qzbZ5oPRL3

2.4. Исследование электронного миллиомметра

Цель работы: ознакомление с электронным прибором, измеряющим малые сопротивления, определение основных его характеристик и приобретение навыков работы с прибором.

Задание

1.Ознакомиться с исследуемым прибором, аппаратурой, используемой в работе.

2.Определить основную погрешность миллиомметра на двух пределах измерения, рассчитать значения абсолютной и приведенной погрешностей прибора.

3.Определить функцию преобразования прибора по отношению к токовому выходу для поверенных пределов измерения. Определить максимальную приведенную погрешность от нелинейности функции преобразования.

4.Сравнить показания прибора при измерении сопротивлений по двух-

ичетырехпроводной схемам подключения (не менее трех опытов на разных пределах измерения). Объяснить результаты.

5.Измерить с помощью миллиомметра переходные сопротивления контактов по указанию преподавателя.

Основные положения

Исследуемый миллиомметр типа Е6-12 (рис. 2.5) предназначен для измерения переходных сопротивлений контактов в режиме малых переменных токов и напряжений.

Рис. 2.5. Структурная схема миллиомметра

Прибор работает по принципу измерения падения напряжения на измеряемом сопротивлении Rx при заданном токе. Измеряемые малые сопротив-

21

ления включаются по четырехпроводной схеме, т. е. измерительный ток подводится к изменяемому сопротивлению по одной паре проводов (клеммы I0,

I), а напряжение, пропорциональное измеряемому сопротивлению, снимается другой парой проводов (клеммы U0, U). Для исключения влияния термоЭДС измерение производится на переменном токе (500 Гц), генерируемом мультивибратором М. Использование переменного напряжения позволило применить достаточно простой усилитель У переменного тока с невысоким коэффициентом усиления и существенно снизить значение измерительного тока. Усиленное напряжение выпрямляется синхронным детектором СД, на выходе которого включен магнитоэлектрический микроамперметр µ A, градуированный в миллиомах. Синхронное детектирование позволяет в значительной мере устранить влияние помех и шумов. В приборе имеется линейный токовый выход для подключения самописца.

С целью уменьшения погрешности в приборе предусмотрена калибровка посредством изменения коэффициента усиления усилителя. При этом на вход подается падение напряжения с образцового резистора R2. Переключение пределов измерения осуществляется изменением сопротивления резистивного делителя, образованного резисторами R1 и R2. При этом измерительный ток меняется таким образом, чтобы падения напряжения на сопротивлениях, соответствующих наибольшим значениям на каждом пределе, были одни и те же.

При ознакомлении с прибором и аппаратурой следует обратить внимание на размещение входных (токовых и потенциальных) клемм. Следует помнить, что ошибка в определении токовых и потенциальных проводов ведет к грубому искажению результата измерений.

Порядок выполнения работы

Для исследования принципа действия и возможностей применения миллиомметра необходимо выполнить следующие действия:

1.После включения в сеть ~ 220 В, 50 Гц прогреть прибор в течение

5 мин.

2.Перед измерением откалибровать прибор, для чего установить ключ в положение «Калибровка» и вращением оси потенциометра «Калибр» установить стрелку микроамперметра на отметку «10» верхней шкалы.

22

3. Для измерения присоединить измеряемое сопротивление прилагаемыми проводами к клеммам I0, I, U0, U (в качестве токовых следует исполь-

зовать провода большего сечения).

4.Отсчет показаний производить при положении ключа «Измерение».

5.При использовании токового выхода ключ перевести в положение «Самописец».

Для определения основной погрешности на вход прибора следует включить по четырехпроводной схеме образцовый магазин сопротивлений и измерить его показания. Результаты записать в табл. 2.6.

Погрешность магазина должна быть в 3–5 раз меньше погрешности прибора на поверяемой шкале.

Для определения функций преобразования Iвых = f (R) к токовому выхо-

ду (гнездо «Самописец») подключается микроамперметр с пределом 5мкА. Результаты записываются в табл. 2.7

Для выполнения п.4 задания следует на вход прибора подключать образцовые сопротивления 0,001; 0,01; 0,1 Ом по 2- и 4-проводной схеме. При двухпроводной схеме клеммы «I0» и «U0», а также «I» и «U» соединяются накоротко и каждая пара соединяется с потенциальным зажимом образцового сопротивления.

В п. 5 работы предлагается измерить переходные сопротивления тумблеров и различного типа переключателей. Результаты записываются в табл. 2.8.

23

Кработе 2.4

1.Какие еще способы измерения малых сопротивлений вам известны? Каковы преимущества и недостатки измерения с помощью электронного миллиомметра?

2.В чем преимущество измерения малых сопротивлений на переменном

токе?

3.Почему измеряемое малое сопротивление подключается по 4- проводной схеме?

3.МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ «ЭЛЕКТРОННЫЙ ОСЦИЛЛОГРАФ»

3.1. Назначение

Электронно-лучевые (электронные) осциллографы предназначены для визуального наблюдения, измерения и регистрации электрических сигналов. Возможность наблюдения изменяющихся во времени сигналов делает осциллографы чрезвычайно удобными при определении различных амплитудных и временных параметров наблюдаемых сигналов. Важными достоинствами осциллографов являются широкий частотный диапазон, высокая чувствительность и большое входное сопротивление. Все это обусловило их широкое практическое применение.

В настоящее время выпускается множество осциллографов, различающихся назначением и характеристиками. Осциллографы могут быть предназначены для наблюдения и измерения непрерывных или импульсных процессов; большое распространение получили универсальные осциллографы для периодических и непериодических сигналов непрерывного и импульсного характера в широком (до 100 МГц) диапазоне частот. Выпускаются также осциллографы специального назначения: многофункциональные со сменными входными блоками, запоминающие для регистрации одиночных импульсов, стробоскопические для исследования высокочастотных процессов и др. По количеству одновременно исследуемых сигналов осциллографы могут быть одноканальными и многоканальными (в основном двухканальными). В последнее время получили распространение цифровые электронные осциллографы. Осциллографы могут различаться также чувствительностью, полосой пропускания, погрешностью воспроизведения формы кривой и другими характеристиками.

25

3.2.Структурная схема однолучевого осциллографа

итребования к его основным узлам

Упрощенная функциональная схема осциллографа (рис. 3.1) включает в себя электронно-лучевую трубку ЭЛТ, входной делитель напряжения ВД, усилитель вертикального отклонения УВО, состоящий из предварительного усилителя ПУ, линии задержки ЛЗ и выходного усилителя ВУ, блок синхронизации БС, генератор развертки ГР, усилитель горизонтального отклонения УГО и калибраторы амплитуды КА и длительности КД.

Рис. 3.1. Функциональная схема электронно-лучевого осциллографа

Исследуемый сигнал подается на вход Y канала вертикального отклонения, включающего в себя входной делитель и усилитель вертикального отклонения. Выходное напряжение УВО, поступая на вертикально отклоняющие пластины, управляет отклонением электронного луча в трубке по оси Y. Для получения требуемого размера изображения на экране входной сигнал усиливается (или ослабевает) в канале вертикального отклонения до необходимого значения, определяемого чувствительностью трубки. Последовательное включение делителя напряжения и усилителя вертикального отклонения обеспечивает значительный диапазон исследуемых напряжений. Основное усиление УВО обеспечивается предварительным усилителем ПУ, а выходной усилитель ВУ в основном служит для преобразования усиливаемого сигнала в управляющее напряжение, подаваемое на отклоняющие пластины.

При подаче переменного напряжения на вход Y электронный луч вычерчивает на экране осциллографа вертикальную линию. Для получения изображения исследуемого сигнала, развернутого во времени, необходимо смещать луч по оси X с равномерной скоростью (линейная развертка). Это осу-

26

ществляется подачей на отклоняющие пластины ОПx линейно изменяющего-

ся напряжения (рис. 3.2). На рисунке показана форма линейно изменяющегося (пилообразно- uГР го) напряжения, она имеет прямой ход tпр –

время развертки и обратный – tобр. Принцип

времени. Из рисунка видно, что при равенстве периодов напряжений их и uy

на экране получается неподвижное изображение одного периода исследуемого сигнала. При увеличении периода пилообразного напряжения их в n раз на экране появится изображение n периодов исследуемого сигнала.

ОПy

uy

ux

1

2

3

4

1΄

2΄

3΄

4΄

t

Рис. 3.3. Временные диаграммы, поясняющие получение осциллограмм при линейной развертке

27

Напряжение развертки иГР вырабатывает генератор развертки ГР

(см. рис. 3.1). Реальная кривая напряжения развертки (см. рис. 3.2) имеет время прямого tпр и время обратного tобр хода – время возвращения луча в исход-

ное положение. Для того чтобы во время обратного хода электронный луч не вычерчивал линии на экране осциллографа, его гасят на это время подачей отрицательного импульса на модулятор. Исследование сигналов в широком диапазоне частот обеспечивается переключением частоты пилообразного напряжения, предусмотренным в генераторе развертки. Это позволяет наблюдать исследуемые сигналы в нужном масштабе времени. Выходное напряжение генератора усиливается в УГО до значения, необходимого для управления электронным лучом в ЭЛТ и получения изображения требуемого размера.

Для получения устойчивого изображения на экране осциллографа частота пилообразного напряжения развертки должна быть кратна частоте исследуемого сигнала. Выдержать точно кратность частот напряжений uх и uy на практике оказывается достаточно сложно вследствие «ухода» частоты генератора ГР и изменения частоты исследуемого сигнала. Это приводит к неустойчивости изображения сигнала. Для обеспечения устойчивости изображения в осциллографе имеется БС (см. рис. 3.1), который изменяет частоту ГР (в некоторых пределах) в соответствии с частотой исследуемого процесса. Для этого сигнал из канала вертикального отклонения подается на БС, на выходе которого синхронно с изменением исследуемого сигнала вырабатываются импульсы для управления ГР, принудительно заставляя его работать с частотой, кратной частоте входного сигнала. Такой режим работы генератора развертки называется непрерывным. Он применяется при наблюдении периодических сигналов.

Рис. 3.4. Временные диаграммы, поясняющие получение изображения сигналов при ждущей развертке

При исследовании непериодической последовательности импульсов или одиночных импульсов непрерывный режим работы ГР приводит к тому, что

28

положение изображения импульсов на экране по оси времени становится неопределенным. В этом случае применяют ждущий режим работы генератора, при котором ГР вырабатывает пилообразный импульс только с приходом исследуемого импульса. При таком режиме обеспечивается устойчивое положение изображения импульсов на экране. Рис. 3.4 иллюстрирует ждущий режим работы ГР, где показаны входные импульсы иу (рис. 3.4, а), пилообраз-

ные импульсы иГР (рис. 3.4, б) генератора развертки и изображение на экране осциллографа (рис. 3.4, в).

В осциллографах предусматривается также возможность запуска генератора развертки ГР от внешнего источника (внешняя синхронизация). Для этого имеется специальный вход «Вход синхронизации» и ключ В2 (см. рис. 3.1).

Для расширения функциональных возможностей осциллографа имеются дополнительные входы, позволяющие управлять электронным лучом. Во многих осциллографах предусмотрена возможность управления отклонением луча по оси X внешним напряжением. Для этого у осциллографа есть «Вход X» (см. рис. 3.1), на который подается внешнее управляющее напряжение, и переключатель В3, устанавливаемый в этом случае в нижнее (по схеме)

положение. В осциллографах имеются также зажимы «Вход пластин X» и «Вход пластин Y», позволяющие подавать внешнее напряжение непосредственно на пластины ЭЛТ. В некоторых осциллографах имеется вход Z, который через разделительный конденсатор (или специальный усилитель) соединен с модулятором М электронно-лучевой трубки. Подавая импульсы напряжения на этот вход, можно модулировать (изменять) яркость свечения изображения на экране. Это позволяет, например, отмечать характерные точки на изображении, подавая импульсы на вход Z в необходимые моменты времени.

При измерении амплитудных и временных параметров исследуемых сигналов обычно измеряют соответствующие геометрические размеры изображения сигнала на экране и с помощью коэффициентов отклонения и коэффициентов развертки (см. далее), характеризующих чувствительность каналов, определяют значения этих параметров. Для повышения точности измерений осциллографы имеют калибраторы амплитуды КА и длительности КД, позволяющие контролировать и устанавливать номинальные значения коэффициентов отклонения и коэффициентов развертки. Калибраторы часто представляют собой генераторы прямоугольных импульсов с известными значениями амплитуды и частоты. Для проверки коэффициентов отклонения переключатель В1 (см. рис. 3.1) ставится в положение «Калибровка». Меняя усиление УВО, добиваются нормированного отклонения луча на экране, что

29

приводит к установке соответствующего коэффициента отклонения. По периоду калибровочного импульса можно проверить или установить нормированное значение коэффициента развертки. В некоторых осциллографах КД представляет собой стабильный по частоте генератор, выход которого при измерении подключается к модулятору ЭЛТ. Сигнал генератора вызывает появление на экране чередующихся светлых и темных участков. По их числу, зная частоту генератора КД, можно определить временные параметры исследуемых сигналов.

3.3.Перечень задач и вопросов по теме «Электронный осциллограф»

1.Какая из представленных амплитудно-частотных характеристик K(ω) средств измерений может обеспечить наименьшие искажения сигналов сложной формы? Поясните выбор.

2.Охарактеризуйте осциллограф с точки зрения точности, чувствительности, частотного диапазона и влияния на измеряемую цепь. Приведите примеры количественных оценок указанных характеристик.

3.Перечислите основные метрологические характеристики электронного осциллографа. Приведите примеры.

4.На передней панели (или в описании) осциллографа указаны пара-

метры эквивалентной входной цепи «Y» осциллографа, например Rвх > 1 мОм, Свх ≤ 20 пФ. Нарисуйте эквивалентную схему входной цепи осциллографа и поясните, чем обусловлено появление этих параметров.

5. Последовательное включение делителя напряжения ДН и усилителя У широко используется во многих электронных измерительных приборах (электронных вольтметрах, осциллографах и др.).

ux

ДН У

С какой целью и почему применяется такое включение двух противоположных по функциональному назначению блоков (для повышения точности измерений, расширения диапазона измерений, расширения рабочей полосы частот или др.)?

30