Пример измерения временного интервала осциллографом

Измерение проводится осциллографом С1-93. Измеряется временной интервал, представляемый на экране двумя точками, лежащими на горизонтали (или между двумя вертикалями). Пусть расстояние между двумя точками составляет 8,2 деления. Переключатель Время/дел находится в положении 10 мкс. Растяжка временного интервала по экрану не используется.

Требуется определить значение временного интервала (т.е. дать точечную оценку) и погрешность, с которой этот размах определен (интервальную оценку).

РЕШЕНИЕ. 1. Временной интервал (точечная оценка) составит 8,2 дел * 10 мкс/дел = 82 мкс.

2. Интервальная оценка измерения временного интервала складывается из четырех компонент (как и в случае измерения амплитуды). Два компонента определяют полную погрешность калибровки масштабной сетки, а два других задают полную погрешность совмещения измеряемого временного интервала с масштабной сеткой.

Полная погрешность калибровки масштабной сетки складывается из погрешности, с которой известно значение периода калибровочного сигнала _к(t), и из погрешности, с которой совмещается калибровочный сигнал с масштабной сеткой _ск(t).

Значение _к(t) находят на основе технических условий на используемый осциллограф. В техническом описании осцилло­графа С1-93 указывается: пределы допускаемого значения отно­сительной погрешности амплитуды и частоты импульсов калибратора равны ±1,5% - это означает, что _к(t)=±0,015.

Следовательно,

_к(t)= _к(t)* l_к(t),

где l_к(t)— расстояние между передним фронтом первого и задним фронтом десятого калибровочного импульса. Это рассто­яние равно десяти большим делениям масштабной сетки экрана:

_к(t)=±0,015 *10,0 = ±0,15 дел.

Совмещение калибровочных импульсов — переднего фронта первого и заднего фронта десятого — производится с верти­кальными линиями масштабной сетки с точностью до 0,5 нониусного деления, или, что то же самое, 0,05 масштабной сетки. Следовательно, суммарная предельная погрешность совме­щения будет равна 0,1 большого деления.

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

_к(t)+_ск(t)=±(0,15+0,1) = ±0,25 В.

Полная относительная погрешность «калибровки масштабной сетки по горизонтали составляет

(_к(t)+_ск(t))/ l_к(t)= ±0,25/10=±0,025.

Теперь нужно определить полную погрешность совмещения измеряемого временного интервала с масштабной сеткой. Как и в случае калибровочного сигнала, она складывается из двух составляющих: из погрешности, с которой измеряемый интервал изображается на экране _и(t), и погрешности совмещения этого изображения с масштабной сеткой _си(t)

Значение _и(t) находят с учетом погрешности коэффициента развертки _и(t)

_и(t)=l _и(t)*_и(t)

l_и(t)— размер по горизонтали измеряемого временного интервала, равный по условию 8,2 деления; _и(t)— задается техническим описанием: "Пределы допускаемого значения отно­сительной погрешности коэффициентов развертки при изображе­нии сигнала по горизонтали не менее четырех делений для всех коэффициентов развертки, кроме 2*10⁵; 5*10⁵ и 1*10⁶ мкс/дел, равны: основной — 4% без растяжки".

Следовательно, в нашем случае

_и(t)= ±0,04;

_и(t)=±0,04*8,2= ±0,328 дел.

Совмещение точек измеряемого интервала производится по двум вертикалям, ограничивающим временной интервал, с той же абсолютной погрешностью, что и для калибровочного сигнала. То есть суммарная предельная погрешность совмещения интер­вала развертки с вертикалями

_си(t) = ±0,1 дел.

Полная абсолютная погрешность совмещения временного ин­тервала с масштабной сеткой

_и(t)+ _си(t)= ±(0,328+0,1)= ±0,428 дел.

Тогда полная интервальная оценка измерения временного интервала

_(t)= _и(t)+ _си(t)+ ((_к(t)+_ск(t))* l_и(t))/ l_к(t)

_(t)= ±(0,428+0,025*8,2)=±0,63 дел.

Полная относительная погрешность измерения временного, интервала.

_(t)= ±_(t)/ l_и(t)=±0,63/8,2=0,077 (или 7,7%).

Это укладывается во второй класс точности (<10%).

Абсолютная погрешность измерения временного интервала в единицах времени определяется произведением временного ин­тервала 82 мкс на относительную погрешность намерения ±0,077. Окончательная запись результата: измеренный временной интервал равен (82±0,3) мкс;

относительная погрешность измерения ±0,077.