Вимір електричних величин електронним осцилографом icon

Вимір електричних величин електронним осцилографом




Скачати 211.47 Kb.
НазваВимір електричних величин електронним осцилографом
Дата22.06.2012
Розмір211.47 Kb.
ТипДокументи
Лабораторна робота 5
ВИМІР ЕЛЕКТРИЧНИХ ВЕЛИЧИН
ЕЛЕКТРОННИМ ОСЦИЛОГРАФОМ


5.1 Мета роботи

Вивчити будову і принцип дії електронного осцилографа (ЕО).

Засвоїти методику підготовки ЕО до використання і проведення вимірів.

Придбати навички виміру за допомогою ЕО миттєвих значень напруг, струмів, часових інтервалів, частоти, зсуву фаз.


5.2 Загальні відомості

Електронно-променеві осцилографи (ЕО) широко застосовують для спостереження форм кривих періодичних і неперіодичних напруг, для виміру миттєвих значень напруг, кута зсуву фаз, частоти, часових інтервалів і т.д. Осцилографи володіють високої чутливістю, широким частотним діапазоном і низьким власним споживанням потужності.

Деякі типи ЕО дозволяють спостерігати два і більше досліджуваних сигналів, робити запам'ятовування зображення на екрані ЕО на значний час, фотографувати зображення.

У залежності від точності відтворення прямокутної напруги, точності виміру, часових інтервалів ЕО поділяють на класи точності: 3%; 5%; 10%.

5.2.1 Устрій ЕО

В основу вимірів більшості ЕО закладений метод вимірів по каліброваній шкалі. Відповідно до цього методу побудована функціональна схема ЕО. Принцип дії ЕО і взаємодія основних вузлів пояснюється блок-схемою (рис. 5.1).

До складу блок-схеми ЕО входять такі основні елементи: вхідний атенюатор, попередній підсилювач, лінія затримки, кінцевий підсилювач; калібратор, схема синхронізації, генератор розгорнення, схема керування променем, підсилювач розгорнення, електронно-променева трубка, блок живлення.

Досліджуваний сигнал подається на вхідне гніздо "Вхід У". За допомогою вхідного атенюатора, що представляють собою частотно-компенсований дільник напруги, вибирають величину сигналу, зручну для спостереження і дослідження на екрані ЕПТ, через атенюатор сигнал надходить на попередній підсилювач, у якому відбувається основне посилення сигналу.

Для дослідження і спостереження коротких імпульсів на виході попереднього підсилювача включена лінія затримки.



Рис. 5.1

Кінцевий підсилювач підсилює досліджуваний сигнал до величини, достатньої для нормального спостереження його на екрані ЕПТ. З попереднього підсилювача вертикального відхилення (ПВВ) досліджуваний сигнал надходить на вхід схеми синхронізації і запуску розгорнення. Для запуску розгорнення може бути використаний зовнішній сигнал, поданий на гніздо "Вхід. сінхр." Схема синхронізації і запуску розгорнення виробляє прямокутні імпульси постійної амплітуди незалежно від величини і форми сигналу, що надходить на вхід; завдяки цьому досягається стійкий запуск генератора розгорнення, що виробляє пилкоподібну напругу.

Лінійно змінювана напруга з генератора розгорнення надходить на її підсилювач, де підсилюється до необхідної величини. З виходу підсилювача розгорнення пилкоподібна напруга подається на горизонтально відключаючі пластини ЕПТ.

У ЕО передбачена можливість подачі зовнішнього сигналу на підсилювач розгорнення при подачі на гніздо "Вхід X", при цьому підсилювач розгорнення відключений від схеми генератора розгорнення.

Калібратор генерує прямокутні імпульси, які використовуються для калібрування коефіцієнтів розгорнення і відхилення.

Блок живлення забезпечує напругою всю схему ЕО.

Головною частиною ЕО є електронно-променева трубка (ЕПТ) з електростатичним керованим променем, що являє собою сфокусований пучок швидкоплинних електронів. Джерелом електронів служить розігріваний катод К (рис. 5.1), вміщений усередині циліндричного керуючого електрода з отвором – модулятора М. Зміною негативного (відносно катода) потенціалу модулятора регулюється інтенсивність пучка електронів і тим самим змінюється яскравість світіння люмінофора, яким вкритий екран Е. Крім керування яскравості модулятор концентрує електронний вузький пучок. Для чіткого фокусування променя на екрані використовується фокусуючий анод ФА. Енергію, необхідну електронам для руху в пучку і засвічування люмінофора, дає прискорюючий анод ПА, який має позитивний (щодо катода) потенціал в декілька кіловольтів.

На шляху до екрана пучок проходить між двома парами вертикально (ВВ) і горизонтально (ГВ) відхиляючих пластин. Під дією напруги, прикладеної до відповідної пари пластин, світлова точка на екрані переміщається у вертикальному і горизонтальному напрямках.

Всі органи керування електронним променем виведені на передню панель ЕО.

5.2.2 Підготовка ЕО до вимірів

Перед включенням приладу в мережу треба попередньо установити органи керування в такі положення:

  • ручки "яскравість", "фокус", "рівень" – у середнє положення;

  • "стабільність" – у крайнє праве положення;

  • перемикач "Вольт/Діл." – в положення "10" або "5V;

  • перемикач полярності синхронізації – у положення "+";

  • перемикач синхронізації – у положення "Внутр";

  • перемикач "Вхід X" – у виключеному положенні.

Шнур живлення приладу з'єднати з джерелом напруги і включити тумблер "Мережа", при цьому повинна горіти сигнальна лампочка.

Через 2-3 хвилини після включення ЕО відрегулювати яскравість і фокусування лінії розгорнення за допомогою відповідних ручок. Якщо при максимальній яскравості на екрані не буде лінії розгорнення, необхідно за допомогою ручок перемістити її в межі робочої частини екрана.

Після 10-15 хвилин прогріву ЕО необхідно зробити балансування підсилювача вертикального відхилення (ПВВ). Сутність балансування полягає в тім, щоб промінь на екрані не переміщався при переключенні перемикача "Вольт/Діл." або "Вольт/См.". Для цього, не подаючи сигналу на вхід ПВВ, лінію розгорнення перемістити в середнє положення робочої частини екрана ЕПТ і регулюванням "Баланс" домогтися незалежності положення лінії розгорнення від положення перемикача.

Після збалансування зробити калібрування коефіцієнта відхилення і коефіцієнта розгорнення за каліброваною напругою прямокутної форми з відомими амплітудою і частотою. Цей пункт студенти виконують за вказівкою викладача.

5.2.3 Проведення вимірів за допомогою ЕОМ

1) Вимір напруги, струму і опору. Перед вимірами амплітуди досліджуваного сигналу необхідно перевірити калібрування і балансування ПВВ. Амплітуда напруги вимірюється подачею досліджуваної напруги на "Вхід У". За допомогою ручок сигнал сполучають з потрібними поділками шкали і вимірюють розмах зображення по вертикалі у поділках або у міліметрах. Для зменшення похибки за рахунок товщини променя виміри робити або обоє по нижніх, або обоє по верхніх краях лінії зображення.

При вимірах синусоїдної напруги, враховуючи, що розмах відповідає подвійній амплітуді синусоїди, одержимо



(5.1)

де – коефіцієнт відхилення по вертикалі у "Вольт/Діл." або "Вольт/См.".

Звідси амплітуда напруги



(5.2)

Діюче значення напруги



(5.3)

Цей метод застосуємо і для визначення миттєвого значення напруги в будь-який момент часу t.

Струм і опір вимірюють за допомогою ЕО непрямим методом: визначають амплітуду напруги на зразковому опорі R і на невідомому , потім обчислюють струм і опір за формулами



(5.4)



(5.5)

де – діюче значення струму, отримане за допомогою ЕО;

– амплітуда напруги на зразковому опорі R;

– амплітуда напруги на невідомому опорі .

2) ^ Вимір часових інтервалів. Перед вимірами часових інтервалів необхідно перевірити калібрування тривалості розгорнення за внутрішнім калібратором, вимірюваний часовий інтервал рекомендується встановити в центрі екрана за допомогою рукоятки. Для зменшення похибки виміру за рахунок товщини лінії променя виміри слід робити або обидва по правих, або обидва по лівих краях лінії зображення. Точність виміру часових інтервалів на екрані ЕПТ збільшується при збільшенні довжини вимірюваного інтервалу. Тому при вимірах треба правильно вибрати робочу тривалість розгорнення.

Вимірюваний часовий інтервал



(5.6)

де – коефіцієнт відхилення по горизонталі в "с/діл." або “с/см" при заданому положенні перемикача "Час/Діл." або "Час/см."; – довжина інтервалу часу на екрані по горизонталі.

3) ^ Вимір частоти. Частоту досліджуваного сигналу можна визначити, виміривши його період Т



(5.7)

Для визначення частоти необхідно по екрану вимірити відстань l, що відповідає цілому числу періодів сигналу Т. Тоді шукана частота сигналу



(5.8)

До інших осцилографічних методів виміру частоти відносяться методи фігур Лісажу і кутового розгорнення.

Сутність методу Лісажу полягає у тім, що якщо на входи горизонтального і вертикального каналів відхилення електронного променя подати напругу вимірюваної частоти і зразкової , то на екрані спостерігається зображення – фігура Лісажу. Якщо відхилення частот дорівнює відхиленню цілих чисел, то фігура на екрані буде непохильною. При цьому буде справедливе таке співвідношення



(5.9)

де та – кількість точок торкання фігури з вертикальною і горизонтальною лініями.

З рівняння (5.9)



(5.10)

За методом кругового розгорнення напруга зразкової частоти за допомогою фазозміщуючого кола формує дві зсунутих на 900 напруги тієї ж частоти. Якщо ці напруги подати на два входи осцилографа, то електронний промінь буде описувати на екрані окружність (еліпс) за час, рівний періоду зразкової частоти. Напругу вимірюваної частоти подають на модулятор ЕПТ, що викликає яскраву модуляцію променя. У позитивний напівперіод яскравість зображення зростає, у негативний – зменшується. Якщо та рівні між собою, то одна половина окружності на екрані буде темною, а друга – яркою. Якщо , то розгорнення пунктирне і нерухоме у випадку кратності частот і .

Вимірювана частота визначається за формулою



(5.11)

де n – кількість темних і яскравих штрихів на круговому розгорненні.

4) ^ Вимір кута зсуву фаз. До осцилографічних методів виміру кута зсуву фаз відносять методи лінійного розгорнення і еліпса.

Метод лінійного розгорнення дозволяє спостерігати на екрані двохпроменевого або однопроменевого осцилографа одночасно дві досліджуваних напруги: U1 та U2. При вимірі за допомогою однопроменевого осцилографу напруги U1 та U2 подають через електронний комутатор на вхід каналу вертикального відхилення, а розгортуючу напругу, синхронізовану з частотою досліджуваних напруг, – на вхід каналу горизонтального відхилення.

На екрані (рис. 5.2) виходять штрихові зображення напруг U1 та U2. По обмірюваним у масштабі відрізкам ab і ac можна обчислити



(5.12)



Рис. 5.2

Для визначення кута зсуву фаз досліджуваних напруг

;




за допомогою методу еліпса їх треба подати відповідно на входи каналів горизонтального і вертикального відхилень. При відключеному генераторі розгорнення на екрані спостерігають зображення еліпса (рис. 5.3).

Центр еліпса треба поєднати з початком координат і знайти точки перетинання еліпса з віссю абсцис (ординат) і максимальну абсцису (ординату) еліпса.

Якщо , то напруга, що відключає промінь по вертикалі, дорівнює нулю, а по горизонталі або . Відрізок еліпса пропорційний , а відрізок пропорційний . Кут зсуву фаз визначаємо за формулою

.

(5.13)



Рис. 5.3

Метод еліпса дозволяє виміряти значення фазового зсуву в діапазоні 0-180° без визначення знака фазового кута. Нахилу еліпса (див. рис. 5.3) відповідає 0<< 90 .


5.3 Порядок виконання роботи

  1. Ознайомитися з методичними вказівками з підготовки і проведення вимірів ЕО.

  2. Підготувати ЕО до проведення вимірів.

  3. Зібрати схему електричного кола (рис. 5.4). Для виміру струму використати електронний вольтметр із приставкою, а для виміру напруги на зразковому опорі – цифровий вольтметр. У якості підключити конденсатор (за вказівкою викладача), зразковий опір встановить на одному з наступних значень: 50, 100, 200 Ом (за вказівкою викладача).

  1. Після перевірки схеми викладачем підключити її до джерела зі змінною напругою 36 В.

  2. Для трьох різних значень встановити на зразковому опорі напруги, наведені в табл. 5.1, вимірити амплітуду напруги на і , діюче значення струму і напруги . Результати вимірів занести до табл. 5.1.

  3. За результатами вимірів обчислити: діюче значення напруг на зразковому опорі і конденсаторі, опір і ємність конденсатора, відносні похибки виміру струму і напруги електронним осцилографом. Результати обчислень занести до табл. 5.1.



Рис. 5.4

Таблиця 5.1

досліду

Результати
вимірів

^

Результати обчислення


Номер

конденсатора
























В


В

В

А

Ом

В


В

А

Ом

мкф

%

%

1

8










200
























2

10










200
























3

12










200






















+

  1. Для схеми (див. рис. 5.4) за заданим значенням і обчислити кут зсуву фаз і занести до табл. 5.2.

  2. Використовуючи схему (див. рис. 5.4), подати на вхід каналу вертикального відхилення напругу з виходу ЛАТра, а на вхід каналу горизонтального відхилення – напругу з ємності , на екрані ЕО з'явиться зображення у вигляді еліпса. При різних значеннях опору за осцилограмою вимірити довжину відрізків та або і , за їхніми значеннями визначити експериментальне значення кута зсуву фаз . Визначити відносну похибку виміру кута зсуву фаз . Результати вимірів і обчислень занести до табл. 5.2.

Таблиця 5.2























Ом

Ом




Град

Діл.

Діл.

Діл.

Діл.




град

%

100

200




























200

200




























300

200




























400

200




























500

200




























600

200




























800

200




























1000

200




























  1. Подати на вхід підсилювача ВВ напругу з лабораторного автотрансформатора, а на вхід підсилювача ГВ – напругу з генератора Л-30 і, змінюючи частоту генератора від 0 до 400 Гц, одержати на екрані ЕО стійкі зображення фігур Лісажу. Для кожної фігури визначити число точок торкання з вертикальною і горизонтальною лініями. Прийнявши частоту мережі за зразкову, обчислити вимірювану частоту ЕО, за отриманими даними визначити, похибку градуювання шкали генератора Л-30. Результати спостережень і обчислень занести до табл. 5.3.

Таблиця 5.3

, Гц





, Гц

, Гц



50
















50
















50
















50
















50
















50
















50
















  1. Подати від генератора Л-30 на вхід каналу В напругу. Встановити перемикач "Вольт/Діл." на величину зображення, зручну для спостережень. Змінюючи частоту генератора від 500 Гц до 20 кГц і "Тривалість розгортки" ЕО, одержати стійке зображення синусоїди. Користаючись масштабною сіткою і шкалою "Тривалість розгорнення", визначити: довжину періоду, час періоду , частоту . Прийнявши частоту, отриману при вимірі ЕО, за дійсне значення, обчислити відносну похибку градуювання шкали генератора. Результати спостережень і обчислень занести до табл. 5.4.
Таблиця 5.4

Час/діл.











мс/діл.

діл.

мс

Гц

Гц

%













500
















800
















1000
















2000
















5000
















10000
















20000





5.4 Звіт про роботу

У звіті повинні бути наведені:

  1. Найменування і ціль лабораторної роботи.

  2. Технічні і метрологічні характеристики приладів.

  3. Структурна схема осцилографа і схема будови електронно-променевої трубки.

  4. Схеми електричних кіл.

  5. Розрахункові формули, таблиці вимірів і обчислень. Приклади обчислень за наведеними формулами.

  6. Стислі висновки по роботі.



^
5.5 Контрольні запитання

  1. Призначення електронних осцилографів.

  2. Елементи структурної схеми осцилографа і їхнє призначення.

  3. Будова електронно-променевої трубки.

  4. Чутливість електронно-променевої трубки і параметри, що визначають її.

  5. Блок розгорнення осцилографа і його призначення.

  6. Синхронізація і її здійснення.

  7. Калібрування підсилювачів вертикального і горизонтального відхилень.

  8. Вимір напруги, струму, опору, частоти і кута зсуву фаз електронним осцилографом.




Схожі:

Вимір електричних величин електронним осцилографом iconВимір параметрів електричних кіл: R, L, m І c
Одержання практичних навичок роботи з омметрами, мегометрами, мостами постійного І змінного струму
Вимір електричних величин електронним осцилографом iconІ. наукові ступені кандидат технічних наук
Спеціальність: 05. 11. 05 –Методи та прилади вимірювання електричних та магнітних величин
Вимір електричних величин електронним осцилографом iconУдк 621. 314 Вплив параметрів фільтруючих установок на точність вимірювання електричних величин в трифазному мостовому випрямлячі
Млячів до необхідного рівня широке застосування знайшли згладжуючі фільтри різних типів. Дані пристрої приводять до зміни форми напруг...
Вимір електричних величин електронним осцилографом icon6. системы случайных величин совокупность n случайных величин Х
Совокупность n случайных величин (Х1, Х2, … Хn), рассматриваемых совместно, называется системой n случайных величин или n-мерной...
Вимір електричних величин електронним осцилографом icon6. системы случайных величин совокупность n случайных величин Х
Совокупность n случайных величин (Х1, Х2, … Хn), рассматриваемых совместно, называется системой n случайных величин или n-мерной...
Вимір електричних величин електронним осцилографом icon2 розрахунок основних електричних величин І вибір головної ізоляції
Вихідні дані для проектування трифазного двохобмоткового масляного трансформатора
Вимір електричних величин електронним осцилографом iconПерелік дисциплін, які виносяться для вступу на освітньо-кваліфікаційний рівень магістра зі спеціальності «Електричні станції»
...
Вимір електричних величин електронним осцилографом iconТипова програма кандидатських іспитів із спеціальності 05. 11. 05 Прилади та методи вимірювання електричних та магнітних величин
Приладобудування, метрологія та вимірювально-інформаційні системи й охоплює її основні розділи, знання яких необхідні висококваліфікованому...
Вимір електричних величин електронним осцилографом iconНазва модуля: Метрологія Код модуля: мсс 6105 С01
Вимірювальні засоби. Вимірювальні пристрої. Вимірювальні прилади. Вимірювальні перетворювачі. Міри електричних величин та стандартні...
Вимір електричних величин електронним осцилографом iconПрограма предмет Загальна фізика
Фізика як наука. Зв’язок фізики з математикою, іншими природни­чими науками, технікою. Методи фізичних досліджень. Вимірювання фізичних...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи