Параметр того же напряжения, соответствующий виду преобразователя

Параметр напряжения, в значениях которого проградуирована шкала

К измерению параметров напряжения электронными вольтметрами

Выпускаемые промышленностью электронные вольтметры содержат преобразователи (детекторы) переменного напряжения в постоянное разных видов: или пиковые, или квадратичные, или средневыпрямленного значения. Шкалы этих вольтметров градуируют в значениях различных параметров напряжения, при этом не всегда в значениях того параметра, который соответствует виду преобразователя. Например, преобразователь может быть пиковым, амплитудным, а шкала проградуирована в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения, т.е. в этом случае показания вольтметра уменьшены в Ö2 раз. Поэтому при подключении к одному и тому же источнику переменного напряжения нескольких вольтметров различных типов их показания могут быть неодинаковыми, а пользователь, измеряющий это напряжение, должен уметь правильно определить результат измерения по показаниям того или иного вольтметра.

При измерении напряжений синусоидальной формы вольтметром определенного типа необходимо знать его градуировочную характеристику, которая устанавливает соотношение между показанием прибора А_п и значением конкретного параметра А напряжения на входе вольтметра:

,

где с – градуировочный коэффициент, зависящий от вида преобразователя и измеряемого параметра, обеспечивающий получение прямого отсчета при измерении данного параметра, т.е.

с = ---------------------------------------------------------------------------------------------

Так, коэффициент с = 1, когда вид преобразователя в вольтметре соответствует градуировке шкалы: преобразователь пиковый и шкала проградуирована в пиковых (амплитудных) значениях напряжения, либо преобразователь квадратичный и на шкале нанесены среднеквадратические значения, либо преобразователь средневыпрямленного значения и шкала проградуирована в средневыпрямленных значениях. У таких вольтметров градуировочная характеристика не зависит от формы напряжения, посредством которого производилась операция градуировки шкалы; измерения являются прямыми, а определяемый параметр А измеряемого напряжения соответствует виду преобразователя (А= или U_m, или U, или U_ср.в) и равен показанию вольтметра А_п.

Другие параметры измеряемого напряжения определяются из известных соотношений:

U_m = 1,41 U; U_ср.в = 0,9 U. (2.1)

Но в этом случае определение других параметров из этих соотношений считаются косвенными измерениями и справедливы только для напряжений синусоидальной формы.

При с≠1 (когда нет соответствия между видом преобразователя и градуировкой шкалы) определяемый параметр измеряемого напряжения соответствует параметру напряжения, по которому проградуирована шкала, и равен значению А_п; измерения тоже являются прямыми. Другие параметры измеряемого напряжения также определяются из соотношений (2.1). Например, если вольтметр имеет преобразователь СВ3 (средневыпрямленного значения), а шкала проградуирована в СКЗ (среднеквадратического значения), то показания вольтметра А_п будут равны СКЗ измеряемого напряжения, т.е. U = А_п, а U_m и U_ср.в определяются из соотношений (2.1).

При измерении одного и того же напряжения, например тремя вольтметрами (с различными видами преобразователя), у которых шкалы проградуированы в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения, показания А_п будут примерно одинаковыми (в пределах точности вольтметров) и равны среднеквадратическому значению U измеряемого напряжения.

На практике часто приходится измерять параметры несинусоидального напряжения.

Поэтому для измерения необходимо выбирать вольтметр, позволяющий осуществлять прямые измерения интересующего параметра, т.е. преобразователь градуировки шкалы и определяемый параметр должны быть идентичными. Тогда n= показания прибора будут соответствовать определяемому параметру несинусоидального напряжения. Но бывают случаи, когда у пользователя имеется только вольтметр для измерения синусоидальных напряжений или для измерения напряжения произвольной формы, на шкале которого проградуирована в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения, а необходимо определить, например, пиковое (или средневыпрямленное) знаение несинусоидального напряжения. В таких ситуациях находят интересующий пользователя параметр исследуемого напряжения имеющимся вольтметром, т.е. проводят косвенные измерения.

При измерении несинусоидальных напряжений в общем случае руководствуются следующими соображениями:

1. Фактически измеряемый вольтметром параметр напряжения определяется видом преобразовтеля: данный вольтметр измеряет только параметр, который соответствует виду преобразователя в нем.

2. Необходимо знать, в значениях какого параметра проградуирована шкала вольтметра. Если градуировка шкалы соответствует виду преобразователя, то вольтметр непосредственно показывает значение измеряемого параметра.

3. Иначе необходимо вычислить градуировочный коэффициент С. Так, если преобразователь пиковый (значит А=U_m), а шкала проградуирована в СКЗ синусоидального напряжения, то С=1/Ö2. Следовательно, U_m=Ö2А_п. Если преобразователь СВЗ, а шкала проградуирована в СКЗ синусоидального напряжения, то А= U_ср.в и С=1,11. Тогда U_ср.в =А_п /1,11 =0,9А_п.

4. Для нахождения других параметров напряжения, не соответствующих типу преобразователя, следует знать значения коэффициентов амплитуды К_а и формы К_ф измеряемого несинусоидального напряжения, так как U_m =К_а × U; U_ср.в = U /К_ф.

5. Измеряя параметры несинусоидального напряжения вольтметром с закрытым входом, необходимо еще учитывать, что на преобразователь вольтметра при измерении поступает исследуемый сигнал без постоянной составляющей, т.е. по форме отличающийся от исходного (на входе вольтметра) и характеризуемый поэтому своими значениями коэффициентов амплитуды К_а^! и формы К_ф^!, при этом в общем случае К_{а ¹} К_а^! и К_{ф ¹} К_ф^!.

Из вышеизложенного следует, что параметры исследуемого напряжения, особенно несинусоидального, нужно измерять очень вдумчиво и с большим вниманием; применять вольтметр с преобразователем, не соответствующим измеряемому параметру исследуемого сигнала, целесообразно лишь тогда, когда отсутствует вольтметр, непосредственно (прямо) измеряющий нужный параметр напряжения.

Чаще всего шкалы электронных вольтметров с различными видами преобразователей градуируют в СКЗ синусоидального напряжения. Это объясняется тем, что при измерении гармонического напряжения преимущественно интересуются его среднеквадратическим значением U. В данном случае для определения любого параметра как синусоидального, для которого К_а=1,41, К_ф=1,11, так и несинусоидального напряжений, зная показания вольтметров (с различными видами преобразователей: пиковым, СКЗ, СВЗ) А_п измеренного напряжения и коэффициенты К_а (К_а^!) и К_ф (К_ф^! ), можно пользоваться следующей таблицей, умножая значение А_п на коэффициенты, стоящие на пересечении соответствующих строк и столбцов:

Определяемый параметр измеряемого напряжения Вид преоб- разователя в вольтметре
Пиковый	1,41
СКЗ
СВЗ			0,9

Тема 2.3 Измерение мощности

Тема 2.4 Измерительные генераторы

Тема 2.5 Исследование формы, спектра и нелинейных искажений сигнала

Осциллографы – это приборы для исследования формы, спектра и нелинейных искажений (в обозначении имеют букву С); в зависимости от назначения и принципа действия они классифицируются следующим образом:

С1 - универсальные осциллографы;

С2 - модулометры;

С3 - девиометры;

С4 - анализаторы спектра;

С6 - измерители нелинейных искажений;

С7 – скоростные и стробоскопические осциллографы;

С8 - запоминающие осциллографы;

С9 - специальные осциллографы.

Осциллограф - это устройство, предназначенное для наблюдения формы электрических сигналов и измерения их амплитудных и временных параметров. Название «осциллограф» происходит от двух слов: латинского «осцилум» - колебания и греческого «графо» - пишу.

Для радиотехнических измерений применяются электронно-лучевые осциллографы (ЭЛО), в которых форма исследуемого сигнала воспроизводится на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) в виде светящихся фигур, называемых осциллограммами. В ЭЛО используется отклонение одного или нескольких электронных лучей для получения мгновенных значений функциональных зависимостей переменных величин, одной из которых обычно является время t.

Осциллограммы сигналов могут быть получены в реальном или трансформированном масштабе времени, без запоминания или с запоминанием.

Наиболее распространены универсальные ЭЛО (с полосой пропускания до 350 МГц), которые по схемным решениям бывают одноканальные, многоканальные и многофункциональные.

Многоканальность в осциллографах достигается применением коммутаторов исследуемых сигналов и многолучевых ЭЛТ, а многофункциональность - применением сменных блоков, позволяющих реализовывать дополнительные функции (измерение электрических и неэлектрических величин, анализ спектра сигналов и др.)

В скоростных ЭЛО исследование формы колебаний СВЧ и кратковременных импульсных сигналов обеспечивается с помощью специальной ЭЛТ (с отклоняющей системой бегущей волны); их полоса пропускания может превышать 1 ГГц.

В стробоскопических осциллографах изображение формы сигналов получается путем отбора мгновенных значений исследуемого сигнала с одновременным преобразованием сигнала во времени; их полоса пропускания составляет до 10 ГГц.

Запоминающие осциллографы – это приборы, у которых с помощью специального устройства (ЭЛТ с памятью или электронного запоминающего устройства) исследуемый сигнал запоминается на определенное время и при необходимости представляется для однократного или многократного визуального наблюдения (или для дальнейшей обработки).

Специальные осциллографы - это приборы для исследования сигналов сложной формы (типа телевизионного). Они имеют дополнительные блоки (устройства) для выделения строки, восстановления постоянной составляющей и.т.п.

Главной составляющей любого осциллографа является ЭЛТ (ее изобрел советский ученый в области телевидения Б.Л. Розинг в 1907 г.), которая имеет: катод, испускающий пучок электронов; модулятор - управляющая сетка для регулирования луча; две пары пластин, которые ускоряют и фокусируют луч (горизонтальные – Х и вертикальные – Y).

При отсутствии напряжения на отклоняющих пластинах пучок электронов фокусируется в центре ЭЛТ и образует светящуюся точку. Степень отключения луча какой-либо парой пластин пропорциональна приложенному к ним напряжению.

Структурная схема универсального осциллографа представлена на рисунке 2.16.

В осциллографе имеется три канала: X, Y, Z.

1. Канал Y - канал вертикального отклонения, на который подается исследуемый сигнал. Этот канал предназначен для усиления (или ослабления) исследуемого сигнала и преобразования его на два противоположных напряжения, подаваемых затем на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ. Он содержит такие блоки:

• входной аттенюатор (или делитель) обеспечивает большое входное сопротивление и ослабляет входной сигнал от сотен вольт до единиц милливольт при минимальном искажении формы сигнала. На его входе имеется переключатель, с помощью которого задается вход Y открытым или закрытым для постоянной составляющей сигнала;
• предусилитель служит для усиления сигнала, согласования большого сопротивления делителя с малым входным сопротивлением линии задержки, плавной регулировки амплитуды входного сигнала, смещения (центровки), изображения по вертикали и преобразования сигнала из несимметричного в симметричный;
• линия задержки обеспечивает подачу исследуемого сигнала на вертикально отклоняющие пластины с задержкой 140 нс относительно начала развертки, что обеспечивает наблюдение фронта импульса короче 0,1 мкс;
• выходной усилитель предназначен для получения осциллограммы слабых сигналов (усиливает их) и преобразования их в противофазные напряжения.

Рисунок 2.16

2. Канал X – канал горизонтального отклонения обеспечивает создание напряжения развертки, усиление сигнала синхронизации, запуск развертки, усиление и подачу на горизонтально отклоняющие пластины внешнего сигнала со входа Х осциллографа. Этот канал содержит основные блоки:

• схема синхронизации предназначена для получения на экране ЭЛТ неподвижной осциллограммы. В этом блоке осуществляется выбор источника синхронизации (внутренний, внешний, от сети), вида связи с источником синхронизации (открытый, закрытый) и полярности синхронизации;
• блок развертки служит для осуществления временной развертки луча и вырабатывания пилообразного напряжения;
• усилитель горизонтального отклонения усиливает до нужного размера пилообразное напряжение, может умножать скорость развертки в 10 раз. С выхода этого усилителя пилообразное напряжение поступает на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ. В осциллографе предусмотрена возможность подачи внешнего сигнала на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ через усилитель горизонтального отклонения, при этом внешний сигнал подается на вход Х.

3. Канал Z предназначен для управления яркостью ЭЛТ. С выхода усилителя Z (усилителя подсвета) снимаются импульсы для подсвета прямого хода развертки и гашения обратного хода через блок питания ЭЛТ.

На вход усилителя Z можно подавать и внешний сигнал для получения яркостных меток времени.

В осциллографе предусмотрены еще два блока:

• блок питания выпрямляет и стабилизирует сетевое напряжение и обеспечивает необходимыми питающими напряжениями ЭЛТ и всю схему прибора;
• калибратор амплитуды и длительности вырабатывает прямоугольный сигнал постоянной амплитуды и частоты, который подается на вход Y осциллографа при его калибровке по амплитуде (по Y) и времени развертки (по Х).

Дата добавления: 2013-12-14