Лекция 1 введение icon

Лекция 1 введение



НазваниеЛекция 1 введение
Дата17.10.2016
Размер
ТипЛекция

СОДЕРЖАНИЕ


Лекция 1 – Введение……………………………………………………..2

Лекция 2 – Основные определения измерительной техники………….3

Лекция 3 – Погрешности измерений……………………………............5

Лекция 4 – Средства измерений………………………………………..10

Измерение постоянных токов и напряжений……………………..11

Расширение пределов измерения токов и напряжений…………..12

Лекция 5 – Средства измерений………………………………………...14

Измерение переменных напряжений. Детекторы………………..14

Электронные широкополосные и селективные вольтметры. Измерители уровней, способы подключения измерителей уровней………..15

Лекция 6 – Средства измерений………………………………………...17

Цифровые вольтметры…………………………….………………..17

Генераторы измерительных сигналов «RC», «LC». Классификация измерительных сигналов……………………………………………...………..20

Лекция 7 – Средства измерений………………………………………...25

Принцип получения изображения на экране осциллографа…………………………………………………..………………..25

Структурная схема универсального электронного осциллографа, параметры, виды развертки…………………………………………...………..25

Лекция 8 – Средства измерений………………………………………...29

Измерение частоты и интервалов времени. Частотомеры…………………………………………………...………………..29

Лекция 9 – Средства измерений………………………………………...30

Измерение сопротивлений, схемы омметров…….………………..30


1

ЛЕКЦИЯ 1

ВВЕДЕНИЕ

Термин метрология произошел от греческих слов: μετρον – мера и λογοξ – учение, слово.

В современном понимании метрология - это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Задачи измерений в технике связи заключаются в определении количественных значений параметров трактов связи и отдельных их элементов, параметров передаваемых и принимаемых сигналов, разного рода помех, а также результатов воздействия помех на сигналы связи.

Кроме величин, характеризующих работу электрических цепей вообще (напряжение, сила тока, сопротивление, частота), в технике связи измеряются и специфические величины (уровни по мощности и напряжению, разного рода затухания и усиления, фазовые характеристики, коэффициенты гармоник и др.).

Особенность измерения величин техники связи состоит в необходимости измерения их для весьма широкого спектра частот (от нескольких герц до десятков мегагерц), в достаточно большом динамическом диапазоне и с малыми погрешностями.

Нужно также иметь в виду, что в технике связи необходимо:

- контролировать работу объектов с распределенными постоянными, параметры которых достаточно часто нестабильны во времени;

- контролировать объекты в нескольких точках и оперировать одновременно на нескольких оконечных и промежуточных станциях;

- считаться с паразитными связями между соседними цепями, имеющими часто значительные длины параллельного пробега, и разного рода помехами.

В измерительной технике необходимо различать понятия объекта измерений и субъекта измерений.

Объект измерений – это цепи, каналы, тракты, аппаратура, узлы, определенные элементы, четырехполюсники.

Субъект измерений – это величина, полученная в результате косвенных измерений.

Литература [1] с. 1 – 4


2

ЛЕКЦИЯ 2

^ РАЗДЕЛ 1 ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Тема 1.1 Единицы физических величин, специальные единицы

Термины и определения основных понятий метрологии установлены ГОСТ.

^ Физическая величина – свойство, общее в качественном отношении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта.

Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств, то есть это процесс экспериментального сравнения данной физической величины с однородной физической величиной, значение которой принято за единицу.

^ Единица физической величины – физическая величина, которой по определению присвоено числовое значение, равное 1.

Единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью.

^ Средства измерений – это технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства.

По техническому назначению средства измерений подразделяются (виды средств измерений):

- мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера;

- измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем;

- измерительный преобразователь – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем;

- измерительная установка – совокупность функционально объединенных средств измерений, предназначенных для выработки

сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, и расположенных в одном месте;

- измерительная система – совокупность средств измерений, соединенных между собой каналами связи, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической


3

обработки, передачи и использования в автоматических системах управления.

^ Единицы физических величин

В Республике Беларусь введена Международная система единиц измерения СИ.

Единицы измерения физических величин подразделяются:

- основные;

- вспомогательные (производные).

Основные:

- метр (м); - килограмм (кг); - секунда (с);

- ампер (А); - кельвин (К); - кандела (кд)

Вспомогательные (производные):

- работа, энергия, количество теплоты – Дж (Н*м);

- мощность – Вт (Дж/с);

- напряжение, разность потенциалов – В (Вт/А);

- электрическое сопротивление – Ом (В/А);

- частота – Гц (1/с) и т.д.

Наименования кратных и дольных единиц образуются путем применения приставок:

- пико 10-12 (п); - дека 10 (да);

- нано 10-9 (н); - гекто 102 (г);

- микро 10-6 (м); - кило 103 (к);

- милли 10-3 (м); - Мега 106 (М);

- санти 10-2 (с); - Гига 109 (Г);

- деци 10-1 (д); - Тера 1012 (Т).

Специальные (внесистемные) единицы применяются для определения ослабления, усиления нелинейных искажений, уровней сигнала и др. параметров систем связи. В их основу положены логарифмические единицы измерений. Если используется десятичный логарифм, то единица измерения 1 дБ (децибел), если натуральный логарифм, то 1 Нп (непер).

1 дБ = 0,115 Нп; 1 Нп = 8,686 дБ

Единица измерения, выраженная в децибелах или неперах, называется уровнем (L), которые различают абсолютные, относительные и измерительные уровни передач.

Если за исходные величины принимаются значения Ро = 1 мВт; Uо = 0,775 В; Iо = 1,29 мА; Zо = 600 Ом – это абсолютные значения уровней.

Lм = 10 lg Р/Ро – уровень по мощности;

Lн = 20 lg U/Uо – уровень по напряжению;

Lт = 20 lg I/Iо – уровень по току;

Относительные уровни передачи – это логарифм отношения Р1, U1. I1,


4

измеренных в точке 1 к значению соответствующих величин, измеренных в

точке 2, или к среднему арифметическому этих величин, если измерений было три и более.

Абсолютные уровни по мощности, напряжению и току связаны между собой соотношениями.

- мощность и напряжение:

Lм = 10 lg (Р/Ро) = 10 lg (U12/Z1)/(U02/Z0) = 10 lg (U1/U0)2

-10 lg (Z1/Z2) = 20 lg U1/Ро – 10 lg (Z1/Z0) = Lн - 10 lg (Z1/Z0)

- напряжение и ток:

Lн = 20 lg (U1/U0) = 10 lg (I1* R1)/(I0* R0) = 20 lg (I1/I0)

-10 lg (R1/R0) = Lт + 20 lg (R1/R0)

Зная соответствующий уровень, можно определить действующие значения напряжения и мощности

U= 0,775*100,05*Lн

Р = 1*10-3 100,1*Lм

Задача 1.2.1 Определите уровень по напряжению Lн, если известен уровень по мощности Lм = 0 дБ на резисторе R = 150 Ом.

Решение: Уровни по мощности и напряжению связаны друг с другом выражением

Lм = Lн – 10 lg Z1/Z0,

где Z1 = R = 150 Ом

Z0 = 600 Ом

Если R = Z0, то Lм = Lн; если R > Z0, то Lм > Lн;

если R < Z0, то Lм < Lн;

Так как R < Z0, то Lм < Lн.

Lн = Lм + 10 lg Z1/Z0

Lн = 0 + 10 lg 150/600 = - 6,02 дБ

^ Литература [1] с. 4 - 9


ЛЕКЦИЯ 3

Тема 1.2 Погрешности измерений

Погрешность измерения - это отклонение результата измерения от истинного значения величины.

Истинное значение – это значение физической величины, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующие свойства объекта.

Точность измерения – качество измерений, отражающее близость к нулю систематических погрешностей результатов.

Достоверность измерений – степень доверия к результатам измерений.


5


Сходимость измерений – качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях.

Воспроизводимость измерений – качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в различных условиях.

Результат измерений всегда имеет погрешность.

По способу выражения погрешности подразделяются:

- абсолютная (∆А) – разность между результатом измерений Аизм и действительным значением измеряемой величины Адейст

∆А = Аизм - Адейст

- относительнаяА) – это отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины

δА = ∆А/Аизм ≈ ∆А/Адейст

По условиям измерений погрешности подразделяются:

- основные, возникающие при измерениях произведенных при условиях, принятых за нормальные: температура +20±5 ºС, относительная влажность 65±15 %, давление 100000±4000 Па;

- дополнительные, возникающие при измерениях произведенных при условиях, отличных от нормальных.

По характеру проявления погрешности подразделяются:

- систематические, остающиеся постоянными (или закономерно изменяющиеся) при повторных измерениях тем же способом и средствами;

- случайные, изменяющиеся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины.

ПРОМАХИ – это грубые ошибки, обусловленные неправильным отсчетом или расчетом, небрежностью измеряющего и т.п., которые в ряде измерений не учитываются. Для суждения о том, можно ли отнести какой-то результат измерений к промахам, часто применяют правило «трех сигм». Под величиной сигма (σ) понимается среднее квадратическое отклонение случайной величины Аn от ее среднего значения Аср:

σ = ±(1/√n-1)* √(А1ср)2 + (А2ср)2 + (А3ср)2 +…+ (Аnср)2

Результат измерений, отклоняющийся от Аср больше чем на 3 σ, обычно считают промахом.

ОСНОВНАЯ погрешность для измерительных приборов определяется их классом точности (К), который указывается на шкале или в паспорте прибора. У приборов с односторонней шкалой за норму принимается отсчет при отклонении стрелки на всю шкалу, называемый номинальным (Аном):

К = 100 ∆Апредном

Электроизмерительные приборы изготавливаются девяти классов точности: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

6

Относительная погрешность результата измерения δизм в данном случае определяется из соотношения

δизм (%) = (∆Апредном)*100 = (∆Аномизм)*К

Задача 1.3.1 Определить абсолютную и относительную погрешность результатов измерения напряжения в электрической цепи, если действительное значение напряжения равно 220 В, а были получены следующие значения: 221 В; 219 В; 217 В; 256 В; 220 В. Определить были ли промахи в результате измерения. Какой из полученных результатов измерен наиболее точно

Решение:

  1. Определяем абсолютную погрешность измерений

∆А = Аизм - Адейст

∆U1 = 221 – 220 = 1 В

∆U2 = 219 – 220 = - 1 В

∆U3 = 217 – 220 = - 3 В

∆U4 = 256 – 220 = 36 В

∆U5 = 220 – 220 = 0 В

2 Определяем относительную погрешность измерений

δА = ∆А/Аизм ≈ ∆А/Адейст

δU1 = 100∆U1/Uизм = 1/221 = 0,8 %

δU2 = 100∆U2/Uизм = 1/219 = 0,4 %

δU3 = 100∆U3/Uизм = 3/217 = 1,3 %

δU4 = 100∆U4/Uизм = 36/256 = 14 %

δU5 = 100∆U5/Uизм = 0/220 = 0 %

3 Определяем были ли промахи в результате проведенных измерений.

3.1 Определяем среднее арифметическое значение результатов измерений

Uср = (U1 + U2 + U3 + U4 + U5)/5

Uср = (221 + 219 + 217 + 256 + 220)/5 = 227 В

3.2 Определяем среднее квадратическое отклонение

σ = ±(1/√n-1)* √(А1ср)2 + (А2ср)2 + (А3ср)2 +…+ (Аnср)2

σ = ±(1/√5-1)*√(221-227)2 +(219-227)2 +(217-227)2+(256-227)2+(220-227)2

σ = ± 2*√ 36 +64 +169+841+49 = ± 68

3*σ = 3* 68 = 204

Ответ: Так как результат измерений не отклоняется от Uср больше чем на 3 σ, то промахов нет.

Задача 1.3.2 Стрелочным вольтметром с равномерной шкалой класса точности К = 1,5 и предельным значением шкалы Uк = 300 В измерены величины трех напряжений 250 В; 150 В; 75 В. Какое из указанных напряжений измерено наиболее точно?

7

Чему равна основная и относительная погрешность каждого измерения?

Построить график изменения величины относительной погрешности заданного прибора в координатах. Дать рекомендации по использованию данного прибора.

Решение:

1 Определяем относительную погрешность каждого измерения

δизм (%) = (∆Uпред/Uном)*100 = (∆Uном/Uизм)*К

δизм 1 = (300/250)*1,5 = 1,8

δизм 2 = (300/150)*1,5 = 3

δизм 3 = (300/75)*1,5 = 6

2 Определяем абсолютную погрешность каждого измерения

δизм (%) = (∆Апредном)*100

∆U = δ Uизм /100

∆U1 = 1,8*250 /100 = 4,5

∆U2 = 3*150 /100 = 4,5

∆U3 = 6*75 /100 = 4,5

Результат первого напряжения U1 = 250 В измерено наиболее точно, так как относительная погрешность его меньше остальных.

Строим график изменения величины относительной погрешности заданного прибора



Рисунок 1.1 – График изменения величины относительной погрешности заданного прибора

Данный вольтметр измеряет показания достаточно близкие к предельному значению шкалы.

^ МЕТОДИЧЕСКАЯ ПОГРЕШНОСТЬ - это погрешность, возникающая в результате включения измерительных приборов в исследуемую цепь и обусловленная потребляемой ими мощностью.

Методическая погрешность, возникающая при включении амперметра.



Рисунок 1.2 – Схема включения амперметра в электрическую цепь

Iх = U/R – до включения амперметра

8

Iх = U/(R + RА) – после включения амперметра в цепь

δА = (I - Ix)/Ix = - (RA/R)/(1 + RA/R) – методическая погрешность.

Так как

RA/R = I2 RA/ I2 R = PA/P,

То δА = - PA/P

где РА – мощность, потребляемая амперметром;

Р – мощность, потребляемая исследуемой цепью.

Следовательно, при измерении тока необходимо выбирать приборы, у которых потребляемая мощность значительно меньше мощности, рассеиваемой в исследуемой цепи. Поэтому необходимо, чтобы амперметр обладал как можно меньшим сопротивлением.

Методическая погрешность, возникающая при включении вольтметра.

Uх = I*R = Е*R/(R + R0), - до включения вольтметра

где Е – ЭДС источника тока;

R0 – внутреннее сопротивление источника тока



Рисунок 1.3 – Схема включения вольтметра в электрическую цепь

После включения вольтметра напряжение будет равно

Uх = ЕRRv/(RR0+RvR0+RRv)

Тогда методическая погрешность при включении вольтметра в электрическую цепь равна

δv = (U-Ux)/ Ux = - (R/Rv)/(1+ R/Rv+ R/R0)

Учитывая, что R/Rv = Рv/Р, получаем

δv = - (Рv/Р)/(1+R/R0),

где Рv – мощность, потребляемая вольтметром;

Р – мощность, потребляемая исследуемым резистором.

Следовательно, при измерении напряжения необходимо выбирать приборы, у которых потребляемая мощность значительно меньше мощности, рассеиваемой в исследуемой цепи. Поэтому необходимо, чтобы вольтметр обладал как можно большим сопротивлением.

Литература [1] с. 13 - 16


9

ЛЕКЦИЯ 4

^ РАЗДЕЛ 2 СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

Тема 2.1 Измерение постоянных токов и напряжений

Тема 2.2 Расширение пределов измерения токов и напряжений

Измерение – процесс нахождения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Классификация измерений

1 По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения делятся

- статические измерения соответствуют случаю, когда измеряемая величина остается постоянной во времени;

- динамические – когда измеряемая величина изменяется во времени.

2 ^ По способам получения результатов

- прямые, при которых искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных (измерение напряжения вольтметром);

- косвенные, то есть искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям (измерение мощности через значения тока и напряжения);

- совокупные, то есть одновременно измеряют несколько одноименных величин, и искомые значения величин находят, решив систему уравнения;

- совместные, производимые одновременно измерения двух или нескольких одноименных величин для нахождения зависимости между ними.

3 ^ По времени и месту проведения измерения подразделяются:

- лабораторные;

- производственные;

- строительно-монтажные;

- эксплуатационные.

4 ^ По методу измерения

- непосредственной оценки, в котором значение величины определяется непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия;

- сравнения с мерой, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Этот метод распадается на следующие:

а) противопоставления, когда измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами;


10

б) дифференциальный, когда на измерительный прибор воздействует разность измеряемой и известной величины, воспроизводимой мерой;

в) нулевой, когда результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля;

г) замещения, когда измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой;

д) совпадений, когда разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов.

Тема 2.1 Измерение постоянных токов и напряжений

Измерения токов и напряжений являются наиболее распространенными в технике связи.

Для измерения токов и напряжений применяют метод непосредственной оценки при помощи прямопоказывающих приборов– амперметра и вольтметра. Схемы включения данных приборов представлены в лекции 3 с. 9,10.

Амперметры и вольтметры позволяют измерять токи и напряжения от микро- до кило- ампер и вольт, поэтому к названию прибора прибавляется приставка (микроамперметр).

Далее будем говорить об измерениях параметров напряжения – это же относится и к токам.

На рисунке 2.1 приведена схема простейшего аналогового вольтметра.



Рисунок 2.1 – Упрощенная структурная схема аналогового вольтметра

Данный прибор состоит из электромеханического преобразователя и измерительного механизма.

Электромеханический преобразователь предназначен для преобразования энергии электромагнитного поля в механическую энергию.

В зависимости от вида преобразования их можно разделить на следующие системы:

- магнитоэлектрические, основанные на взаимодействии поля постоянного магнита и одного или нескольких контуров с электрическим полем;

- электромагнитные, основанные на взаимодействии поля соленоида с сердечником из магнитомягкого ферроматериала;

- электростатические, основанные на взаимодействии электрически заряженных тел (электродов);

- электродинамические, основанные на взаимодействии подвижных и неподвижных контуров (катушек) с токами;

11

- индукционные, основанные на взаимодействии переменных магнитных потоков с индуктированными ими в металлических подвижных частях электрическими токами;

- тепловые, в которых отклонение подвижной части происходит вследствие изменения геометрических размеров тела при нагревании его электрическим током.

Измерительный механизм в основном состоит из подвижной и неподвижной частей, на которые действуют механические силы, пропорциональные значению измеряемой величины. Они создают вращающий момент относительно оси подвижной части, под влиянием которого она совершает угловое перемещение.

Электрические измерительные приборы, содержащие усилитель, обычно называются электронными.

На рисунке 2.2 приведена схема электронного вольтметра для измерения постоянного напряжения.



Рисунок 2.2 – Схема электронного вольтметра для измерения постоянного напряжения

^ Входное устройство (ВУ) обеспечивает требуемое входное сопротивление и расширение пределов измеряемых напряжений в сторону больших значений. Обычно во входном устройстве для этих целей применяют делители напряжений.

Усилитель необходим для того, чтобы усилить входной сигнал Uвх до значения, необходимого для эффективной работы электромеханического преобразователя.

Назначение остальных блоков такое же, как и у аналогового вольтметра (см. с. 12).

Тема 2.2 Расширение пределов измерения токов и напряжений

Способы расширения пределов измерения токов:

- шунтирование магнитоэлектрических приборов, что позволяет измерять постоянные токи до нескольких тысяч ампер;

- использование трансформатора постоянного тока.

Способы расширения пределов измерения напряжения:

- включение в цепь добавочных резисторов;

- использование трансформатора постоянного напряжения

^ Литература [4] с. 281 – 283


12

ЛЕКЦИЯ 5

Тема 2.3 Измерение переменных напряжений. Детекторы

Тема 2.4 Электронные широкополосные и селективные вольтметры. Измерители уровней, способы подключения измерителей уровней

Тема 2.3 Измерение переменных напряжений. Детекторы

В отличие от постоянного напряжение переменное напряжение периодически изменяется. И оно характеризуется четырьмя параметрами напряжения:

- пиковое;

- среднее;

- средневыпрямленное;

-
U
среднеквадратичное.


t


Рисунок 2.3 – Синусоидальное напряжение

- Пиковое значение (амплитудное) – это наибольшее значение сигнала за время измерения Um

Uп (А) = Um

- ^ Среднее значение практически не используется

- Средневыпрямленное значение напряжения определяется выражением

Uс.в. = (2Um/π)*1,11

- Среднеквадратичное значение напряжения определяется следующим выражением

Uс.к. = Um/√2

В схемы для измерения переменного напряжения практически всегда включаются детекторы.

Детекторы служат для преобразования переменного напряжения в постоянное или пульсирующее.

Переменное напряжение необходимо преобразовывать в постоянное в связи с тем, что измерения постоянного напряжения являются наиболее достоверными.

В зависимости от преобразования напряжение на выходе детектора может быть пропорционально пиковому, среднеквадратичному или средневыпрямленному значению входного напряжения. Электронные вольтметры классифицируются по этим признакам.


13

Измерение переменного напряжения осуществляется косвенным путем, так как требует дополнительного расчета.

Схема простейшего линейного детекторного вольтметра имеет вид, представленный на рисунке 2.4.



Рисунок 2.4 – Схема простейшего линейного детекторного вольтметра

Сопротивление R, определяющее величину входного сопротивления прибора, берется многим больше, чем сопротивление диода VD1 в направлении пропускания.

Так как переменные составляющие выпрямленного напряжения шунтируются достаточно большой емкостью С, то микроамперметр магнитоэлектрической системы находится под воздействием среднего значения выпрямленного тока, прямо пропорционального величине

Iср = Uс.в./(R+r1),

где r1 – сопротивление диода VD1 в направлении пропускания.

То есть, прибор выдает показания прямо пропорциональные величине Uс.в

Диод VD2 создает путь для токов обратного направления, практически эквивалентный пути для тока, воздействующего на микроамперметр, благодаря чему входное сопротивление вольтметра остается примерно постоянным.

Структурная схема электронного вольтметра для измерения переменного напряжения представлена на рисунке 2.5.



Рисунок 2.5 – Схема электронного вольтметра

Назначение блоков описано в Лекции 4 с. 12, 13.

Назначение детектора описано выше.

Структурная схема универсального электронного вольтметра для измерения переменного и постоянного напряжения представлена на рисунке 2.6.



Рисунок 2.6 – Схема универсального электронного вольтметра

14

Назначение блоков описано выше.

Тема 2.4 Электронные широкополосные и селективные вольтметры. Измерители уровней, способы подключения

измерителей уровней

Измеритель напряжения, дающий одинаково точные результаты при измерении синусоидальных напряжений в определенной, достаточно широкой полосе частот, называют широкополосным (В3-33, В3-40).



Рисунок 2.7 – Структурная схема широкополосного измерителя напряжения

ВУ – входное устройство;

ИП – измерительный преобразователь;

ИМ – измерительный механизм;

ОУ – отсчетное устройство.

^ Широкополосный измеритель уровней (ШИУ) – предназначен для измерения уровней по напряжению и мощности синусоидального сигнала в широком диапазоне частот.

Поскольку в технике связи приходится измерять уровни малых напряжений, то измерители уровня строятся по схеме усилитель – детектор.

Чаще всего применяются измерители уровней по напряжению, когда за нулевой уровень принято напряжение U = 0,775 В.



Рисунок 2.8 – Структурная схема ШИУ

ПШ – переключатель шкал предназначен для расширения пределов измерений.

Прибор имеет три шкалы: верхняя шкала для измерения уровня в дБ; средняя и нижняя – в вольтах.

Переход от измеренного значения уровня по напряжению к величине U осуществляется по формуле

U = 0,775*10 0,05 Lн, В

ШИУ позволяет измерять уровни в диапазоне частот от 0,2 до 2,1 МГц.

Для обеспечения симметрии входных зажимов прибора во входном устройстве имеется симметрирующий трансформатор.

^ Входное устройство (ВУ) обеспечивает три величины входного сопротивления – 20 кОм, 600 и 135 Ом. При высокоомном входе ШИУ включается параллельно уже имеющемуся в цепи сопротивлению «в

15

параллель» и при этом измеряется уровень по напряжению. При 600-омном входном сопротивлении ШИУ оказывается включенным «в разрез» с нагрузкой и при этом измеряется уровень по мощности.

^ Избирательный (селективный) измеритель уровней ИУ-2,1-1 предназначен для измерения параметров линий передачи, для проведения настроечных и эксплуатационных измерений частотных характеристик групповых и линейных трактов систем передачи.



Рисунок 2.8 – Структурная схема ИУ-2,1-1

На селективную часть измерителя подается входной сигнал. Там происходит автоматическое включение необходимых ячеек ослабления аттенюатора. Их включение зависит от уровня входного сигнала.

В селективной части происходит преобразование входного сигнала в пакеты импульсов. Число импульсов в пакете пропорционально логарифму входного сигнала. Далее сигнал поступает на микропроцессор.

Микропроцессор обрабатывает результаты измерений, выполняет арифметические и логические операции, управляет работой измерительной части, синтезатором частоты, опрашивает клавиатуру, выводит информацию на информационное табло и обеспечивает через интерфейсное устройство совместную работу измерителя с другими приборами.

Дешифратор адресов обеспечивает раскодирование адресов, поступающих с микропроцессора. Адреса записи необходимы для записи команд, выдаваемых микропроцессором функциональным узлам. Адреса чтения предназначены для чтения информации, выдаваемой другими функциональными узлами микропроцессору.

Преобразователь код-аналог преобразует коды, поступающие по шине данных от микропроцессора, в аналоговую величину.

Синтезатор частоты вырабатывает сигнал в диапазоне частот 5,01 – 7,1 МГц.

16

Измеритель работает по принципу селективного измерения уровня в диапазоне частот 10…2100 кГц.

Литература [1] с. 32 – 42


ЛЕКЦИЯ 6

Тема 2.5 Цифровые вольтметры

Тема 2.6 Генераторы измерительных сигналов «RC», «LC». Классификация измерительных генераторов

Тема 2.7 Генераторы на биениях, генераторы колебаний специальной формы

Тема 2.5 Цифровые вольтметры

Наибольшее распространение из времяимпульсных методов, реализуемых в цифровых вольтметрах, нашли различные варианты метода двойного интегрирования, обеспечивающего измерение среднего значения Ux.

Структурная схема ЦВ с двойным интегрированием дана на рисунке 2.9.



Рисунок 2.9 – Структурная схема ЦВ с двойным интегрированием

Измеряемое напряжение преобразуется в пропорциональное число счетных импульсов. Цикл преобразования Тц состоит из двух интервалов времени Т1 и Т2. В начале цикла устройство управления вырабатывает импульс калиброванной длительности Т1, который подается на один из входов электронного переключателя. Поэтому в течение интервала Т1 на вход интегратора через входное устройство и электронный переключатель поступает измеряемое напряжение постоянного тока. Начинается первый такт интегрирования «вверх», при котором выходное напряжение интегратора растет по линейному закону. Крутизна этого напряжения пропорциональна напряжению Ux.

Длительность первого такта интегрирования равна длительности Т1 управляющего импульса. В момент окончания импульса Т1 триггер перебрасывается из состояния «0» в состояние «1» и электронный


17

переключатель соединяет вход интегратора с источником опорного напряжения Uоп и, полярность которого противоположна полярности измеряемого напряжения. Начинается второй такт интегрирования «вниз», в течение которого напряжение на выходе интегратора линейно убывает. Скорость убывания этого напряжения пропорциональна значению опорного напряжения.

Момент Т2, когда напряжение на выходе интегратора становится равным нулю, определяет окончание второго такта интегрирования. При этом, срабатывает устройство сравнения, и триггер переводится из состояния «1» в состояние «0».

С выхода триггера на один из выходов временного селектора поступает прямоугольный импульс длительностью Тх = Т2 – Т1, который заполняется счетными импульсами, подсчитываемыми счетчиком. Их число пропорционально измеряемому значению напряжения. Цикл измерения закончен.

Структурная схема ЦВ с преобразованием напряжения в частоту дана на рисунке 2.10.



Рисунок 2.10 – Структурная схема ЦВ с преобразованием напряжения в частоту

ЦВ данного типа преобразует напряжение постоянного тока в частоту следования импульсов.

Данный ЦВ работает периодически. Длительность одного цикла измерения постоянна и определяется в основном длительностью эталонного интервала времени, в течение которого измеряется частота сигналов. Момент начала измерения устанавливается по управляющим сигналам, поступающим на задающий генератор со схемы запуска.

Работа ЦВ в течение одного цикла измерения осуществляется следующим образом. Перед началом измерения счетчик устанавливается в нулевое состояние. Управляющий импульс с выхода схемы запуска поступает на генератор образцовых «интервалов времени» с кварцевой стабилизацией частоты. Импульсы с эталонной длительностью поступают на вход делителя частоты, на выходе которого формируется импульс с эталонной длительностью Т0.


18


Измеряемое напряжение Uх через входной делитель и усилитель подается на вход преобразователя «напряжение - частота». Импульсы с выхода преобразователя «напряжение - частота» поступают на вход схемы «И». Число импульсов Nx с частотой Fx, прошедшее на выход схемы «И» за интервал Т0, фиксируется счетчиком и индицируется цифровым индикатором.

Структурная схема ЦВ поразрядного кодирования дана на рисунке 2.11.



Рисунок 2.11 – Структурная схема ЦВ поразрядного кодирования

ЦВ последовательно сравнивает измеряемое напряжение с рядом образцовых напряжений, значения которых задаются по определенному закону. Число, соответствующее набору образцовых напряжений, которым компенсируется измеряемое напряжение, представляет это значение в закодированной форме.

Данный ЦВ работает периодически. За один цикл измерений выполняется одно измерение. Время цикла измерения определяется выбранным алгоритмом формирования компенсационного напряжения.

Входное напряжение Uх поступает на вход делителя, а с его выхода через входной усилитель напряжения k*Uх поступает на вход схемы сравнения. По сигналу запуска начинает работать тактовый генератор. Импульсы с его входа поступают на вход схемы управления. Под действием каждого тактового импульса на выходе схемы управления формируются кодовые сигналы, которые поступают на входы ЦАП и одновременно на входы дешифратора. На выходе ЦАП формируется компенсирующее напряжение, которое поступает на другой вход схемы сравнения. Схема сравнения в зависимости от знака разности Uкомп - k*Uх подает соответствующий сигнал в схему управления. Данный сигнал воздействует на ЦАП таким образом, что в течение нескольких тактов происходит уравновешивание k*Uх напряжением Uкомп в соответствии с выбранным кодом.

В момент уравновешивания значение кода управления фиксируется в схеме управления и через дешифратор поступает на входы индикатора, где оно высвечивается в виде десятичных цифр.

19

Тема 2.6 Генераторы измерительных сигналов «RC», «LC». Классификация измерительных генераторов

Электронный генератор – это устройство, преобразующее электрическую энергию источника постоянного тока в энергию незатухающих электрических колебаний заданной формы и частоты.

Генераторы синусоидальных колебаний подразделяются на автогенераторы типа LC и автогенераторы типа RC.

LC – генератор

Автогенераторы типа LC состоят из колебательного контура, в котором возбуждаются колебания нужной частоты.



Рисунок 2.12 – Структурная схема генератора LC

RC - генератор



Рисунок 2.13 – Структурная схема генератора RC

Принцип работы задающего генератора типа RC состоит в использовании двухкаскадного усилителя на резисторах с частотно-зави- симой положительной обратной связью. Она осуществляется с помощью делителя, одно плечо которого образовано последовательным соединением конденсатора С1 с сопротивлением R1, а второе - параллельным соединением конденсатора С2 с сопротивлением R2 (как правило, C1 = C2 и R1 = R2). Можно показать, что при такой схеме баланс фаз, соблюдение которого необходимо для самовозбуждения генератора, выполняется только для одной частоты

f = 1/2πRC

где R=R1 = R2 и C=C1 = C2

Коэффициент усиления при этом ^ К=3.

С помощью изменений одной величины, R или С, меняется диапазон генерируемых частот (ступенчатая регулировка), а меняя другую величину, получают плавное изменение частоты в поддиапазоне.


20

Задающий генератор не может подключаться непосредственно к нагрузке, так как ее сопротивление вызовет уменьшение усиления, нарушение условий самовозбуждения и «срыв» генерации. Поэтому после генератора включается усилитель мощности, первый каскад которого работает в буферном режиме. Выходной каскад усилителя мощности, как правило, двухтактный со строго симметричной cxeмой и глубокой отрицательной обратной связью, чем обеспечиваются достаточно малая величина коэффициента гармоник и стабильность работы генератора.

Измерительный генератор импульсных сигналов




Рисунок 2.14 – Структурная схема генератора импульсных сигналов

Задающий генератор, который представляет собой перестраивае­мый по частоте RC - генератор, создает в заданном диапазоне частот синусоидальные колебания, которые, в зависимости от режима рабо­ты либо непосредственно поступают через регулятор напряжения на усилитель мощности и далее на аттенюатор и выход, либо предвари­тельно формируются в блоке формирователя прямоугольного сигна­ла.

Через гнездо «СИНХР» генератор синхронизируется синусои­дальным сигналом от внешнего источника.

Стабилизированный источник питания обеспечивает стабиль­ность выходных параметров при колебаниях напряжения питающей сети.

Генератор широкого диапазона частот

Генератор измерительный ГИ - 2,1 - 1 (генератор широкого диа­пазона частот) является источником смодулированных гармониче­ских сигналов. Генератор используется при измерениях в диапазоне частот 10 - 2100 кГц. Он обладает возможностью программного управления частотой, уровнем выходного сигнала и вывода информа­ции на внешнее регистрирующее устройство через канал общего пользования (КОП).


21



Рисунок 2.15 – Структурная схема генератора широкого диапазона частот

Клавиатура генератора предназначена для ручной установки ре­жимов и параметров выходного сигнала генератора, а дисплей пред­назначен для индикации режимов и параметров сигнала.

Микропроцессор предназначен для контроля частоты синтезатора ВЫХОДНОГО уровня генератора, индикации параметров сигнала генера­тора, обслуживания клавиатуры и дисплея и программной реализации части функций КОП.

Основным назначением синтезатора частоты является вырабаты­вание сигнала в диапазоне 5,01 - 7,1 МГц, стабилизированного сигна­лом опорного кварцевого генератора.

В выходном устройстве производится формирование выходного сигнала в частотном диапазоне 10-2100 кГц с уровнем, программи­руемым в пределах от 0 до - 79,9 дБ.

Интерфейс предназначен для подключения генератора с другими измерительными приборами через магистраль КОП.

Генератор по принципу действия относится к устройствам с кварцевой стабилизацией частоты, т. с. все выходные часто­ты являются производными одной опорной частоты, стабилизирован­ной кварцем.

С помощью клавиатуры возможно управление частотой и уров­нем выходного сигнала. Синтезатор частоты вырабатывает сигнал в диапазоне 5,01 - 7,1 МГц. При смешивании указанного сигнала син­тезатора с сигналом фиксированной частоты 5 МГц на выходе преоб­разователя частоты образуется сигнал в диапазоне частот 10 - 2100 кГц. В выходном усилителе происходит усиление сигнала до необхо­димого уровня. Программируемый аттенюатор производит ослабле­ние сигнала в выходном усилителе от 0 до - 79,9 дБ.

Измерительный генератор синусоидальных сигналов НЧ

Измерительным генератором сигналов называется прибор, соз­дающий электрические сигналы с известными параметрами - часто­той, напряжением (мощностью) и формой. Основное назначение из­мерительных генераторов –

22

имитация сигналов, поступающих на вход исследуемого устройства.

Выходная частота может изменяться плавно (генераторы с плав­ной настройкой) или дискретно (генераторы с фиксированной на­стройкой). Установка частоты может выполняться ручным или авто­матическим способом.

По форме выходных сигналов генераторы делятся на генераторы синусоидальных сигналов и генераторы импульсов. Генераторы сину­соидальных сигналов предназначены для работы в диапазонах НЧ, ВЧ и СВЧ.

Рассмотрим некоторые из самых распространенных генераторов. На рисунке 2.16 приведена структурная схема генератора синусоидаль­ных сигналов НЧ.



Рисунок 2.16 – Структурная схема генератора синусоидальных сигналов НЧ

Декада 200 MHz предназначена для пропускания на вход декад­ного делителя частоты сигнала только в течение длительности стро-бирующего импульса, вырабатываемого блоком автоматики.

Блок декад подсчитывает количество импульсов и выдает инфор­мацию в распределитель импульсов. Он обеспечивает хранение ре­зультата измерения на время последующего цикла измерения, а также вырабатывает в соответствующей последовательности импульсы включения цифровых индикаторов.

Блок индикации предназначен для визуального индицирования в цифровой форме результата измерения и отображения единиц изме­рения.

Блок стабилизаторов вырабатывает стабилизированные питаю­щие напряжения.

Опорный кварцевый генератор предназначен для выдачи высоко-стабильного опорного сигнала частотой 5MHz, задающего базу вре­мени прибора.


23

Тема 2.7 Генераторы на биениях, генераторы колебаний специальной формы



Рисунок 2.17 – Структурная схема генератора на биениях

На рис. 2.17 приведена структурная схема генератора на биениях (ИГ-300). Принцип ее действия состоит в воздействии на модуля­тор М напряжений от двух высокочастотных генераторов, Г1 и Г2, и получении на выходе после фильтрации разностной низкой часто­ты f1f2.

В схеме рис. 2.17 генератор Г1 вырабатывает синусоидальные колебания постоянной частоты = 1,7 МГц. Генератор Г2 с переменной частотой выполнен по такой же схеме, как и Г1. В контуре генератора кроме постоянных элементов L и С (не показанных на схеме) имеется конденсатор переменной емкости Со, обеспечивающий изменение частоты генератора Г2 в пределах 1,7—1,4 МГц.

На оси этого конденсатора укреплена контактная группа, за мыкающая цепь реле, производящего переключение выходных трансформаторов Тр1 и Тр2. В зависимости от диапазона получаемых от генератора частот включается либо низкочастотный трансформатор (до 30 кГц), либо при срабатывании реле – высокочастотный (от 10 до 300 кГц).

Напряжение от генераторов Г1 и Г2 поступает на модулятор М через катодные повторители КП, введенные для согласования эквивалентного сопротивления контура с низким входным сопротивлением модулятора. На выходе модулятора включен фильтр нижних частот Д-300, имеющий полосу пропускания (0,2—300 кГц). Потенциометр РУ на выходе фильтра дает возможность плавно регулировать уровень напряжения, поступающего на вход усилителя в пределах 2 Нп. Выделенное с помощью фильтра напряжение разностной частоты (f1f2) поступает на широкополосный трехкаскадный усилитель.

В выходном устройстве возможно включение автоматически согласовывающегося с выходным сопротивлением генератора удлинителя с затуханием 2 Нп.

^ Литература [1] с. 23 – 32; 46 – 49


24

ЛЕКЦИЯ 7

Тема 2.8 Принцип получения изображения на экране осциллографа

Тема 2.9 Структурная схема универсального электронного осциллографа, параметры, виды развертки

Тема 2.8 Принцип получения изображения на экране осциллографа

Для измерений напряжения с помощью осциллографа используют либо калибратор амплитуд, либо для сравнения некоторое образцовое, контролируемое по величине напряжение.

Для контроля частоты сигнала, а также для суждения об угле сдвига двух напряжений одной и той же частоты собственный генератор развертки обычно отключается, и развертывающим является некоторое опорное напряжение, подаваемое на вход X. При измерении частоты такое образцовое напряжение должно быть от образцового генератора, имеющего высокие точность и стабильность частоты. При подаче на входы X и У синусоидальных напряжений, частоты которых относятся как целые числа, на экране возникают фигуры Лиссажу. На рисунке 2.18 изображено построение такой фигуры для соотношения частот fy = 2fx при совпадении начальных фаз.



Рисунок 2.18 – Получение фигуры Лиссажу

Тема 2.9 Структурная схема универсального электронного осциллографа, параметры, виды развертки

Осциллографом называется прибор для визуального наблюдения и регистрации электрических сигналов, а также для измерения их па­раметров.

Основная функция осциллографа заключается в воспроизведении и графическом виде различных электрических колебаний (осцилло­грамм), гак как это принято в радиотехнике. Чаще всего с помощью осциллографа наблюдается зависимость напряжения от времени. Ось х является осью времени, а по оси у откладывается напряжение сигна­ла. При помощи осциллографа можно измерять различные параметры сигнала: амплитуду, длительность, частоту, глубину модуляции и т. п.

25

Для получения осциллограмм, отображающих быстрые процессы, используются электроннолучевые осциллографы, в которых под воз­действием электрического сигнала электронный пучок, вызывающий свечение люминесцирующего экрана, отклоняется практически мгно­венно.

Главным элементом электронного осциллографа является элек­троннолучевая трубка (ЭЛТ) с электростатическим управлением лу­чом. Она предназначена для отображения формы исследуемого сиг­нала. Для удобного расположения осциллограммы на экране элек­троннолучевой трубки в электронных осциллографах предусмотрена возможность ее смещения вверх и вниз по оси Y, а также вправо и влево но оси X масштабной сетки. Смещение осуществляется специ­альными потенциометрами, ручки управления которых, выведены на переднюю панель электронного осциллографа.

Канал вертикального отклонения электронного осциллографа предназначен для преобразования мгновенного напряжения измеряе­мого сигнала в соответствующее отклонение электронного пятна по оси Y экрана трубки. Он состоит из входного устройства, усилителя и вертикально отклоняющих пластин трубки.

Внешние развертки электронных осциллографов создаются сто­ронними источниками напряжений, подключаемыми па вход X ос­циллографа, который работает в режиме внешней развертки, т.е. при выключенном внутреннем генераторе развертки. Напряжение внеш­ней развертки в общем случае может иметь любой вид, а при иссле­довании параметров непериодических процессов быть также непе­риодическим.

В ряде случаев внешняя развертка создастся путем подачи на­пряжения развертки не только на горизонтальные, но и на вертикаль­ные отклоняющие пластины трубки. При этом исследуемый сигнал подается или на вертикально отклоняющие пластины, т.е. параллель­но напряжению развертки, или на капал Z электронного осциллогра­фа. В последнем случае информация об исследуемых параметрах сиг­нала представляется в виде модуляции яркости луча.



Рисунок 2.19 – Структурная схема осциллографа


26

В технике связи применяются следующие виды разверток: линей­но-непрерывная, синусоидальная, эллиптическая или круговая, спи­ральная, ждущая.

При линейной развертке в качестве образцовой частоты исполь­зуется частота генератора развертки данного осциллографа. Напряже­ние неизвестной частоты подают на вход канала вертикального от­клонения осциллографа, а частоту генератора развертки (при выве­денной ручке напряжения синхронизации) изменяют до тех пор, пока на экране не получится изображение одного периода. При этом изме­ряемая частота равна установленной частоте развертки. На экране ос­циллографа можно получить изображение нескольких периодов, при этом измеряемая частота больше частоты развертки в п раз, где п -число периодов.

При синусоидальной развертке напряжение неизвестной частоты подается на вход вертикального отклонения, а напряжение образцо­вой частоты на вход горизонтального отклонения. Генератор разверт­ки осциллографа выключается. Изменяя образцовую частоту, доби­ваются неподвижной или медленно движущейся фигуры Лиссажу.

Полученную фигуру нужно мысленно пересечь вертикальной и горизонтальной линиями и сосчитать число пересечений или ветвей фигуры по вертикали nв и по горизонтали nг (см. рисунок 2.20). Отно­шение этих чисел равно отношению образцовой и измеряемой частот

nв/nг = fобр/fх

Откуда

fх = fобр nг/ nв




Рисунок 2.20 - Определение неизвестной частоты по фигуре Лиссажу.

При круговой развертке напряжение образцовой частоты через фазосдвитающую цепочку RC подают на оба входа осциллографа (см. рисунок 2.21).

На экране осциллографа появляется линия развертки в виде ок­ружности, которая вращается с частотой сигнала образцового генера­тора, т. е. время одного оборота равно длительности периода. Напря­жение неизвестной частоты подают па модулятор электронно-лучевой трубки, и оно изменяет яркость линии развертки 1 раз в течение пе­риода измеряемой частоты.


27

Если частоты fx и foбр равны друг другу, то половина окружности будет светлой, а половина - темной. Если же fx больше foGP, то ок­ружность становится состоящей из штрихов, число которых равно п -отношению неизвестной и образцовой частот.




Рисунок 2.21 - Получение круговой развертки при помощи фазосдвигающей цепочки RC.

п = fx / foбр,

откуда fx = n*foбр

Круговая развертка позволяет измерять частоты с кратностью большей, чем при синусоидальной развертке, так как штрихи считать удобнее, чем пересечения.

При спиральной развертке исследуемое напряжение подается на амплитудный модулятор. Несущей в данном случае является сину­соида, а модулирующим сигналом - напряжение пилообразной фор­мы. На рисунке 2.22 приведена спиральная развертка.



Рисунок 2.22 – Спиральная развертка

Период спиральной развертки определяется периодом модулирующего напряжения.

Ждущая развертка применяется для исследования различных им­пульсных процессов. Сущность ее состоит в том, что напряжение раз­вертки подается только в то время, когда импульс поступает па вход электронного осциллографа.

^ Литература [1] с. 51 – 64


28

ЛЕКЦИЯ 8

Тема 2.10 Измерение частоты и интервалов времени. Частотомеры

Частота является важнейшей характеристикой переменного напряжения. Ее измерение или контроль ее стабильности представляет собой одну из наиболее распространенных операций. В связи исполь­зуется широкий диапазон частот: от нескольких сот килогерц до де­сятков гигагерц. Низкочастотный диапазон охватывает полосы частот от 20Гц до 120 кГц.

Частота f и время Т являютcя обратными величинами: f = 1/Т, где f измерено в герцах, а Т - в секундах. Кроме того, частота связана с длиной волны известным выражением: f =с/λ, где с = 3 • 108 м/с - скорость света в свободном пространстве; λ - длина волны в метрах. Следовательно, измерения частоты, времени или длины волны теоре­тически равноценны, но практически в большинстве случаев измеря­ются частоты и интервалы времени. Длину волны при необходимости легко вычислить.

Частоту можно измерить несколькими методами: методом срав­нения, резонансным и методом дискретного счета. Рассмотрим один из них - метод дискретного счета. Он основан на счетно-импульсном принципе, заключается в том, что счетный блок считает количество поступающих на его вход импульсов в течение определенного интер­вала времени.

При измерении частоты счетный блок считает количество им­пульсов, сформированных из входного (измеряемого) сигнала, за время длительности стробимпульса. Длительность стробимпульса (время счета) в этом режиме задается опорными частотами.

При измерении периода или длительности импульсов счетный блок считает количество импульсов опорной частоты (частоты запол­нения или меток времени) за время длительности стробимпульса. Длительность стробимпульса при этом равна измеряемому периоду или длительности. На рисунке 2.23 приведена схема цифрового часто­томера. Он предназначен для измерения частоты и периода сигналов.



Рисунок 2.23 – Частотомер

29

При измерении периода (вход В) во входном устройстве роисходит деление частоты сигнала в диапазоне 200 - 1000 МГц в 8 раз до величины, соответствующей диапазону рабочих частот прибора. При измерении частоты (входы А, Б) во входном устройстве происходит усиление сигнала до необходимого уровня и преобразование его в импульсы.

Блок автоматики управляет всем циклом измерений, вырабатывая стробимпульс, длительность которого равна времени счета.

Декада 200 MHz, предназначена для пропускания на вход декад­ного делителя частоты сигнала только в течение длительности стробимпульса, вырабатываемого блоком автоматики.

Блок декад подсчитывает количество импульсов и выдает инфор­мацию в распределитель импульсов. Он обеспечивает хранение ре­зультата измерения на время последующего цикла измерения, а также вырабатывает в соответствующей последовательности импульсы включения цифровых индикаторов.

Блок индикации предназначен для визуального индицирования в цифровой форме результата измерения и отображения единиц изме­рения.

Блок стабилизаторов вырабатывает стабилизированные питаю­щие напряжения.

Опорный кварцевый генератор предназначен для выдачи высокостабильного опорного сигнала частотой 5MHz, задающего базу вре­мени прибора.

^ Литература [1] с. 75 – 78


ЛЕКЦИЯ 9

Тема 2.11 Измерение сопротивлений, схемы омметров

Для измерения величин сопротивления применяют омметры. Омметр – это прибор для измерения сопротивлений постоянным током. Различают две схемы омметров – с последовательным и параллельным включением измеряемого резистора относительно измерительного прибора с внутренним сопротивлением .

Схема с последовательным включением применяется для измере­ния больших сопротивлений (рисунок 2.24), а с параллельным (рисунок 2.25) - малых. Все величины, кроме постоянны, поэтому шкала индика­тора покажет величину измеряемого сопротивления. Источник ЭДС с течением времени разряжается, и перед каждым измерением омметр необходимо калибровать.


30



Рисунок 2.24 – Схема омметра с последовательным включением ^

Омметры с последовательным включением измеряемого резистора калибруются при коротком замыкании ключом К зажимов, предназначенных для включения Rx, путем изменения напряжения U регулировкой сопротивления калибровочного реостата Rк на отметку "0".



Рисунок 2.25 – Схема омметра с параллельным включением

Омметры с параллельным включением измеряемого резистора калибруются при разомкнутых зажимах прибора с помощью и тех же органов регулировки, добиваясь установки стрелки на отметку "∞".

Рассмотренные схемы омметров являются простейшими. В ос­новном применяются многопредельные омметры. Они позволяют из­мерять большие значения сопротивлений. Для этого в схему вводят набор дополнительных резисторов, переключаемых при изменении предела измерения. Это позволяет уменьшить погрешность измере­ний и упрощает отсчет показаний.



Рисунок 2.26 – Схема мегаомметра

Здесь образцовый и измеряемый резисторы включены последова­тельно. Сопротивления Roбp и Rx сравнивают, измеряя напряжения Ux и Uoбр, создаваемые на них одним и тем же током. Так как отно­шение напряжений Ux/Uoбр = Rx/Roбp, отсчет сопротивления Rx может осуществляться но показаниям стрелочного прибора, которым может быть электронный вольтметр.


31

Цифровой измеритель сопротивлений

В последнее время чаще всего используются цифровые измерите­ли сопротивлений. На рисунке 2.27 изображена схема цифрового моста.



Рисунок 2.27 – Цифровой измерите­ль сопротивлений

К диагонали моста CD подключен источник постоянного напря­жения. Для уравновешенного моста справедливо соотношение Rx*R2 = R1*R3. откуда измеряемое сопротивление Rx = R1*R3/ R2.

В диагональ моста АВ включен нуль-орган, вырабатывающий сигналы для автоматического подбора образцовых сопротивлений R1, и R2. Первое из которых (R1) обеспечивает автоматический выбор пределов измерения сопротивления Rx, а второе (R2) определяет из­меряемое сопротивление Rх. Выбранная последовательность включе­ния образцовых сопротивлений обусловлена кодом. В цифровых мос­тах чаще всего используют код 2421, то есть сначала включают об­разцовое сопротивление "весом" 2, затем 4, затем 2 и, наконец, 1. При переходе от старшей декады к младшей сопротивления образцовых резисторов уменьшаются в 10 раз (0,2 - 0,4 - 0,2 - 0,1 и далее 0,02 - 0,04 - 0,02 - 0,01). На этапе измерения сопротивления Rx в плечо R2 включают последовательно во времени четыре группы со­противлений, обеспечивая четырехзначный отсчет сопротивления Rx. Компенсация моста фиксируется нуль-органом.

Последовательность циклов работы цифрового моста обеспечива­ется блоком управления. С помощью этого блока сначала выбирают необходимый предел измерения (сопротивление R1), затем подбирают образцовые сопротивления R2 и в последнем такте с блока управления подают сигнал на дешифратор, преобразующий измерительную ин­формацию (определяемую сопротивлениями R2), в десятичный четы­рехразрядный код. Этим обеспечивается цифровой отсчет измеряемо­го сопротивления.

Литература [1] с. 64 – 66


32

^ УО «ВЫСШИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ СВЯЗИ»

ВИТЕБСКИЙ ФИЛИАЛ


КАФЕДРА ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ


КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ 1 – 9


По дисциплине «Метрология и измерения»

Для студентов дневной и заочной формы обучения уровня ССО


специальности 2 - 45 01 03 – Сети телекоммуникаций.


ВИТЕБСК 2006

Составитель: Воронович И.Т.


В конспекте лекций рассмотрены основные теоретические вопросы дисциплины согласно тематического плана.


Издание утверждено на заседании филиала кафедры ТКС


Протокол №_______от «___»_____________2006 г.


Зав. Филиалом кафедры ТКС_______________/Варнава Л.А./


КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ 1 – 9


По дисциплине «Метрология и измерения»

Для студентов дневной и заочной формы обучения уровня ССО


специальности 2 - 45 01 03 – Сети телекоммуникаций.


Набор и оформление: Воронович И.Т.


Учреждение образования

«Высший государственный колледж связи»

Витебский филиал

210001 г. Витебск, Ильинского, д. 45, ауд. 201




Похожие:

Лекция 1 введение iconЛекция 5 (10 в общем цикле)
Введение в синтаксис и семантику схем смд-подхода (Введение в синтаксис и семантику графического языка смд-подхода). Второй семестр,...
Лекция 1 введение iconЛекция 37, Щедровицкий П. Г
Введение в синтаксис и семантику графического языка смд подхода. Лекция 37, Щедровицкий П. Г
Лекция 1 введение iconЛекция введение в Visual Basic for Applications, из которой вы узнаете, как запустить среду программирования и как в ней создавать, редактировать, сохранять и выполнять код. Основные темы этой лекции
Эта лекция – введение в Visual Basic for Applications, из которой вы узнаете, как запустить среду программирования и как в ней создавать,...
Лекция 1 введение iconЛекция 1 Глава 1 Введение в анализ
...
Лекция 1 введение iconЛекция Введение в сетевые ос
Современная информационно-вычислительная система (ивс) является сложным многоуровневым комплексом взаимодействующих аппаратных и...
Лекция 1 введение iconЛекция 15. 09. 11 Введение в экономическую теорию (ЭТ)
Экономика – наука, изучающая использование ограниченных ресурсов в целях обеспечения потребностей людей, а также, их отношения в...
Лекция 1 введение iconЛекция введение в макроэкономику. Макроэкономика
Макроэкономика – раздел экономической теории, изучающий экономику в целом, на уровне агрегированных показателей
Лекция 1 введение iconТема Введение в макроэкономику лекция – 2 часа Основные понятия
Семинарских и практических занятияй, темы рефератов, рекомендуемые вопросы для самопроверки, обсуждения и углубления знаний
Лекция 1 введение iconЛекция 1 Введение. Цели и задачи дисциплины
С точки зрения выбора методов и технических средств обработки случайных сигналов важно выделить два основных направления развития...
Лекция 1 введение iconВ. В. Петухова (1997-98 гг.) (В скобках приведены даты лекций и продолжительности фрагментов). Раздел Введение в психологию Лекция
Сравнительная характеристика научной и житейской психологии. Специфика научно-психологического знания (1: 15)
Разместите ссылку на наш сайт:
Уроки, сочинения


База данных защищена авторским правом ©izlov.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
связаться с нами