Электронные измерительные приборы

Электронные аналоговые и цифровые измерительные приборы используются измерениях постоянных ик переменных электрических сигналов, в первую очередь амплитуды, частоты, фазы, а также при измерениях и анализе характеристик нестационарных и быстропротекающих процессов. Электронные приборы включают последовательность электронных измерительных преобразователей, с помощью которых производится обработка измерительной информации и извлечение из нее размера требуемой физической величины, отображение полученных значений в аналоговом или цифровом виде. При этом надо иметь в виду, что наличие цифрового дисплея еще не делает сам прибор цифровым, если вся обработка информационного сигнала осуществляется в аналоговой форме.

По сравнению с электромеханическими приборами электронные имеют значительно большие функциональные возможности и большую точность, а в силу большого входного сопротивления позволяют значительно уменьшить возможное влияние на источник сигнала.

Электронные приборы уступают цифровым и микропроцессорным по многим показателям. Однако у них есть качества – прямое преобразование сигнала, независимость от программного обеспечения, работа в реальном времени и наглядность представления информации, что во многих случаях делает их незаменимыми. Прежде всего эти качества востребованы при наладке и настройке радиоэлектронного оборудования, в т.ч. и измерительного, при отладке методик измерения. Кроме того многие аналоговые электронные приборы, которые по сути есть измерительные преобразователи реального времени, являются базой для создания на их основе соответствующих цифровых и микропроцессорных приборов.

Электронные вольтметры (рис.2.62) характеризуются высоким входным сопротивлением (до 1 ГОм) и малой входной емкостью (менее 5 пФ). Основная область их применения - измерение параметров высокочастотных сигналов (до 100 МГц) и работа с высокоомными датчиками. Например, широко распространенный вольтметр В3-41 имеет входное сопротивление 4 МОм измеряет эффективное значение синусоидального напряжения переменного тока частотой 20 Гц - 10 МГц в диапазоне до 300 В с точностью до 0,3 В

Электронные измерители параметров электронных компонент -сопротивления, емкости и др., позволяют с высокой точностью определять параметры резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности, а также полупроводниковых диодов, транзисторов, операционных усилителей и других элементов электрических и электронных цепей.

Электронные частотомеры предназначаются для определения частоты и периода периодических сигналов, длительности импульсных сигналов, интервалов времени.

Усилители, в том числе узкополосные и селективные, предназначаются для усиления слабых сигналов в диапазоне от постоянных сигналов (УПТ –усилители постоянного тока) до частот больших 10¹⁰ Гц (сверхвысокочастотные СВЧ-усилители). Усилители могут быть широкополосными, коэффициент усиления которых остается неизменным в широкой полосе частот (до 3-6 декад) или узкополосными с относительной шириной полосы пропускания Df/f»10^-1 – 10^-3, причем рабочая частота и ширина полосы пропускания обычно могут настраиваться оператором. Особый класс узкополосных усилителей составляют селективные усилители, полоса пропускания которых может составлять от десятых Гц (на низких частотах) до 1-10 Гц на частотах порядка 100 МГц

Электронные генераторы сигналов (рис.2.63) – синусоидальных, прямоугольных, специальной формы, также могут считаться средством измерений, поскольку требуются как при наладке измерительной аппаратуры, так и во многих методиках измерений.

Электронные осциллографы – наиболее распространенный вид электронных приборов, предназначенный для наблюдения и анализа формы и амплитудно-частотных характеристик произвольных сигналов в диапазоне их длительности»1-10^-9 с. Существуют различные разновидности осциллографов – однолучевые и многолучевые, одноканальные и многоканальные, запоминающие, стробоскопические, цифровые.

С точки зрения пользователя наиболее важной является передняя панель осциллографа, на которой расположены основные органы управления и дисплей (электронно-лучевая трубка).

Передняя панель каждого осциллографа разбита на четыре группы органов управления:

· Управление параметрами электронного луча - яркость, фокусировка, астигматизм (органы управления поз. 1- 6 на рис.2.64)

· Управление параметрами входных усилителей – выбор параметров входной цепи по каждому из входов (усиление, тип входа - открытый/закрытый, заземленный, ограниченный по частоте, инвертированный), а также вертикальное перемещения лучей. (органы управления поз. 7- 15 на рис.2.64) В многоканальных и многолучевых осциллографах возможны комбинации входов. Например, в двухканальном осциллографе (входы А и Б) возможны следующие комбинации:

o
А - показывается только сигнал по входу А,

o Б - показывается только сигнал по входу Б,

o А и Б - одновременно показываются сигнал А и сигнал Б,

o А+Б - показывается алгебраическая сумма сигналов по входам А и Б – дифференциальный режим, если одни из сигналов инвертирован,

o А или Б - сигналы по каналам А и Б показываются попеременно на каждый ход горизонтальной развертки

· Управление режимами горизонтальной развертки (органы управления поз. 16- 23 на рис.2.64) - как правило в осциллографах предусматривается три режима работы:

o автоколебатель­ный, т.е. периодический (для наблюдения синусоидальных и импульсных сигналов с небольшой скважностью),

o жду­щий (для наблюдения исследуемых сигналов с большой и переменной скважностью),

o одинократный – разовой разверт­ки (для фотографирования, а в запоминающих осцилло­графах и для непосредственного изучения одиночных сиг­налов).

В некоторых осциллографах имеется ре­жим растяжки развертки, позволяющий получить более крупный масштаб изображения по горизонтальной оси, а также режим двойной развертки - часть развертки выполняется с одной скоростью, часть – с другой.

Управление режимами синхронизации. (органы управления поз. 24- 32 на рис.2.64), т.е. режимами согласования частоты и длительности развертки с частотой исследуемого сигнала обеспечивает блок синхронизации. Существует три варианта синхронизации: внешняя, внутренняя и от сети.

· В режиме «синхронизация от сети» запуск горизонтальной развертки синхронизуется с частотой электросети (50 Гц). Этот режим применяется для исследования сигналов, частота которых равна или кратна частоте питающей сети (50 Гц), а также в случаях, когда привязка начала развертки к определенной фазе сигнала не существенна..

· Режим «внутренняя синхронизация» означает синхронизацию горизонтальной развертки с определенной фазой исследуемого сигнала. Всегда существует орган управления, позволяющий настроиться на требуемую фазу сигнала. В многоканальных и многолучевых осциллографах обычно существует возможность выбора канала, по которому будет осуществляться синхронизация.

· В режиме «внешняя синхронизация» запуск горизонтальной развертки производится по дополнительному сигналу, подаваемому на отдельный вход осциллографа от внешнего источника сигнала. Как и для внешней синхронизации всегда существует возможность подстройки настройки на нужную фазу.

Кроме перечисленных систем в состав осциллографа обычно входит устройство, называемое «калибратор». Калибратор представляет собой генератор напряжения с известной амплитудой и частотой. Чаще всего используются постоянные напряжения и напряжения в виде меандра (прямоугольные импульсы напряжения со скважностью равной двум, т.е. длительность импульса равна длительности паузы). Наличие калибратора позволяет простым образом проверить работоспособность прибора, повысить точность измерения частоты и амплитуды сигнала.

Дата добавления: 2015-03-31