Пример измерения напряжения

ВВЕДЕНИЕ

Измерения с помощью осциллографа отличаются простотой и наглядностью. При визуальном наблюдении исследуемого сигнала на экране можно измерять мгновенные параметры сигнала, что не обе­спечивают стрелочные и другие электронные приборы.

Электронные осциллографы по своему назначению и устройству подразделяются на осциллографы общего применения, скоростные, запоминающие, многолучевые, универсальные, стробоскопические, специальные, цифровые. В данной работе измерения параметров сиг­налов проводятся с помощью универсального осциллографа. При ис­пользовании такого осциллографа могут быть исследованы электри­ческие процессы и измерены временные интервалы от де­сятых долей микросекунды до сотен миллисекунд при амплитудах из­меряемых сигналов от десятков милливольт до десятков вольт.

Электронно-лучевой осциллограф, как и все измерительные приборы и меры, характеризуется наибольшими допустимыми основны­ми погрешностями. В техническом описании осциллографа приводят­ся погрешности измерения величин амплитуд и временных интервалов сигналов. Они ха­рактеризуют серию приборов данного типа, хотя для конкретного прибора погрешность измерений может быть и значительно меньше.

При измерениях эпюру исследуемого сигнала всегда следует размещать в рабочей части экрана, указанной в техническом описа­нии. В этом случае погрешность измерения не будет выходить за ука­занные в описании пределы. С этой целью калиброванные коэффици­енты отклонения по вертикали и горизонтали подбираются таким об­разом, чтобы размеры эпюры были максимальными в пределах рабочей части экрана.

При работе с осциллографом различают измерения и наблюдения. Если параметры сигналов не укладываются в диапазон параметров, измерение которых предусмотрено в техническом описании, то резуль­таты не считаются измерениями, а рассматриваются лишь как наблю­дения.

СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Цель работы

Измерение параметров сигналов импульсного генератора и оценка точности измерения этих параметров.

Порядок выполнения работы

1. Нарисовать структурную схему универсального осциллографа.

2. Ознакомиться с техническим описанием используемого в работе осциллографа. Выписать следующие основные его технические характеристики.

2.1. Амплитудный и временной диапазон исследуемых сигналов.

2.2. Нормальные условия эксплуатации.

2.3. Класс точности.

2.4. Размер рабочей части экрана.

2.5. Ширина линии луча.

2.6. Пределы допускаемого значения основной относительной погрешности коэффициентов отклонения.

2.7. Время нарастания переходной характеристики каждого канала вертикального отклонения.

2.8. Время установления переходной характеристики каждого канала вертикального отклонения.

2.9. Пределы допускаемого значения основной относительной погрешности коэффициентов развёртки.

2.10. Пределы допускаемого значения относительной погрешности амплитуды и частоты импульсов калибратора.

3. В соответствии с инструкцией по эксплуатации подготовить осциллограф к работе.

4. Измерить параметры синхроимпульса генератора импульсов:

- амплитуду синхроимпульса,

- длительность синхроимпульса по уровню напряжения 0,1; 0,5; 0,9.

- длительность переднего и заднего фронтов.

Перед проведением измерений установить режим внутренней синхронизации осциллографа. Осциллограммы, наблюдаемые на экране, развернуть на экране осциллографа таким образом, чтобы точность измерения соответствующих параметров была мы максимальной.

Изобразить на миллиметровке или на листе с координатной сеткой осциллограммы, используемые для измерений, При этом изображается масштабная сетка осциллографа, ограничен­ная размерами экрана. На эту сетку наносится соответствующая осциллограмма. Одно большое деление сетки должно быть не менее большого деления миллиметровки или двух клеток листа в клеточку. На изображаемых осциллограммах отмечаются измеренные интервалы.

Записать масштабы координатной сетки экрана осцил­лографа:

- по вертикали "вольт/деление",

- по горизонтали "время/деление".

Записать в делениях измеренные параметры сигнала:

- амплитуду,

- длительность импульса по уровню 0,1; 0,5; 0,9.

- длительность переднего и заднего фронтов.

5. По результатам измерений п.4 вычислить следующие параметры импульса:

- амплитуду,

- длительность импульса по уровням напряжения 0,1; 0,5; 0,9,

- длительность переднего и заднего фронтов,

- суммарную длительность переднего и заднего фронтов,

- суммарную длительность переднего и заднего фронтов, полученную косвенно, как разность длительностей импульса по уровням 0,1 и 0,9.

6. Сопоставить результаты измерений суммарной длительности переднего и заднего фронтов импульса, полученную двумя вышеуказанными методами.

7. Измерить параметры выходного импульса минимальной длительности генератора импульсов. Для этого установить минимальную длительность выходного импульса генератора с помощью соответствующего регулятора. Перед проведением измерений установить режим внешней синхронизации осциллографа. Результаты измерений представляются в том же виде, что и в п.4, 5, 6.

8. Рассчитать погрешности всех измеренных параметров по методике изложенной в теоретической части проведения измерений с помощью осциллографа.

9.Оформить отчет в соответствии с приложением 1

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ ОСЦИЛЛОГРАФА

Измерения параметров электрических сигналов проводят по их изображениям на экране осциллографа. Проведение измере­ний (отличать от наблюдений!) гарантируется только при условии, если изображение сигнала располагается в рабочей части экрана, задаваемой паспортными техническими характе­ристиками осциллографа.

Измерения выполняют с помощью масштабной сетки на экране, деления которой позволяют измерять вертикальные и горизонтальные составляющие изображения.

Цену деления задают положением переключателей коэффи­циента отклонения луча по вертикали (в вольтах на деление) и развертки луча по горизонтали (в единицах времени на деление).

Перед проведением измерений масштабную сетку калибруют с помощью эталонного сигнала, формируемого внутренним эта­лонным генератором.

Порядок проведения измерений с помощью осциллографа, по техническому описанию, содержит следующие этапы: подготовка к проведению измерений; подстройка с калибровкой и собственно выполнение измерений.

При подготовке к работе сначала включают прибор и проверяют его работоспособность.

Точность измерений, указанная в техническом описании прибора, гарантируется лишь в случае, если проведены его настройка и калибровка.

Размер изображения сигнала должен соответствовать требо­ваниям, определенным техническим описанием. Только в этом случае гарантируется класс точности измерения.

Параметры сигнала сначала измеряют в делениях масштабной сетки. Затем значения измеряемого параметра вычисляют в абсолютных единицах умножением числа делений в изображении на масштабные коэффициенты, задаваемые положением пере­ключателей В/дел или Время/дел.

Полученные значения параметров — это их точечная оценка. При измерениях, кроме точечной, необходимо найти интерваль­ную оценку. Интервальная оценка является погрешностью изме­рений. Она складывается из ряда составляющих:

погрешность задания параметров эталонного сигнала;

погрешности коэффициентов отклонения и развертки;

погрешности совмещения эталонного сигнала с масштабной сеткой;

погрешность совмещения измеряемого сигнала с масштабной сеткой.

Пример измерения напряжения

Измерение проводится осциллографом С1-93. Измеряется полный размах переменного напряжения.

Пусть размах вертикального отклонения l_ви на экране составляет 7,6 делений масштабной сетки. Переключатель В/дел установлен в положение 5 мВ/дел, а переключатель «Множитель на 1», «Множитель на 10» установлен в положение «х10».

Требуется определить по изображению значение полного размаха переменного напряжения (т.е. дать точечную оценку), а также погрешность, с которой измерен этот размах (интер­вальную оценку).

РЕШЕНИЕ. 1. Значение напряжения (точечная оценка) составляет;

7,6 дел * 5 мВ/дел * 10 = 380 мВ.

2. Чтобы определить интервальную оценку измерения, надо сначала найти полную погрешность калибровки масштабной сетки. Она складывается из двух составляющих: из погрешности, с которой известно значение амплитуды калибровочного сигнала D_ак, и погрешности совмещения, т.е. погрешности, с которой совмещается изображение калибровочного сигнала с масштабной сеткой D_ск. Значение D_ак находят по техническим условиям на осциллограф, где сказано: "предел допускаемой погрешности напряжения и частоты калибратора ±1,2% в нормальных условиях". Это означает, что d_ак = ±0,012. Следовательно, D_ак ⁼ d_ак *l_к где l_к — размах П-образных импульсов калибро­вочного сигнала, равный шести делениям:

D_ак = ±0,012 *6,0 = ±0,072 .

Совмещение П-образных калибровочных импульсов с масш­табной сеткой осуществляется по двум уровням, верхнему и нижнему, по каждому с точностью до ±0,5 нониусного деления или, что то же самое, ±0,05 большого деления масштабной сетки. Следовательно, суммарная предельная погрешность совме­щения будет равна ±0,1 большого деления.

Таким образом, полная абсолютная погрешность калибровки D_к масштабной сетки будет в делениях равна

D_к = D_ак + D_ск;

D_к = ±(0,072 + 0,1) = ±0,172 .

Полная относительная погрешность калибровки d_к масштаб­ной сетки составляет:

;

d_к = ±0,0172/6= ±0,0285.

Теперь нужно определить полную погрешность совмещения изображения сигнала с масштабной сеткой. Как и в случае калибровочного сигнала, она складывается из двух составляю­щих: из погрешности, с которой измеряемый сигнал изобража­ется по вертикали на экране D_ви, и погрешности совмещения этого изображения с масштабной сеткой D_си. Значение D_ви находят с учетом погрешности коэффициента отклонения d_ви:

D_ви =l _ви *d_ви,

где l _ви — размер изображения, равный по условию 7,6 делений;

d_ви — задается в техническом описании: «предел допускаемой относительной погрешности коэффициентов отклонения каналов 1 и 2 (0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2 В/дел умножено на 1 и на 10) — ±3% при размере изображения от 5,5 до 6 дел. и ±4% при остальных размерах изображения от 4 до 8 делений". Следовательно, в нашем случае

d_ви =±0,04 ;

D_ви =±0,04 * 7,6 = ±0,304 .

Совмещение изображения по вертикали с масштабной сеткой осуществляется по двум уровням, верхнему и нижнему, с той же абсолютной погрешностью, что и для калибровочного сигнала, т.е. суммарная предельная погрешность совмещения по двум уровням D_си =±0,1. Полная абсолютная погрешность совмещения D_с изображаемого сигнала с масштабной сеткой

D_с = D_ви + D_си;

D_с = ±(0,304 + 0,1) = ±0,404 .

Тогда полная интервальная оценка D измерения напряжения

D=D_с +D_к (l_ви / l_к);

D=±(0,404 + 0,0285 *7,6)= ±0,62. Полная относительная погрешность измерения

d=D/ l_ви;

d= ±(0,62/7,6 )= ±0,082.

Это меньше 10%, т.е. укладывается во второй класс точности.

Абсолютную погрешность измерения можно определить, пе­ремножив полный размах вертикального изображения сигнала 380 мВ на относительную погрешность ±0,082. Окончательная запись результата измерения:

полный размах напряжения U= (380±31) мВ;

относительная погрешность измерения d= ±0,082.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: