от положения сердечника L(x) или взаимной индуктивности двух катушек от их взаимного расположения М(х).
К генераторным преобразователям относятся:
1. Пьезоэлектрический, представляющий собой кристалл (кварц, сегнетова соль и др.), в котором ЭДС возникает под действием внешних механических сил, например, давления на поверхность кристалла.
2. Термоэлектрический, основанный на зависимости ЭДС термопары от разности температур ∆v ее частей и т. д.
Электрические параметры параметрических преобразователей измеряются мостовыми методами и логометрами, ЭДС генераторных преобразователей – вольтметрами и компенсационным методом.