Применение электронного осциллографа для измерений

Измерение напряжения

Измерение напряжения осциллографом проводится при помощи калибратора амплитуды. Для этого исследуемое напряжение подается на вход Y. При помощи ручек смещения изображения по вертикали и горизонтали сигнал совмещают с делениями шкалы и измеряют размах изображения по вертикали в делениях.

Величина исследуемого сигнала в вольтах будет равна произведению измеренной величины изображения в делениях, умноженной на цифровую отметку переключателя калибратора амплитуды.

 

Измерение временных интервалов и частоты

Измеряемый временной интервал определяется произведением двух величин: длины измеряемого интервала на экране по горизонтали в делениях и значения величины времени на деление в данном положении переключателя калибратора длительности.

Частоту сигнала можно определять двумя способами. По первому способу частота сигнала определяется как обратная величина периода f=1/T. Для этого на экране осциллографа по горизонтали подсчитывают расстояние l в делениях целого числа n периодов сигнала. Затем определяют длительность развертки T_p по оцифрованной отметке переключателя калибратора длительности. Тогда искомая частота сигнала

Во втором способе измерения частоты синусоидального напряжения используется метод сравнения неизвестной частоты с известной. Этот способ является наиболее простым и точным способом измерения частоты. В нем неизвестная частота определяется по фигурам Лиссажу. Они получаются путем подачи на одну пару пластин напряжения неизвестной частоты f_x, а на другую пару - подачи напряжения известной частоты f_o. Фигуры будут неподвижны, если отношение сравниваемых частот равно отношению целых чисел. Чтобы определить это отношение, нужно сосчитать число пересечений вертикальной и горизонтальной линий с полученной фигурой и взять их отношение. При этом число пересечений фигуры с горизонтальной линией М_х характеризует частоту вертикально отклоняющего напряжения f_x и наоборот:

Этот способ позволяет измерить частоту с высокой точностью. Погрешность измерения в основном определяется погрешностью задания частоты образцового генератора.

 

Измерение фазы

Сдвиг по фазе между двумя синусоидальными напряжениями одинаковой частоты можно измерить методом эллипса. Для этого одно из исследуемых напряжений подается на вход «Y», а другое на вход «X» осциллографа. Если напряжения U₁ и U₂ соответственно равны: U₁=U_m1sinωt и U₂=U_m2sin(ωt-φ), то движение луча по вертикали и горизонтали определяется зависимостями

X=A sinωt,    Y=B sin(ωt-φ),

где А и В – максимальные отклонения по соответствующим осям, зависящие от величин амплитуд поданных напряжений и коэффициентов усиления соответствующих каналов усилителей.

После преобразования последних выражений получим уравнение эллипса:

^.

Для φ = 0ْ  или 180ْ  уравнение эллипса примет вид .

В это случае на экране наблюдается прямая линия с углом наклона к горизонтальной оси.

Найдем точки пересечения эллипса с координатными осями:

при Х=0 Y= , при Y=0 X= .

Отсюда сдвиг по фазе: .

Из полученных выражений видно, что дня нахождения неизвестного сдвига по фазе двух синусоидальных напряжений достаточно измерить величины X и Л или Y и В (рис. 63). Недостатком данного метода является малая точность, обусловленная влиянием на результат измерения: а) погрешности от асимметрии каналов; б) по­грешности, вызванной неточностью линейных измерений, резко возрастающей при углах, близких к ±90°; в) погрешности из-за нелинейных искажений. К не­достаткам метода эллипса следует отнести также двузначность результатов измерений.

Особенностью электронных приборов для измерения неэлектрических величин (НЭВ) является обязательное наличие измерительного преобразователя (ИП) неэлектрической величины в электрическую. Измеряемая НЭВ Х преобразуется в электрическую величину Y, измеряемую электрическим измерительным устройством (ЭИУ), (рис. 64). При этом ЭИУ может быть аналоговым или цифровым прибором, а его шкала градуируется в единицах неэлектрической величины Х. Такие преобразователи измеряемой НЭВ в электрическую величину (ЭВ) принято называть датчиками.

Рис. 63. Эллипс, получаемый на экране ЭЛТ.