Головна

Вимірювання активної потужності і енергії в трифазних ланцюгах.

  1.  A. Вільна енергія дорівнює 0, зміна ентропії прагне до мінімально можливого значення, спостерігаються потоки енергії і речовини в навколишнє середовище і назад.
  2.  B. Процес, при якому для повернення системи в початковий стан потрібні витрати енергії.
  3.  D. АТ називається перехід речовин крізь мембрану, що протікає з витратами хімічної енергії.
  4.  II. АНАЛІЗ ВИРОБНИЧОЇ ПОТУЖНОСТІ ПІДПРИЄМСТВА.
  5.  АКТИВІЗАЦІЯ ЕНЕРГІЇ У ВСЬОМУ ТЕЛЕ У ПОЛОЖЕНИИ лежачи
  6.  Аналіз використання виробничої потужності
  7.  АТФ як джерело енергії для біохімічних реакцій

У трифазній системі незалежно від схеми з'єднання навантаження (трикутником або зіркою) миттєве значення потужності р системи дорівнює сумі миттєвих значень потужності окремих фаз. Для вимірювання потужності, а отже, і енергії трифазної системи можуть бути застосовані один прилад, два прилади або три прилади. Метод одного приладу застосовується в симетричних трифазних системах. В асиметричній системі, в якій значення струмів, напруг і кутів фазового зсуву неоднакові, використовується метод двох приладів

Нарешті, в самому загальному випадку, в тому числі і в чьотирьох асиметричною системі застосовується метод трьох приладів.

Розглянемо методи вимірювання потужності, що дає також уявлення і про методи вимірювання енергії.

Метод одного приладу. Якщо трифазна система симетрична, а фази навантаження з'єднані зіркою з доступною нульовою точкою, то однофазним ваттметром вимірюють потужність однієї фази. Для отримання потужності всієї системи показання ваттметра потроюють. Можна також виміряти потужність при з'єднанні фаз навантаження трикутником, але за умови, що послідовну обмотку ваттметра можна включити в одну з фаз навантаження.

Якщо навантаження включена трикутником або зіркою з недоступною нульовою точкою, то застосовують включення ватметра зі штучною нульовою точкою, яка створюється за допомогою двох додаткових резисторів з активним опором. Для отримання потужності всієї системи показання ваттметра потрібно потроїти. Те ж саме буде і при з'єднанні навантаження зіркою.

Для вимірювання енергії така схема не застосовується через велику індуктивності паралельної ланцюга лічильника.

Метод двох приладів. Цей метод застосовують в асиметричних трьохпровідних ланцюгах трифазного струму. Можливі три варіанти схеми включення двох приладів. Аналіз роботи ватметрів за цими схемами показує, що в залежності від характеру навантаження фаз знак показань кожного з ватметрів може змінюватися. Активна потужність трифазної системи в цьому випадку повинна визначатися як алгебраїчна сума показань обох ватметрів.

Метод трьох приладів. У тому випадку, коли несиметрична навантаження включається зіркою з нульовим проводом, т. Е. Коли є асиметрична трифазна чотирипровідна система, застосовують три ваттметра. При такому включенні кожен з ватметрів вимірює потужність однієї фази. Повна потужність системи визначається як арифметична сума показань ватметрів.

У промислових умовах застосовують дво- і трифазні ватметри і лічильники, які представляють собою поєднання в одному приладі двох або трьох однофазних вимірювальних механізму, що мають загальну рухому частину, на яку діє сумарний крутний момент всіх елементів.

Вимірювання реактивної потужності і енергії в трифазного ланцюга. Реактивну потужність трифазної мережі можна уявити як суму реактивних потужностей окремих фаз. Виміряти реактивну потужність (енергію) трифазної мережі можна різними способами: за допомогою звичайних ватметрів (лічильників), що включаються за спеціальними схемами, і за допомогою реактивних ватметрів (лічильників). При повній симетрії трифазної мережі реактивну потужність можна виміряти одним ваттметром. Для визначення реактивної потужності всієї системи показання ваттметра множать на Oз. Схема з одним ваттметром навіть при незначній асиметрії системи дає великі похибки. Кращі результати отримують при вимірюванні реактивної потужності двома ватметр.

При нерівномірному навантаженні фаз, але симетричній системі напруг (часткова асиметрія) реактивна потужність трифазної мережі може бути виміряна двома однаковими ваттметром активної потужності зі штучною нульовою точкою. Для створення штучної нульової точки використовують резистор, опір якого дорівнює опору паралельної ланцюга ваттметра. У разі рівномірного навантаження фаз, для отримання реактивної потужності трифазної мережі суму показань ватметрів множать на O3.

На основі цього методу випускають реактивні лічильники, придатні як для трьохпровідних, так і чотирьох провідних ланцюгів трифазного струму.

При непрямих методах вимірювання електричної енергії, наприклад при перевірці лічильників електричної енергії, використовують електродинамічні ватметри і секундоміри.

Вимірювання кількості електрики. Для вимірювання кількості електрики застосовують балістичні гальванометри, Кулонметри і лічильники ампер-годин. Всі ці прилади включають послідовно в ланцюг вимірюваного струму або безпосередньо, або за допомогою шунта.

Балістичні гальванометри застосовують для вимірювання малих кількостей електрики, що протікають протягом коротких проміжків часу. Похибка вимірювання кількості електрики балістичним гальванометром значною мірою залежить від співвідношення часу проходження імпульсу струму через котушку гальванометра і періоду вільних коливанні його рухомої частини і може складати ± (5-10)%.

Кулонметри служать для вимірювання кількості електрики в імпульсах струму, що протікають за час від 0,05 до 2 с при амплітуді струму від 20 до 200 мА. Наведена похибка вимірювання Кулонметри не перевищує ± 5%. Особливістю роботи Кулонметри є необхідність сталості амплітуди імпульсу вимірюваного струму, т. Е. Застосування його обмежується виміром кількості електрики прямокутних імпульсів.

Лічильники ампер-годин застосовують для вимірювання кількості електрики, що протікає протягом тривалого часу. Їх використовують, наприклад, для обліку кількості електрики, що протікає в ланцюзі навантаження акумуляторних батарей, для обліку кількості електрики в електролізних цехах і т. П. Наведена похибка магнітоелектричних лічильників ампер-годин не перевищує ± 0,5%. Наведена похибка електронних лічильників ампер-годин не більше ± 1%. Наведена похибка електролітичних лічильників ампер-годин більше і може досягати ± (2-4)%.

ВИМІРЮВАННЯ ЧАСТОТИ, ФАЗИ, часових ІНТЕРВАЛІВ,

Загальні відомості. При наукових дослідженнях і у виробничій практиці часто зустрічається необхідність вимірювання частоти, фазового зсуву між напругою і струмом навантаження в ланцюгах промислової частоти і між періодичними напруженнями однакової частоти будь-якої форми.

Діапазон частот періодичних сигналів, які використовуються в різних областях науки і техніки, дуже широкий - від часткою герца до десятків гігагерц. Весь спектр частот електромагнітних коливань ділять на два діапазони - низьких і високих частот. До низьких частотах відносять інфразвукові (нижче 20 Гц), звукові (20-20000 Гц) і ультразвукові (20-200 кГц). Високочастотний діапазон, в свою чергу, поділяють на високі частоти (200 кГц - 30 МГц), ультрависокі (30-300 МГц) і надвисокі (вище 300 МГц). Вимірювання частоти в високочастотному діапазоні (ультра-і надвисокі частоти) відносять до Радіовимірювань.

Вимірювання частоти в порівнянні з вимірами інших фізичних величин можливо з дуже великою точністю, обумовленою високою помехозащищенностью частотного сигналу і можливістю перетворення частоти з великою точністю в цифровий код. Похибка вимірювання частоти залежить від використовуваних засобів і методів вимірювань і різна для різних діапазонів частот.

Часовий інтервал відрізняється різноманіттям форм уявлення. Так, часовий інтервал може бути у вигляді періоду синусоїдальних коливань, періоду проходження імпульсів, інтервалу між двома імпульсами, у вигляді тривалості імпульсу і т. П. Діапазон вимірюваних тимчасових інтервалів дуже широкий: від часток мікросекунди до десятків годин і більше.

У деяких випадках частота і час пов'язані між собою обернено пропорційною залежністю і можуть бути виміряні з однаковою точністю. Гранична точність вимірювань часових інтервалів і частоти визначається точністю державного первинного еталона, що забезпечує відтворення одиниць часу і частоти з середнім квадратичним відхиленням результату вимірювання, Державний первинний еталон передає розмір одиниць часу і частоти через вторинні еталони, зразки-копії, робочі еталони зразковим засобам вимірювань часу і частоти. Діапазон вимірювання кута фазового зсуву становить 0 ?360 °. Деякі засоби вимірювань градуируют не в одиницях кута зрушення, а в безрозмірних одиницях коефіцієнта потужності. Точність вимірювання кута фазового зсуву залежить від частоти напруги (струмів), фазовий зсув між якими вимірюється, а також від застосовуваних засобів і методів вимірювань.

Гранична точність вимірювань кута фазового зсуву визначається державним спеціальним еталоном кута фазового зсуву між двома електричними напруженнями. Для робочих засобів вимірювань межі допустимих абсолютних похибок складають від 0,03 до 5 °.

Вимірювання частоти. Залежно від діапазону вимірювань і необхідної точності використовують різні засоби і методи вимірювань.

Для вимірювання частоти у вузькому діапазоні (45-55; 450- 550 Гц і т. Д.) При найбільшій частоті 2500 Гц застосовують електродинамічні і електромагнітні частотоміри. Класи точності електродинамічних частотомеров 1; 1,5; електромагнітних частотомеров - 1,5; 2,5.

Для вимірювання низької частоти у вузькому діапазоні (48-52; 45-55 Гц і т. Д.) Можуть застосовуватися резонансні частотоміри. Клас точності таких частотомеров 1-2,5.

У діапазоні високих і надвисоких частот частота може вимірюватися високочастотними резонансними частотомірами, в яких, на відміну від електромеханічних резонансних частотоміри, використовується коливальний контур з котушки індуктивності і конденсатора. Похибка вимірювання частоти в цьому випадку становить ± (0,05-0,1)%.

Для вимірювання частоти електричних сигналів набув поширення метод порівняння, що відрізняється відносною простотою, порівняно високою точністю і придатністю для використання в широкому діапазоні частот. Вимірюється частота визначається з рівності або кратності відомій частоті. Індикатором рівності чи кратності частот може служити електронний осцилограф. Цей спосіб вимірювання частоти придатний для вимірювання частот в межах смуги пропускання електронно-променевої трубки. Вимірювання частоти можна виробляти при лінійної, синусоїдальної і кругової розгортках.

При лінійної розгортці період сигналу вимірюваної частоти порівнюється з періодом розгортки, або з періодом міток часу калібратора тривалості. У першому випадку враховується коефіцієнт розгортки, а результат вимірювання частоти визначається за формулою. При вимірюванні частоти за допомогою міток часу калібратора тривалості встановлюють на екрані кілька періодів вимірюваної частоти і регулюють період міток так, щоб їх зображення потрапляло в одну і ту ж точку кожного періоду. Перевагою цих способів є можливість дослідження коливань будь-якої форми, недоліком - низька точність: похибка може досягати ± (5-10)%.

Більш точні результати можуть бути отримані при порівнянні двох коливань синусоїдальної форми методом фігур Ліссажу. На одну з пар відхиляють пластин осцилографа подають. синусоїдальна напруга відомої частоти, а на іншу - досліджувана напруга. Змінюючи відому частоту, домагаються отримання кривої на екрані у вигляді нерухомої або повільно переміщається фігури Ліссажу. По виду фігури Ліссажу судять про частоту і фазовому зсуві досліджуваної напруги.

Кратність частот при будь-якій формі нерухомого зображення фігури визначають за кількістю перетинів зображення фігури горизонтальною і вертикальною лініями. Цей метод застосовують лише при відносно невеликій кратності частот, зазвичай не перевищує 10, тому що в противному випадку фігури Ліссажу стають заплутаними і практично не піддаються розшифровці.

При більшій кратності порівнюваних частот кращим виявляється метод кругової розгортки. У цьому випадку два рівних напруги низької частоти fx з фазовим зрушенням 90 ° подають на обидва входи осцилографа. Під дією цих напруг промінь на екрані описує коло з частотою напруг. Напруга вимірюваної частоти подають до електрода, модулюючій яскравість електронного променя (канал Z). При кратності частот на екрані буде зображення кола у вигляді штрихової лінії. Число темних або світлих штрихів одно кратності частот При кругової розгортці порівнювати частоти можна до кратності 50, а при фотографуванні осцилограми - до декількох сотень.

Похибка осцилографічних методів вимірювання частоти визначається головним чином похибкою визначення еталонної частоти і може бути доведена до 10-4-10-6.

Останнім часом перераховані методи і засоби вимірювання частоти все більш витісняються виміром за допомогою цифрових частотомеров.

Вимірювання часових інтервалів. Для вимірювання часових інтервалів застосовують електронно-променеві осцилографи та цифрові вимірювачі тимчасових інтервалів.

При застосуванні електронно-променевого осцилографа часовий інтервал вимірюють, використовуючи мітки часу калібратора з відомим періодом тривалості, або з огляду на коефіцієнт розгортки. Похибка вимірювання часових інтервалів в цьому випадку досягає 5 10%.

Для вимірювання часових інтервалів одноразово протікають імпульсних процесів необхідно застосовувати осцилографи з достатнім післясвіченням.

Для вимірювання часових інтервалів дуже малої тривалості імпульсів (10-9 -10-10 с) використовують стробоскопические осцилографи, принцип дії яких полягає у вимірюванні миттєвих значень повторюваних сигналів за допомогою коротких так званих стробирующих імпульсів напруги.

Вимірювання фазового зсуву. Для вимірювання фазового зсуву між напругою і струмом навантаження в ланцюгах промислової частоти застосовують електродинамічні фазометри класів точності 0,2; 0,5.

У симетричних трифазних ланцюгах коефіцієнт потужності може вимірюватися спеціальними трьохфазні фазометри, класи точності яких 1,5; 2,5.

У несиметричною трифазного ланцюга вимірюють фазові зрушення між напругою і струмом в кожній фазі окремо. При цьому струмові затискачі фазометра включають послідовно в фазу трифазного ланцюга, а потенційні - між фазою і нульовою точкою трифазного ланцюга. Якщо нульова точка недоступна, то її створюють штучно.

Великого поширення набули цифрові фазометри, що мають частотний діапазон вхідних напруг до 150 МГц. Наведена похибка цифрових фазометрів ± (0,1- 0,5)%.

Для вимірювання фазового зсуву застосовують електронно-променеві осцилографи. Найпростіше вимірювання фазового зсуву виконують за допомогою двопроменевих або двохканальних осцилографів. У цьому випадку на екрані отримують зображення двох напруг, що дає можливість виміряти часовий зсув між напругою і період і оцінити фазовий зсув. Похибка вимірювання може досягати ± (5-10)%.

Фазовий зсув може бути виміряний також з використанням фігур Ліссажу. Значення фазового зсуву визначають відрізки осей координат, певні по зображенню. Похибка визначення фазового зсуву становить (5-10)%.

Більш високу точність вимірювання можна отримати, використовуючи електронно-променевий осцилограф як нуль-індикатор. У цьому випадку між джерелом одного напруги і відповідним входом осцилографа включається фазовращающее пристрій. Фазовий зсув регулюється фазовращающім пристроєм доти, поки фігура Ліссажу на екрані осцилографа чи не перетвориться в пряму лінію. Вимірюваний фазовий зсув в цьому випадку відраховується за шкалою фазообертача.

Для вимірювання фазового зсуву, а також коефіцієнта потужності (або косинуса кута зсуву) можна скористатися також непрямим методом трьох приладів: амперметра, вольтметра і ватметра. Недоліком цього методу є підсумовування похибок окремих засобів вимірювальної техніки і необхідність одночасного відліку показань трьох приладів і обчислення значення шуканої величини.

ВИМІРЮВАННЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ ВЕЛИЧИН МЕТОДАМИ ПОРІВНЯННЯ З МІРОЮ

Загальні відомості. Порівняння вимірюваної величини з мірою відбувається при будь-якому вимірі. У багатьох випадках міра замінюється деяким її еквівалентом і безпосередньо в процесі вимірювання не використовується. Наприклад, в електромеханічних приладах відлік виміряного значення проводиться за шкалою, яка заздалегідь градуюється за допомогою заходів. У великій групі засобів вимірювань реалізується метод порівняння вимірюваної величини з мірою, і вимірювання полягають у встановленні рівності або певного співвідношення між значенням вимірюваної величини і значенням міри.

У пристроях порівняння може бути застосована міра однорідна з вимірюваноївеличиною або неоднорідна. Наприклад, при вимірюванні індуктивності за допомогою моста змінного струму в якості міри можна використовувати ємність конденсатора. У цих випадках визначення значення вимірюваної величини виробляється на підставі відомої математичної залежності вимірюваної величини від заходи, що реалізується в засобі вимірювання.

Методи порівняння відомі наступні: диференційний, нульовий, заміщення, збіги.

При диференціальному методі вимірюється величина порівнюється з заходом, а значення вимірюваної величини дорівнює сумі показання приладу і відомої величини - заходи. Диференціальний метод дає точний результат вимірювання, якщо вимірювана величина і міра мало відрізняються один від одного. Наприклад, якщо різниця їх дорівнює 1% і вимірюється з похибкою до 1%, то похибка вимірювання зменшується до 0,01%. Прикладом диференціального методу служить вимір вольтметром різниці двох напруг, з яких одна є мірою, а інше - шуканої величиною.

нульовий метод - це метод порівняння вимірюваної величини з мірою, при якому результуючий ефект від впливу на індикатор заходи і вимірюваної величини дорівнює нулю. У разі рівного розподілу напружень вимірюваного і заходи зникає струм в ділянці ланцюга або напруга на ньому, що може бути зафіксовано спеціальним приладом - нуль індикатором. Внаслідок високої чутливості нуль індикаторів і великий точності заходи виходить велика точність вимірювань. Приклад нульового методу - вимірювання електричного опору мостом. На основі нульового методу діють потенціометри (компенсатори) постійного і змінного струму.

Метод заміщення полягає в почерговому вимірі шуканої величини і вимірі цим же приладом заходи, що відтворює вимірювану величину. За результатами двох вимірювань може бути обчислена шукана величина. Внаслідок того, що обидва вимірювання робляться одним і тим же приладом в однакових зовнішніх умовах, а шукана величина визначається по відношенню показань приладу, в значній мірі зменшується похибка результату вимірювання. Приклад методу заміщення - вимірювання опору шляхом почергового вимірювання сили струму, що протікає через шуканий опір і зразкове.

метод збігу - це такий, при якому для вимірювання використовують збіг відміток шкал або періодичних сигналів. Приклад - вимір швидкості обертання тіла стробоскопом. Якщо живити неінерціонную освітлювальну лампу від джерела короткочасних імпульсів відомої частоти і висвітлювати нею мітку на обертовому тілі, то по положенню міток можна визначити швидкість обертання тіла. Якщо мітка здається нерухомою, то час цілого числа обертів тіла дорівнює одному періоду спалаху лампи. Похибка вимірювання дорівнює похибки періоду джерела, яке живить лампу. Ця похибка може бути незначна.

МОСТОВІ СХЕМИ

Загальні відомості. Мостові схеми широко застосовуються в електровимірювальної техніки. Вони дають можливість вимірювати опір, індуктивність, ємність і кут втрат конденсаторів, взаємну індуктивність і частоту. Мостові схеми широко використовуються також для вимірювання неелектричних величин електричними методами. Наприклад температури, малих переміщень, і інших.

Широке застосування мостових схем пояснюється великою точністю вимірів, високою чутливістю, можливістю вимірювання різних величин.

Міст містить резистори, включені чотирикутником. Кожен резистор називається плечем (або гілкою) моста. У діагональ, звану вихідний, включений нуль-індикатор, наприклад гальванометр; висновки іншої діагоналі підключені до джерела струму.

Якщо твори опорів резисторів протилежних плечей рівні, міст урівноважений, ток в вихідний діагоналі дорівнює нулю. З цього випливає можливість включення вимірюваногоопору в будь плече моста і визначення його величини через опору трьох інших плечей.

У мостах змінного струму опору плечей моста мають комплексний характер. Для врівноваженого стану моста необхідно рівність творів комплексних опорів протилежних плечей. Тому для рівноваги мостів змінного струму необхідно регулювати два параметра схеми, щоб виконати обидві умови рівноваги моста:

1. Рівність творів комплексних опорів протилежних плечей;

2. Рівність сум кутів зсуву струмів щодо напруг в протилежних плечах.

1) Z1Z4 = Z2Z3 z1z4expj(j1+ j4) = Z2z3expj (j2+ j3) ? 2) j1+ j4 = j2+ j3 .

Ці умови рівносильні і обов'язкові для досягнення рівноваги моста.

Друга умова вказує, при якому розташуванні комплексних опорів можна врівноважити схему. Якщо в двох суміжних плечах включені чисто активні опори, то в двох інших суміжних плечах можуть бути включені індуктивності або ємності.

Якщо активні опори включені в протилежні плечі, то в одне з протилежних плечей повинна бути включена індуктивність, в інше - ємність.

Мости, в яких вимірюється величина визначається з умови рівноваги, називаються врівноваженими. Іноді вимірювана величина визначається по струму або напрузі вихідний діагоналі моста. Такі мости називаються неврівноваженими.

Чутливість мостів - це відношення приросту вихідного сигналу до приросту вхідної величини. Вихідним сигналом мостової схеми може бути струм, напруга або потужність. Вхідний величиною є вимірювана величина (опір, індуктивність і ін.), Включена в плече моста. Відповідно до цього розрізняють чутливість мостової схеми по струму, напрузі і потужності. Доведено, що чутливість моста максимальна, коли опору всіх плечей рівні між собою і дорівнюють опору гальванометра.

Мости для вимірювання опору на постійному струмі

Одинарними мостами постійного струму називають четирехплечіе мости з живленням від джерела постійного струму. Вони використовуються для вимірювання опору на постійному струмі. Як нуль індикаторів в мостах постійного струму застосовуються магнітоелектричні гальванометри.

Процес вимірювання полягає в тому, що в один з плечей моста включають вимірюваний опір і, змінюючи опір іншого плеча, домагаються відсутності струму в ланцюзі гальванометра. З умови рівноваги визначається значення опору.

Одинарні мости постійного струму вельми поширені; відомий ряд конструкцій затих приладів з різними характеристиками. Похибка моста залежить від меж виміру і вказується зазвичай в паспорті моста.

Конструктивно мости оформляються у вигляді переносних приладів; вони розраховані на роботу з власним або зовнішнім нуль індикатором.

При вимірюванні малих опорів (менших 10 Ом) на результат вимірювання істотно впливає опір сполучних проводів, включених послідовно з вимірюваним опором. Похибка, що вноситься сполучними проводами, може виявитися неприпустимою. Зменшити її можна, включивши вимірюваний опір по 4-х затискної схемою. У цьому випадку два дроти входять в ланцюзі діагоналей, а два інші - в ланцюзі суміжних плечей, тому опору проводів не впливають на результат вимірювання.

ЕЛЕКТРОННО-променевий осцилограф

Загальні відомості. Електронно-променеві (електронні) осцилографи призначені для візуального спостереження, вимірювання та реєстрації електричних сигналів. Можливість спостереження змінюються в часі сигналів робить осцилографи надзвичайно зручними при визначенні різних амплітудних і часових параметрів спостережуваних сигналів. Важливими перевагами осцилографів є широкий частотний діапазон, висока чутливість і великий вхідний опір. Все це зумовило їх широке практичне застосування.

Осцилографи можуть бути призначені для спостереження та вимірювання безперервних або імпульсних процесів; періодичних і неперіодичних сигналів безперервного і імпульсного характеру в широкому (до 100 МГц) діапазоні частот. Випускаються також осцилографи спеціального призначення: багатофункціональні зі змінними вхідними блоками, що запам'ятовують для реєстрації одиночних імпульсів, стробоскопические для дослідження високочастотних процесів та інші. За кількістю одночасно досліджуваних сигналів осцилографи можуть бути одноканальними і двоканальними. Останнім часом набули поширення цифрові електронні осцилографи.

Осцилографи можуть відрізнятися чутливістю, пропускною здатністю, похибкою відтворення форми кривої і іншими характеристиками.

В основі роботи будь-яких електронних осцилографів лежить перетворення досліджуваних сигналів на видиме зображення, що отримується на екрані електронно-променевої трубки.

Електронно-променеві трубки. Найпростіша однопроменева трубка (ЕПТ) являє собою скляний балон, з якого відкачано повітря і в якому розташовані підігрівається катод, модулятор (сітка), фокусує анод А1, що прискорює анод А2, дві пари взаємно перпендикулярних пластин, що відхиляють - горизонтальні і вертикальні відхиляють. Внутрішня поверхня дна балона - екран - покрита люмінофором, здатним світитися під дією бомбардування електронами. Сукупність катода, сітки і анодів називають електронною гарматою. Конструктивно ці електроди виконані у вигляді циліндрів, розташованих по осі трубки. Електронна гармата випромінює вузький пучок електронів - електронний промінь. Для цього на електроди гармати подають напругу. Інтенсивність електронного променя регулюють шляхом зміни негативного щодо катода напруги на модуляторі, що призводить до зміни яскравості світіння люмінофора. Напруга на першому аноді фокусує потік електронів у вузький промінь, що дозволяє отримати на екрані трубки світла пляма малого розміру. Для прискорення електронів до швидкості, необхідної для світіння люмінофора, на другий анод подається висока позитивна напруга. Сформований електронний промінь проходить між парами відхиляються пластин і під дією напруг, прикладених до цих пластин, відхиляється, відповідно, по осях координат Х і У, викликаючи зсув світиться плями на екрані трубки.

Осцилографічні електронно-променеві трубки характеризуються чутливістю, пропускною здатністю, тривалістю післясвітіння, робочою площею екрану, кольором світіння люмінофора. чутливість трубки ST = L / u, де l - Відхилення променя на екрані трубки, викликане напругою u, прикладеним до відхиляючі пластини. зазвичай Sт = 0,5?5 мм / В. Зі збільшенням частоти напруги чутливість трубки падає. Верхня частота смуги пропускання трубки дорівнює такій частоті, при якій її чутливість зменшується до значення 0,707 (На 3 дБ), де - Чутливість на малих частотах. У розглянутих електронно-променевих трубок верхня частота приблизно 100 МГц.

Тривалість післясвітіння екрану характеризують часом від моменту припинення дії електронного променя до моменту, коли яскравість зображення складе 1% початкової. Трубки з тривалим післясвіченням (більше 0,1 с) полегшують спостереження неперіодичних і повільно змінюються сигналів. Спеціальні запам'ятовують трубки дозволяють зберегти зображення сигналу на інтервали часу від декількох хвилин до декількох діб.

Робоча площа екрану визначається діаметром трубки. Випускають трубки з діаметром 70 мм і більше. Тип люмінофора визначає колір світіння екрана. Зазвичай знаходять застосування трубки із зеленим кольором світіння. Для фотографування зображення з екрану осцилографа використовують трубки з блакитним світінням екрана.

Пристрій і принцип дії осцилографа. Спрощена функціональна схема осцилографа включає в себе електронно-променеву трубку, вхідний дільник напруги, підсилювач вертикального відхилення, що складається з попереднього підсилювача, лінії затримки і вихідного підсилювача, блок синхронізації, генератор розгортки, підсилювач горизонтального відхилення і калібратори амплітуди і тривалості.

Досліджуваний сигнал подається на вхід Y каналу вертикального відхилення, що включає в себе вхідний дільник і підсилювач вертикального відхилення. Вихідна напруга підсилювача, вступаючи на вертикальні відхиляють, управляє відхиленням електронного променя в трубці по осі Y. Для отримання необхідного розміру зображення на екрані вхідний сигнал посилюється (або слабшає) в каналі вертикального відхилення до необхідного значення, що визначається чутливістю трубки. Послідовне включення дільника напруги і підсилювача вертикального відхилення забезпечує значний діапазон досліджуваних напруг.

При подачі змінної напруги на вхід Y електронний промінь викреслює на екрані осцилографа вертикальну лінію. Для отримання зображення, розгорнутого в часі, необхідно зміщувати (розгортати) промінь по осі Х з рівномірною швидкістю. Це здійснюється подачею на відхиляють лінійно змінюється пилкоподібної напруги. У разі рівного розподілу періодів напруг і розгортки на екрані виходить нерухоме зображення одного періоду досліджуваного сигналу. При збільшенні періоду пилкоподібної напруги в п раз на екрані з'явиться зображення п періодів досліджуваного сигналу.

Напруга розгортки виробляє генератор розгортки. Реальна крива напруги розгортки має час прямого і час зворотного ходу - час повернення променя в початкове положення. Для того щоб під час зворотного ходу електронний промінь не креслить лінії на екрані осцилографа, його гасять на цей час шляхом подачі негативного імпульсу на модулятор. Дослідження сигналів в широкому діапазоні частот забезпечується переключенням частоти пилкоподібної напруги, передбаченому в генераторі розгортки. Це дозволяє проводити спостереження досліджуваних сигналів в потрібному масштабі часу. Вихідна напруга генератора посилюється до значення, необхідного для керування електронним променем у ЕПТ і отримання зображення необхідного розміру.

Для отримання стійкого зображення на екрані осцилографа частота пилкоподібної напруги розгортки повинна бути кратна частоті досліджуваного сигналу. Витримати точно кратність частот на практиці виявляється складно внаслідок «відходу» частоти генератора і зміни частоти досліджуваного сигналу. Це призводить до нестійкості зображення сигналу. Для забезпечення стійкості зображення в осцилографі є блок синхронізації, який вніс зміни частоти генератора (в деяких межах) відповідно до частоти досліджуваного процесу. Для цього сигнал з каналу вертикального відхилення подається на блок синхронізації, на виході якого виробляються імпульси синхронно зі зміною досліджуваного сигналу для управління генератором розгортки, примусово змушуючи його працювати з частотою, кратною частоті вхідного сигналу. Такий режим роботи генератора розгортки називається безперервним. Він застосовується при спостереженні періодичних сигналів. При дослідженні неперіодичної послідовності імпульсів або одиночних імпульсів безперервний режим роботи призводить до того, що положення зображення імпульсів на екрані по осі часу стає невизначеним. У цьому випадку застосовують режим очікування роботи генератора, при якому генератор розгортки виробляє пилкоподібний імпульс тільки з приходом досліджуваного імпульсу. При такому режимі забезпечується стійке положення зображення цих імпульсів на екрані.

У осцилографах передбачається також можливість запуску генератора розгортки від зовнішнього джерела (зовнішня синхронізація). Для цього є спеціальний вхід «Вхід синхронізації» і перемикач.

Для розширення функціональних можливостей осцилографа є додаткові входи, що дозволяють здійснити управління електронним променем. У багатьох осцилографах передбачена можливість управління відхиленням променя по осі Х зовнішнім напругою. Для цього у осцилографа є «Вхід X», На який подається зовнішнє керуючу напругу, і відповідний перемикач. У осцилографах є також затискачі «Вхід пластин X» і «Вхід пластин Y», що дозволяють подавати зовнішнє напруга безпосередньо на пластини електронно-променевої трубки. У деяких осцилографах є вхід Z, який через розділовий конденсатор (або спеціальний підсилювач) з'єднаний з модулятором М електронно-променевої трубки. Подаючи імпульси напруги на цей вхід, можна модулювати (змінювати) яскравість світіння зображення на екрані. Це дозволяє, наприклад, відзначати характерні точки на зображенні, подаючи імпульси на вхід Z в необхідні моменти часу.

При вимірюванні амплітудних і часових параметрів досліджуваних сигналів зазвичай вимірюють відповідні геометричні розміри зображення сигналу на екрані і за допомогою коефіцієнтів відхилення і коефіцієнтів розгортки, що характеризують чутливість каналів, визначають значення цих параметрів. Для підвищення точності вимірювань осцилографи мають калібратори амплітуди і тривалості, що дозволяють контролювати і встановлювати номінальні значення коефіцієнтів відхилення і коефіцієнтів розгортки. Калібратори представляють собою генератори прямокутних імпульсів з відомими значеннями амплітуди і частоти. змінюючи посилення, домагаються нормованого відхилення променя на екрані, що призводить до встановлення відповідного коефіцієнта відхилення. За періодом каліброваного імпульсу можна перевірити або встановити нормоване значення коефіцієнта розгортки.

Основні характеристики осцилографів. коефіцієнт відхилення - відношення напруги вхідного сигналу до відхилення променя (в поділках шкали), викликаному цією напругою. У найбільш поширених осцилографів коефіцієнт відхилення знаходиться в діапазоні 50 мкв / справ --10 В / справ. Коефіцієнт відхилення - параметр, зворотний чутливості осцилографа до напруги.

Смуга пропускання - діапазон частот, в межах якого коефіцієнт відхилення змінюється не більше ніж на 3 дБ (приблизно 30%) щодо його значення на деякій середній (опорної) частоті. Для низькочастотних осцилографів смуга пропускання знаходиться в діапазоні від 0 до 1-5 МГц; для універсальних осцилографів верхня частота сягає десятків мегагерц, для високочастотних - сотень мегагерц.

Для вимірювання імпульсних сигналів важливими є параметри перехідної характеристики - час наростання перехідної характеристики і максимальний викид.

коефіцієнт розгортки - відношення часу до відхилення променя, викликаного напругою розгортки за цей час. Коефіцієнт розгортки - параметр, зворотний швидкості переміщення променя по осі X.

Основна похибка вимірювання напруги і основна похибка вимірювання тимчасових інтервалів визначаються максимально допустимими похибками вимірювання відповідних параметрів при подачі на вхід осцилографа стандартного сигналу синусоїдальної або прямокутної форми. Залежно від значень цих похибок випускають осцилографи чотирьох класів точності - 1, 2, 3, 4, що мають, відповідно, основнi похибки вимірювання, які не перевищують 3, 5, 10, 12%. Часто замість основних похибок вимірювань нормують основні похибки коефіцієнта відхилень і коефіцієнта розгортки, а також нелінійність відхилення і розгортки.

Параметри входів осцилографа визначаються вхідним активним опором і вхідний ємністю. Зазвичай вхідний опір більше 1 МОм, а вхідні ємність становить десятки пикофарад.




 Основні поняття вимірювальної техніки і класифікація ИЗМЕРЕНИЙ |  ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ І ВИЗНАЧЕННЯ |  ВИДИ І МЕТОДИ ВИМІРЮВАНЬ |  ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ І ВИДИ ПОХИБОК |  Імовірнісний ПІДХІД ДО ОПИСУ ПОХИБОК |  ІМОВІРНІСНІ ОЦІНКИ ПОХИБОК |  КЛАСИФІКАЦІЯ ЗАСОБІВ ВИМІРЮВАНЬ |  ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАСОБІВ ВИМІРЮВАНЬ |  КЛАСИ ТОЧНОСТІ |  Правила і приклади позначення класів точності засобів вимірювань |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати