1.

Определение, цели и задачи стандартизации. Объекты стандартизации в отраслисвязи. Связь стандартизации и метрологии.

Стандартизация - это деятельность по установлению правил и характеристик в целях их добровольного многократного использования, направленная на достижение упорядоченности в сферах производства и обращения продукции и повышение конкурентоспособности продукции, работ или услуг.

Стандартизация обеспечивает выбор оптимальных решений с точки зрения всех заинтересованных сторон (разработчика, производителя и потребителя). Она основывается на достижениях науки, техники, передового опыта и должна стимулировать прогресс.

Цели стандартизации

Стандартизация осуществляется в целях:

• повышения уровня безопасности жизни или здоровья граждан, имущества физических или юридических лиц, государственного или муниципального  имущества, экологической безопасности, безопасности жизни или здоровья животных и растений и содействия соблюдению требований технических регламентов;

• повышения уровня безопасности объектов с учетом риска возникновения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера;

• обеспечения научно - технического прогресса;

• повышения конкурентоспособности продукции, работ, услуг;

• рационального использования ресурсов;

• технической и информационной совместимости;

• сопоставимости результатов исследований (испытаний) и  измерений, технических и экономико-статистических данных;

• взаимозаменяемости продукции.

Задачи стандартизации

• установление требований к качеству сырья, материалов, комплектующих и готовой продукции;

• разработка системы показателей качества продукции, методов и средств контроля;

• установление требований к процессам проектирования и производства;

• разработка системы нормативной документации, определяющей прогрессивные требования к процессам проектирования, производства и готовой продукции или услуге.

Задачи стандартизации можно разделить на общие и конкретные.

Общие задачи связаны с обеспечением

• безопасности производства и продукции для человека и окружающей среды;

• обороноспособности страны;

• экономии ресурсов;

• единства измерений, т.е. разработка методов контроля, позволяющих получить однозначный результат.

Конкретные задачи стандартизации направлены на обеспечение качества конкретной продукции в соответствии с ее назначением:

• разработка параметров, характеризующих качество данного производства, изделия или услуги;

• разработка методов измерения параметров и их анализа для конкретного производства или продукции;

• предоставление потребителю информации о номенклатуре и показателях качества продукции.

Объекты стандартизации в отрасли связи.

Система стандартизации отрасли – это комплекс организационной, научно-технической базы, обеспечивающий разработку, экспертизу новых стандартов, внедрение их на производстве и контроль исполнения.

Поскольку отрасль связи является сложной структурой - включает предприятия и организации различного типа, а также технически подразделяется по видам электросвязи, по вопросам стандартизации отрасли исторически сложилась определенная специализация:

• ЦНИИС – проводит разработки в области развития Единой сети электросвязи;

• НИИР (научно-исследовательский институт радиосвязи), г.Москва – проводит разработки в области развития систем радиосвязи, ТВ и ЗВ. Исследует проблемы электромагнитной совместимости радиопередающих средств связи;

• ЛОНИИС (Ленинградский отраслевой НИИС) – работает над вопросами развития местных сетей ТФ связи;

• СОНИИС (Самарский отраслевой НИИС) – работает по вопросам развития КВ радиосвязи, связи с подвижными объектами;

• ЦКБ (Центральное конструкторское бюро) – работает над вопросами развития линейного оборудования, систем проводного вещания.

2.

Определение, цели и задачи стандартизации. Принципы стандартизации. Основные нормативные документы. Системы стандартов.

Стандартизация - это деятельность по установлению правил и характеристик в целях их добровольного многократного использования, направленная на достижение упорядоченности в сферах производства и обращения продукции и повышение конкурентоспособности продукции, работ или услуг.

Стандартизация обеспечивает выбор оптимальных решений с точки зрения всех заинтересованных сторон (разработчика, производителя и потребителя). Она основывается на достижениях науки, техники, передового опыта и должна стимулировать прогресс.

Цели стандартизации

Стандартизация осуществляется в целях:

• повышения уровня безопасности жизни или здоровья граждан, имущества физических или юридических лиц, государственного или муниципального  имущества, экологической безопасности, безопасности жизни или здоровья животных и растений и содействия соблюдению требований технических регламентов;

• повышения уровня безопасности объектов с учетом риска возникновения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера;

• обеспечения научно - технического прогресса;

• повышения конкурентоспособности продукции, работ, услуг;

• рационального использования ресурсов;

• технической и информационной совместимости;

• сопоставимости результатов исследований (испытаний) и  измерений, технических и экономико-статистических данных;

• взаимозаменяемости продукции.

Задачи стандартизации

• установление требований к качеству сырья, материалов, комплектующих и готовой продукции;

• разработка системы показателей качества продукции, методов и средств контроля;

• установление требований к процессам проектирования и производства;

• разработка системы нормативной документации, определяющей прогрессивные требования к процессам проектирования, производства и готовой продукции или услуге.

Задачи стандартизации можно разделить на общие и конкретные.

Общие задачи связаны с обеспечением

• безопасности производства и продукции для человека и окружающей среды;

• обороноспособности страны;

• экономии ресурсов;

• единства измерений, т.е. разработка методов контроля, позволяющих получить однозначный результат.

Конкретные задачи стандартизации направлены на обеспечение качества конкретной продукции в соответствии с ее назначением:

• разработка параметров, характеризующих качество данного производства, изделия или услуги;

• разработка методов измерения параметров и их анализа для конкретного производства или продукции;

• предоставление потребителю информации о номенклатуре и показателях качества продукции.

Принципы стандартизации

Стандартизация осуществляется в соответствии с принципами:

• добровольного применения стандартов;

• максимального учета при разработке стандартов законных интересов заинтересованных лиц;

• применения международного стандарта как основы разработки национального стандарта, за исключением случаев, если такое применение признано невозможным вследствие несоответствия требований международных стандартов климатическим и географическим особенностям Российской Федерации, техническим и (или) технологическим особенностям или по иным основаниям либо Российская Федерация в соответствии с установленными процедурами выступала против принятия международного стандарта или отдельного его положения;

• недопустимости создания препятствий производству и обращению продукции, выполнению работ и оказанию услуг в большей степени, чем это минимально необходимо для выполнения целей, указанных в статье 11 Федерального закона «О техническом регулировании»;

• недопустимости установления таких стандартов, которые противоречат техническим регламентам;

• обеспечения условий для единообразного применения стандартов.

Нормативные документы по стандартизации

К нормативным документам по стандартизации относятся:

• стандарт (система стандартов);

• докумейт технических условий;

• правила стандартизации, нормы и рекомендации;

• регламент.

Стандарт – это документ, в котором в целях добровольного многократного использоВания устанавливаются характеристики продукции, правила осуществления и сарактеристики процессов производства, эКсплуататии, хранения, перевозки, реализации и утилизации, выполнения работ или оказания услуг. Стандарт также может содержать требования к терминологии, символике, упаковке, маркировке или этикеткам и правилам их нанесения.

Система стандартов

Система стандартов – это пакет стандартов, охватывающих определенную сферу деятельности.

К государственным относятся следующие системы стандартов:

ГСС – государственная система стандартизации – пакет документов, регламентирующих основные понятия, принципы стандартизации в РФ, организационную структуру системы стандартизации.

ЕСКД – единая система конструкторской документации – пакет стандартов, регламентирующий принципы и порядок оформления конструкторской документации.

ЕСТД – единая система технической документации - пакет стандартов, регламентирующий принципы и порядок оформления технической документации.

ГСИ – государственная система обеспечения единства измерений – регламентирует принципы, методы, техническое обеспечение единства измерений в соответствии с законом РФ «Об обеспечении единства измерений».

Документ технических условий (ТУ) устанавливает технические требования к продукции, процессу, услуге. В ТУ также указываются методы проверки соответствия требованиям. ТУ разрабатываются на продукцию, выпускаемую сравнительно небольшими партиями, изделия художественных промыслов и т.п.

Свод правил регламентирует процесс проектирования, монтажа, технической эксплуатации.

Регламент – документ, который содержит правовые нормы. Принимается органами власти

3.

Определение, цели и задачи стандартизации. Организационная структура отраслевой системы стандартизации. Объекты стандартизации в отрасли связи.

Стандартизация - это деятельность по установлению правил и характеристик в целях их добровольного многократного использования, направленная на достижение упорядоченности в сферах производства и обращения продукции и повышение конкурентоспособности продукции, работ или услуг.

Стандартизация обеспечивает выбор оптимальных решений с точки зрения всех заинтересованных сторон (разработчика, производителя и потребителя). Она основывается на достижениях науки, техники, передового опыта и должна стимулировать прогресс.

Цели стандартизации

Стандартизация осуществляется в целях:

• повышения уровня безопасности жизни или здоровья граждан, имущества физических или юридических лиц, государственного или муниципального  имущества, экологической безопасности, безопасности жизни или здоровья животных и растений и содействия соблюдению требований технических регламентов;

• повышения уровня безопасности объектов с учетом риска возникновения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера;

• обеспечения научно - технического прогресса;

• повышения конкурентоспособности продукции, работ, услуг;

• рационального использования ресурсов;

• технической и информационной совместимости;

• сопоставимости результатов исследований (испытаний) и  измерений, технических и экономико-статистических данных;

• взаимозаменяемости продукции.

Задачи стандартизации

• установление требований к качеству сырья, материалов, комплектующих и готовой продукции;

• разработка системы показателей качества продукции, методов и средств контроля;

• установление требований к процессам проектирования и производства;

• разработка системы нормативной документации, определяющей прогрессивные требования к процессам проектирования, производства и готовой продукции или услуге.

Задачи стандартизации можно разделить на общие и конкретные.

Общие задачи связаны с обеспечением

• безопасности производства и продукции для человека и окружающей среды;

• обороноспособности страны;

• экономии ресурсов;

• единства измерений, т.е. разработка методов контроля, позволяющих получить однозначный результат.

Конкретные задачи стандартизации направлены на обеспечение качества конкретной продукции в соответствии с ее назначением:

• разработка параметров, характеризующих качество данного производства, изделия или услуги;

• разработка методов измерения параметров и их анализа для конкретного производства или продукции;

• предоставление потребителю информации о номенклатуре и показателях качества продукции.

Организационная структура системы стандартизации отрасли «Связь»

Система стандартизации отрасли – это комплекс организационной, научно-технической базы, обеспечивающий разработку, экспертизу новых стандартов, внедрение их на производстве и контроль исполнения.

Министерство информационных технологий и связи Российской Федерации, Федеральное агентство связи осуществляют общее руководство по вопросам функционирования и развития отрасли.

Объекты стандартизации в отрасли связи.

Система стандартизации отрасли – это комплекс организационной, научно-технической базы, обеспечивающий разработку, экспертизу новых стандартов, внедрение их на производстве и контроль исполнения.

Поскольку отрасль связи является сложной структурой - включает предприятия и организации различного типа, а также технически подразделяется по видам электросвязи, по вопросам стандартизации отрасли исторически сложилась определенная специализация:

• ЦНИИС – проводит разработки в области развития Единой сети электросвязи;

• НИИР (научно-исследовательский институт радиосвязи), г.Москва – проводит разработки в области развития систем радиосвязи, ТВ и ЗВ. Исследует проблемы электромагнитной совместимости радиопередающих средств связи;

• ЛОНИИС (Ленинградский отраслевой НИИС) – работает над вопросами развития местных сетей ТФ связи;

• СОНИИС (Самарский отраслевой НИИС) – работает по вопросам развития КВ радиосвязи, связи с подвижными объектами;

• ЦКБ (Центральное конструкторское бюро) – работает над вопросами развития линейного оборудования, систем проводного вещания.

4.

Задачи метрологии. Роль метрологии и стандартизации в управлении качеством продукции. Структура ведомственной метрологической службы.

Цели и задачи метрологии

Метрология – это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способов достижения требуемой точности.

Современная метрология занимается вопросами научного обоснования и развития методов и средств измерений, а также вопросами внедрения современных методов и средств измерений на производстве и контроля соблюдения требований к ним.

Цель метрологического обеспечения отрасли «Связь» – обеспечение высокого качества предоставляемых услуг связи.

Организационно решение этих задач возложено на метрологическую службу отрасли.

 Задачи метрологической службы отрасли

• научные

• организационные

• законодательные

научные задачи:

• совершенствование единиц измерений физических величин, а также методов и средств их хранения и воспроизведения;

• разработка новых методов и средств измерений;

• совершенствование методов обработки результатов измерений;

организационные:

• внедрение на производстве новых методов и средств измерений;

• обучение персонала;

• контроль соблюдения закона «Об обеспечении единства измерений», технологии измерений, порядка оформления документации;

• профилактика и поверка измерительной техники;

законодательные:

• разработка, экспертиза и внедрение на производстве современной нормативной документации в соответствии с развитием технологий телекоммуникаций и измерений и организационными изменениями в отрасли.

Государственного служба надзора за связью (Госсвязьнадзор) в Российской Федерации была создана 15 ноября 1993 г. - Правительство РФ приняло Постановление № 1156 "Об утверждении Положения о службе государственного надзора за связью в РФ" В течение 2000–2004 годов одновременно с реорганизацией министерства проведена реорганизация службы. В настоящее время функции надзора выполняет Федеральная служба по надзору в сфере связи.

Роль службы определена Постановлением Правительства России от 30.06.2004 № 318 «Об утверждении Положения о Федеральной службе по надзору в сфере связи»

 Цели, стоящие перед службой:

• контроль работоспособности Единой сети электросвязи РФ, технического состояния сетей и средств связи;

• защита прав потребителей услуг связи;

• надзор за электромагнитной совместимостью радиоэлектронных средств;

• надзор за строительством объектов связи, эксплуатацией, приобретением, ввозом технических средств радио и электросвязи;

• надзор за лицензируемой деятельностью операторов связи.

Д епартамент по надзору за связью и информатизацией Мининформсвязи РФ осуществляет:

• руководство управлениями по надзору за связью и информатизацией в субъектах Российской Федерации,

• координирует их работу,

• организует проведение надзорных работ и участие в приемке объектов связи.

5.

Классификация измерений по назначению, измеряемым параметром, методам измерений.

Понятие и классификация измерений

Измерение – это процесс, выполняемый с помощью технических средств, с целью определения численного значения измеряемой физической величины.

Измерение выполняется путем сравнения измеряемой величины с образцовой и может быть представлен формулой измерения: А = n´Ā, где А – измеряемая величина, n – численное значение измеренной величины,Ā – образцовая единица измерения.

Классификация измерений:

по цели и времени измерения

• Лабораторные, строительно-монтажные, приемо-сдаточные, эксплуатационные, аварийные, контрольные, поверка средств измерения

по измеряемому параметру

• параметры сигналов, параметры элементов цепи, параметры передачи, параметры аппаратуры, характеристики аппаратура, параметры для определения характера и места повреждения, метрологические характеристики измерительных приборов

по степени точности

• равноточные, неравноточные

по количеству измерений

• однократные, многократные

по методу измерения

• прямые, косвенные, совокупные, совместные

Лабораторные измерения проводятся с целью проведения исследовательских работ, отличаются большим разнообразием и высокой точностью.

Строительно-монтажные – проводятся в процессе монтажа и настройки аппаратуры связи с целью контроля выполняемой работы и настройки параметров.

Приемо-сдаточные – проводятся комиссией в процессе сдачи объекта в эксплуатацию.

Эксплуатационные – проводятся в процессе эксплуатации средств связи с контроля их состояния.

Аварийные – проводятся с целью определения характера и места повреждения.

Контрольные – проводятся после ремонтных работ с целью контроля состояния аппаратуры, протоколируются.

Поверка средств измерения – проводится один раз в год после профилактики с целью контроля соответствия метрологических параметров требуемым нормам.

Многократные – измерения выполняются не менее четырех раз.

При прямых измерениях результат получают непосредственно по показаниям приборов. Подразделяются на метод непосредственной оценки и метод сравнения.

При методе непосредственной оценки измерительный сигнал воздействует на измерительный механизм, результат определяется по показаниям прибора

При методе сравнения измеряемая величина сравнивается с образцовой. Момент равенства фиксируется с помощью индикатора. Результат определяют по показаниям образцового прибора.

Косвенные измерения выполняются в два этапа:

первый этап - прямым методом измеряются вспомогательные параметры;

второй этап - необходимые параметры рассчитываются по результатам измерения вспомогательных.

Совокупные измерения выполняются в два этапа:

первый этап - прямым методом измеряют одновременно две или несколько вспомогательных величин;

второй этап - необходимый параметр рассчитывают путем решения системы уравнений.

Совместные измерения - это измерение двух или нескольких параметров с целью установления зависимости между ними.

6.

Определение и классификация погрешностей по способу выражения, причине возникновения, характеру проявления, условиям измерений.

Погрешность – это несоответствие результата измерения истинному значению физической величины.

Значение наиболее приближенное к истинному называется действительным – А_д.

Классификация погрешностей

1. По способу вычисления

Абсолютная погрешность - Разность между измеренным и истинным значением:

∆А= Аизм – Аист = Аизм - Ад

Единицы измерения абсолютной погрешности соответствуют единицам измерения измеряемой величины

Относительная погрешностm

- Отношение абсолютной погрешности к действительному значению, выраженное в процентах

 

 Приведенная погрешность - Отношение абсолютной погрешности к нормированному

значению, выраженное в процентах

 

 

В качестве нормируемого значения используется некоторая константа, характеризующая данный прибор. Например, верхнее значение шкалы прибора, максимальный угол поворота стрелки индикатора, длина шкалы и т.п.

2. По причине возникновения

Инструментальная - Вызвана несовершенством измерительного прибора.

Методическая - Вызвана недостаточной изученностью объекта, несовершенством метода измерения и обработки, использованием приближенных формул.

Погрешность установки - Вызвана неправильным положением прибора относительно Земли, источников внешнего влияния.

Субъективная - Вызвана приближенными действиями измеряющего.

3. По характеру проявления

С истематическая составляющая - Вызвана постоянно действующими причинами, постоянна по знаку и величине.

Может быть выявлена, рассчитана и исключена путем введения поправки.

Случайная составляющая - Вызвана одновременным совместным действием многих факторов. Результирующее воздействие данных факторов индивидуально в каждый момент времени, поэтому случайная составляющая погрешности переменна по знаку и величине.

Может быть выявлена путем многократных измерений.

Промахи - Грубые ошибки, вызванные неверными действиями измеряющего.

Выявляется путем сравнения результата измерений с ожидаемым значением.

4. По условиям измерения

Основная

Определяется для нормальных условий:

• температура 20^оС, влажность 70%, давление 760 мм рт.ст. ( или 10⁵ Па, 1 атм.).

Данная погрешность задается в паспорте.

Дополнительная

Вызвана отличием условий измерения от нормальных. Может дополнительно указываться в паспорте.

7.

Инструментальная погрешность причины возникновения, способы оценки, нормирование погрешности. Способы задания класса точности прибора.

Способы задания класса точности стрелочных (аналоговых приборов)

Различают четыре способа расчета касса точности стрелочных приборов:

Форма выражения класса точности		Расчетная формула
Максимально допустимая приведенная погрешность прибора, рассчитанная относительно верхнего значения шкалы на данном пределе, выраженная в процентах
Максимально допустимая относительная погрешность прибора, выраженная в процентах
Максимально допустимая относительная погрешность прибора, рассчитывается по формуле	c/d
Максимально допустимая абсолютная погрешность прибора, рассчитывается по формуле	a,b	∆max=a+b×Aизм

Наиболее часто используется первые два способа расчета класса точности.

Обозначение класса точности прибора на индикаторе стрелочного прибора

8.

Случайные погрешности - причины возникновения, способы оценки.

Наличие случайной составляющей погрешности измерения является следствием одновременного воздействия на объект измерения многих факторов. Суммарное воздействие этих факторов в различные моменты времени является переменной величиной. Выявить и оценить численное значение случайной составляющей погрешности можно путем многократных измерений.

При оценке данной погрешности используются методики теории вероятности. С учетом того, что наиболее часто случайная составляющая погрешности подчиняется нормальному закону распределения случайных чисел (Закону Гаусса), рассмотрим порядок обработки результатов многократных измерений для данной закономерности.

П ри нормальном законе распределения случайной погрешности (Закон Гаусса) плотность вероятности случайной погрешности (плотность распределения вероятностей) определяется выражением:

где s - среднеквадратическое отклонение (СКО) результатов наблюдений.

В ероятность того, что случайная погрешность не выйдет за пределы -D₁ ÷ +D₁ определяется по формуле:

Плотность распределения вероятностей при нормальном законе может быть представлена графиком:

Порядок оценки случайной составляющей погрешности:

• Проводим ряд равноточных измерений. Результаты данных измерений называются результатами наблюдений - А₁, А₂, А₃......А_n. Чем больше измерений выполнено, тем точнее будут результаты оценки погрешности.

• Рассчитываем наиболее достоверное значение измеряемого параметра, как среднеарифметическое значение:

Р ассчитываем абсолютные погрешности результатов наблюдений:

• Рассчитаем среднеквадратичное отклонение (СКО) результатов наблюдений (отклонение результатов наблюдений от среднего значения):

• По закону Гаусса с вероятностью 99,7% абсолютная погрешность не превысит D_max=3s.

• Соответственно, можно сформулировать результат измерения в виде:

ОТВЕТ: А= (Ā±D_max) ед-цы изм, с p=99,7% при заданных условиях.

Т.е. наиболее достоверное значение измеренного параметра равно Ā, при заданных условиях, с доверительной вероятностью 99,7% абсолютная погрешность не превысит значения D_max.

Если результат необходимо дать с доверительной вероятностью менее чем 99,7%, проводят дополнительные расчеты.

• Р ассчитываем среднеквадратичное отклонение (СКО) результата измерения (отклонение среднего значения Ā от истинного):

• Для заданного значения доверительной вероятности p и количества выполненных наблюдений n определяем коэффициент Стьюдента t_n(p). Для определения коэффициента используются таблицы Стьюдента-Фишера, которые даются в справочниках по математике и физике.

• Рассчитываем значение допустимой случайной погрешности для заданной доверительной вероятности:

Результат измерения записываем следующим образом:

ОТВЕТ: А= (Ā±D_доп) ед-цы изм, с p=____% при заданных условиях.

Т.е. наиболее достоверное значение измеренного параметра равно Ā, при заданных условиях, с доверительной вероятностью p% абсолютная погрешность не превысит значения D_доп.

1 1

Измерение напряжения. Параметры переменного напряжения, их определения (U_m,U_cp,U_CРB, U, К_а, К_ф, К_у)

Параметры переменного напряжения

К ак известно, электрический сигнал может быть представлен в различной форме. На рисунке 1  предложено графическое изображение сигнала прямоугольной формы. На примере данного сигнала рассмотрим основные параметры, характеризующие переменное напряжение.

Форма исследуемого сигнала – это зависимость напряжения от времени u(t).

u(t) – мгновенное значение напряжения;

Umax – максимальное напряжение;

U o – постоянная составляющая или среднее значение напряжения за период, рассчитывается по формуле

 

 

Um – амплитуда колебаний - максимальное отклонение мгновенного значения напряжения от среднего значения;

Uср.в. – средневыпрямленное напряжение, т.е. среднее значение выпрямленного напряжения (при двухполупериодном выпрямлении), рассчитывается по формуле

 

U – действующее напряжение - среднеквадратичное напряжение за период, рассчитывается по формуле

Тип детектора	Тип вольтметра	Назначение
пиковый (амплитудный)	пиковый - ПВ	максимального (пикового)U
линейный	линейный - ЛВ	средне-выпрямленногоU
квадратичный	квадратичный - КВ	средне-квадратичногоU

 

 

Т – период сигнала;

τ – длительность импульса.

 

Форма исследуемого сигнала характеризуется коэффициентами:

 

 

 

 

12.

Назначение и классификация электронных вольтметров. Аналоговые вольтметры, назначение элементов схемы, основные органы управления, правила эксплуатации.

Классификация вольтметров

Признак классификации	Типы вольтметров
по элементной базе	аналоговые цифровые
по характеру измеряемого напряжения	постоянного напряжения переменного напряжения импульсного напряжения универсальные
по измеряемому параметру переменного U	пиковые (ПВ) линейные (ЛВ) квадратичные (КВ)
по диапазону частот	низкочастотные высокочастотные
по частотным свойствам	широкополосные избирательные

Принцип построения функциональной схемы аналогового вольтметра

Н а рисунке 1 представлена обобщенная функциональная схема аналоговых вольтметров. используемых в технике связи.

В качестве индикатора в вольтметрах, рассчитанных на диапазон напряжений мкВ÷дес.В, используется магнитоэлектрический прибор (МЭП).

Достоинства МЭП:

• диапазон измерения тока (напряжения) соответствует значениям параметров сигналов в цепях связи;

• позволяет изготовить прибор высокой чувствительности, высокого класса точности;

• используя математические зависимости параметров сигналов и электрических цепей, шкалу индикатора можно отградуировать в единицах измерения различных параметров (Вольты, Амперы, Фарады, Омы), т.е. можно изготовить универсальные приборы.

Недостатки МЭП:

• недопустима перегрузка по току, прибор рассчитан на токи не более 50 мА;

• позволяет измерять только постоянный ток.

Так как индикатор рассчитан на постоянный ток, для измерения напряжения переменных сигналов используется детектор (выпрямитель).

В зависимости от схемы детектора различают следующие типы вольтметров:

Диапазон измерения детекторного вольтметра можно рассчитать по шкале индикатора (при пределе ´1).

Диапазон измерения напряжения детекторного вольтметра невелик и меньше диапазона изменения напряжений в системах связи.

Для расширения диапазона измерения в схему вольтметра вводят калиброванный делитель напряжения КДН и усилитель.

КДН уменьшает напряжение сигнала в определенное число раз, таким образом, позволяет измерять напряжения U > Uном и расширяет верхний предел измерения.

Усилитель увеличивает напряжение сигнала в определенное число раз, т.е. позволяет измерять напряжения U < Uмин и расширяет нижний предел измерения.

Коэффициент усиления усилителя и коэффициент деления КДН должны быть постоянными и не должны зависеть от формы исследуемого сигнала, его частоты и величины напряжения.

На лицевую панель прибора выводится переключатель КДН, который градуируется с учетом коэффициентов деления и усиления в виде пределов измерения.

Вольтметр подключается к объекту измерения параллельно, чтобы уменьшить шунтирующее действие прибора на объект, его сопротивление должно быть бесконечно большим.

Входное устройство обеспечивает высокоомный вход, не менее 10 кОм. Для вольтметров среднего и высокого класса точности Rвх≥1Мом.

В качестве входного устройства используется трансформатор, первичная обмотка которого имеет большое сопротивление.

13

Линейные вольтметры. Назначение, правила эксплуатации, порядок обработки результата измерений.

Линейный вольтметр служит для измерения средневыпрямленного значения переменного напряжения за период – Uср.в.

Д етекторный вольтметр средневыпрямленного значения строится по мостовой схеме.

Д иоды Д1 – Д4 выполняют роль двухполупериодного выпрямителя. МЭП включен в диагональ моста. Благодаря диодам, ток в диагонали МЭП имеет одно направление.

Подвижная часть магнитоэлектрического прибора обладает механической инерцией, при частотах 10-20 Гц не успевает реагировать на мгновенные значения вращательного момента, реагируя только на его среднее значение. Таким образом, отклонение стрелки МЭП пропорционально среднему значению переменного тока за период.

Используя закон Ома, шкалу МЭП в данном случае можно отградуировать в средних значениях выпрямленного напряжения - Uср.в.

Д обавочные резисторы r_доб служат для получения линейной вольт-амперной характеристики, то есть зависимости между значением измеряемого напряжения и величиной тока в цепи индикатора в рабочем диапазоне измерения.

ПРАВИЛО ГРАДУИРОВКИ ВОЛЬТМЕТРОВ

-шкала вольтметров, не зависимо от назначения, градуируется в среднеквадратичных (действующих) значениях синусоидального сигнала; -поскольку градуировка шкалы не соответствует измеряемому напряжению, для определения измеряемого напряжения используется коэффициент градуировки.

Для правильного определения измеряемого напряжения необходимо знать правило градуировки аналоговых вольтметров. Это правило справедливо для линейных, пиковых и квадратичных вольтметров со стрелочными индикаторами.

Коэффициент градуировки линейного вольтметра рассчитывается следующим образом:

• п оказание вольтметра соответствует действующему напряжению синусоидального сигнала 

• определим соотношение между средневыпрямленным и действующим значением напряжения синусоидального сигнала

  

• соответственно, показание вольтметра соответствует следующему значению

• 

 

 

 

• для периодических сигналов произвольной формы коэффициент градуировки сохраняется

• с оответственно, по показанию линейного вольтметра можно рассчитать средневыпрямленное напряжение

14.

Квадратичные вольтметры. Назначение, правила эксплуатации, порядок обработки результата измерений.

К вадратичный вольтметр служит для измерения среднеквадратического (действующего) напряжения.

Рисунок 1 Схема детекторного квадратичного вольтметра

Диоды Д1 и Д2 выполняют роль двухполупериодного выпрямителя.

Так как вольт-амперная характеристика диода квадратична, I_инд ~ u² _изм(t). Но ВАХ диода квадратична только на начальном участке.

Д ля получения квадратичной зависимости во всем диапазоне измерения напряжения используется метод аппроксимации (сложения или наложения) токов.

 

• если измеряемое напряжение u_изм £ Е _см1 открыты диоды Д1 (или Д2), через индикатор протекает ток i_инд = i₁;

• если измеряемое напряжение Е _см1£u_изм £ Е _см2 открыты диоды Д1(Д2) и Д3, через индикатор протекает ток i_инд = i₁+i₂;

• если измеряемое напряжение Е _см2£u_изм £ Е _см3 открыты диоды Д1(Д2), Д3 и Д4, через индикатор протекает ток i_инд = i₁+i₂+i₃;

• если измеряемое напряжение u_изм ³ Е _см3 открыты диоды Д1(Д2), Д3, Д4 и Д5, через индикатор протекает ток i_инд = i₁+i₂+i₃+i₄.

Таким образом, ток индикатора пропорционален среднеквадратичному значению напряжения измеряемого сигнала.

Так как шкала индикатора отградуирована в действующих (среднеквадратичных) значениях синусоидального напряжения и отклонение стрелки пропорционально среднеквадратичному значению, коэффициент градуировки квадратичного вольтметра равен 1.

15

Пиковые вольтметры. Назначение, правила эксплуатации, порядок обработки результата измерений.

Пиковый (амплитудный) вольтметр предназначен для измерения пикового (максимального) значения напряжения периодического напряжения.

 

Принцип работы ПВ основан на процессе заряда-разряда конденсатора.

• Если u_изм(t) ³ Uс, диод находится в открытом состоянии, конденсатор заряжается.

Время заряда конденсатора определяется выражением

 

Так как сопротивление открытого диода мало, заряд конденсатора проходит быстро.

• Если u_изм(t) £ Uс, диод закрывается и конденсатор разряжается через индикатор.

П оскольку из-за значительной величины добавочного резистора

 конденсатор разряжается медленно.

За несколько периодов измеряемого сигнала создается установившийся режим, напряжение на конденсаторе Uс » 0,9 U_max.

Т ок индикатора пропорционален пиковому значению напряжения

 

 

Рассчитаем коэффициент градуировки пикового вольтметра. Отклонение стрелки индикатора пропорционально пиковому (максимальному) значению напряжения, шкала отградуирована в действующих значениях синусоидального сигнала.

 

Определим соотношение для данных значений синусоидального сигнала:

  

• соответственно, показание вольтметра соответствует следующему значению

 

 

 

  

• д ля периодических сигналов произвольной формы коэффициент градуировки сохраняется

 

• соответственно, по показанию пикового вольтметра можно рассчитать средневыпрямленное напряжение

18.

Измерительный генератор (ИГ) представляет собой источник электрических сигналов определенной формы, параметры которых (частота, напряжение, мощность) могут регулироваться и поддерживаться с требуемой точностью.

В измерительных технологиях ИГ используются для имитации рабочих сигналов, как вспомогательное устройство в процессе измерений, а также для питания измерительных цепей, при настройке и испытаниях измерительной, радиоэлектронной аппаратуры и др.

Классификация измерительных генераторов.

По форме выходного сигнала:

• источники постоянного напряжения

• генераторы переменных периодических напряжений

• гармонических

• импульсных (релаксационных) колебаний прямоугольной, треугольной, пилообразной формы и т.п.

• генераторы сигналов специальной формы

• амплитудно-, частотно- , фазомодулированных сигналов

• тестовых двоичных последовательностей

• генераторы шума;

По частотному диапазону генераторы делятся на:

• инфракрасночастотные (0,01 - 20 Гц)

• низкочастотные ( НЧ 20 Гц – 300 кГц)

• высокочастотные ( ВЧ 0,3 – 300 МГц)

• сверхвысокочастотные (СВЧ, свыше 300 МГц)

Основными метрологическими характеристиками измерительных генераторов являются:

• диапазон частот вырабатываемого сигнала

• диапазон уровней сигнала

• пределы искажения формы сигнала

• нестабильность частоты

• погрешность установки частоты

• погрешность установки выходного напряжения

• выходное сопротивление

Наиболее часто в процессе измерений используются генераторы гармонических колебаний или импульсных сигналов прямоугольной формы. Гармонический сигнал является универсальным с точки зрения процедуры измерения, поскольку рабочие сигналы любой сложной формы включают в себя набор гармонических составляющих. Двоичные импульсные сигналы используются в процессе измерений параметров цифровых систем.

Основные требования к генераторам синусоидальных колебаний:

• получение сигнала заданной формы с минимальными нелинейными искажениями (нелинейные искажения вызваны наличием в схеме нелинейных элементов и проявляются в виде дополнительных высших гармоник, уровень которых не должен превышать допустимый процент от уровня всего сигнала);

• получение необходимой частоты колебаний в заданном пределе (возможна непрерывная плавная регулировка частоты или использование фиксированных частот);

• получение необходимого уровня выходного напряжения в заданных пределах (при плавной или фиксированной регулировке);

• получение необходимого стандартного значения выходного сопротивления;

• точность установки параметров

• стабильность параметров во времени.

Обобщенная функциональная схема ИГ

Основным узлом ИГ является задающий генератор(+колеб.контур, с настраиваемыми C и L, ручка f). ЗГ вырабатывает напряжение синусоидальной формы требуемой частоты. В зависимости от схемы задающего генератора различаю генераторы следующих типов:

• RC-генераторы

• Генераторы с диапазонно-кварцевой стабилизацией частоты

• Генераторы на биениях.

Частота колебаний, стабильность частоты и точность ее установки определяется типом и параметрами ЗГ. Наилучшие метрологические характеристики обеспечиваются генераторами с кварцевой стабилизацией частоты, относительная погрешность установки частоты которых составляет 10^-6 ÷ 10^-7, нестабильность частоты 310^-7 ÷ 310^-9, коэффициент гармоник 1-2%

Буферный элемент (потенциометр, ручка Lдбм плавно) обеспечивает развязку ЗГ с нагрузкой, то есть исключает влияние нагрузки на режим работы задающего генератора и его параметры.

Усилитель мощности обеспечивает получение опорной мощности (уровня) сигнала на выходе генератора. Здесь же осуществляется плавная регулировка опорного уровня выходного напряжения. Диапазон данной регулировки невелик, поскольку допустим только в пределах линейной части вольтамперной характеристики усилителя. Это ограничение важно с точки обеспечения минимальных нелинейных искажений.

А ттенюатор (магазин затуханий, Lдбм ступенчато) позволяет ослабить опорное выходное напряжение относительно номинального. Такая регулировка уровня (напряжения) является ступенчатой и позволяет расширить диапазон регулировки уровня выходного сигнала, поскольку одной плавной регулировки порой недостаточно. Аттенюатор должен быть калиброванным, то есть вносимое затухание задается с определенной степенью точности. Аттенюатор обычно градуируется в логарифмических единицах(-10дБ, -20дБ, -40дБ и.т.д.)

Для передачи максимальной мощности от генератора в нагрузку должно быть выполнено условие согласования сопротивлений измерительного генератора и нагрузки. Данное требование выполняется согласующим трансформатором.

Недостатки ИГ синусоидальных колебаний:

- Ограниченный частотный диапазон, т.к. для увеличения частоты в n раз необходимо изменить параметры контура в n^2 раз;

- нестабильность уровня сигнала и его зависимость от частоты.

19.

Измерительный генератор (ИГ) представляет собой источник электрических сигналов определенной формы, параметры которых (частота, напряжение, мощность) могут регулироваться и поддерживаться с требуемой точностью.

В измерительных технологиях ИГ используются для имитации рабочих сигналов, как вспомогательное устройство в процессе измерений, а также для питания измерительных цепей, при настройке и испытаниях измерительной, радиоэлектронной аппаратуры и др.

Классификация измерительных генераторов.

По форме выходного сигнала:

• источники постоянного напряжения

• генераторы переменных периодических напряжений

• гармонических

• импульсных (релаксационных) колебаний прямоугольной, треугольной, пилообразной формы и т.п.

• генераторы сигналов специальной формы

• амплитудно-, частотно- , фазомодулированных сигналов

• тестовых двоичных последовательностей

По частотному диапазону генераторы делятся на:

• инфракрасночастотные (0,01 - 20 Гц)

• низкочастотные ( НЧ 20 Гц – 300 кГц)

• высокочастотные ( ВЧ 0,3 – 300 МГц)

• сверхвысокочастотные (СВЧ, свыше 300 МГц)

Основными метрологическими характеристиками измерительных генераторов являются:

• диапазон частот вырабатываемого сигнала

• диапазон уровней сигнала

• пределы искажения формы сигнала

• нестабильность частоты

• погрешность установки частоты

• погрешность установки выходного напряжения

• выходное сопротивление

Наиболее часто в процессе измерений используются генераторы гармонических колебаний или импульсных сигналов прямоугольной формы. Гармонический сигнал является универсальным с точки зрения процедуры измерения, поскольку рабочие сигналы любой сложной формы включают в себя набор гармонических составляющих. Двоичные импульсные сигналы используются в процессе измерений параметров цифровых систем.

Основные требования к генераторам синусоидальных колебаний:

• получение сигнала заданной формы с минимальными нелинейными искажениями (нелинейные искажения вызваны наличием в схеме нелинейных элементов и проявляются в виде дополнительных высших гармоник, уровень которых не должен превышать допустимый процент от уровня всего сигнала);

• получение необходимой частоты колебаний в заданном пределе (возможна непрерывная плавная регулировка частоты или использование фиксированных частот);

• получение необходимого уровня выходного напряжения в заданных пределах (при плавной или фиксированной регулировке);

• получение необходимого стандартного значения выходного сопротивления;

• точность установки параметров

• стабильность параметров во времени.

Обобщенная функциональная схема ИГ

Основным узлом ИГ является задающий генератор(+колеб.контур, с настраиваемыми C и L, ручка f). ЗГ вырабатывает напряжение синусоидальной формы требуемой частоты. В зависимости от схемы задающего генератора различаю генераторы следующих типов:

• RC-генераторы

• Генераторы с диапазонно-кварцевой стабилизацией частоты

• Генераторы на биениях(в состав ЗГ входят 2 высокочастотных генератора LC, с постоянной и переменной частотами; АМ - выполняющий преобразование по частоте, на входе которого формируется сложный сигнал, содержащий комбинационные составляющие; ФНЧ выделяет разностную гармонику, т.о. формирует sin напр. с частотой генерации f2-f1 )

Частота колебаний, стабильность частоты и точность ее установки определяется типом и параметрами ЗГ. Наилучшие метрологические характеристики обеспечиваются генераторами с кварцевой стабилизацией частоты, относительная погрешность установки частоты которых составляет 10^-6 ÷ 10^-7, нестабильность частоты 310^-7 ÷ 310^-9, коэффициент гармоник 1-2%

Буферный элемент (потенциометр, ручка Lдбм плавно) обеспечивает развязку ЗГ с нагрузкой, то есть исключает влияние нагрузки на режим работы задающего генератора и его параметры.

Усилитель мощности обеспечивает получение опорной мощности (уровня) сигнала на выходе генератора. Здесь же осуществляется плавная регулировка опорного уровня выходного напряжения. Диапазон данной регулировки невелик, поскольку допустим только в пределах линейной части вольтамперной характеристики усилителя. Это ограничение важно с точки обеспечения минимальных нелинейных искажений.

Аттенюатор (магазин затуханий, ручка Lдбм ступенчато) позволяет ослабить опорное выходное напряжение относительно номинального. Такая регулировка уровня (напряжения) является ступенчатой и позволяет расширить диапазон регулировки уровня выходного сигнала, поскольку одной плавной регулировки порой недостаточно. Аттенюатор должен быть калиброванным, то есть вносимое затухание задается с определенной степенью точности. Аттенюатор обычно градуируется в логарифмических единицах(-10дБ, -20дБ, -40дБ и.т.д.)

Для передачи максимальной мощности от генератора в нагрузку должно быть выполнено условие согласования сопротивлений измерительного генератора и нагрузки. Данное требование выполняется согласующим трансформатором.

Достоинства ИГ на биении:

- широкий частотный диапазон;

- весь частотный диапазон перекрывается плавной регулировкой C в ЗГ1;

- уровень сигнала стабилен и не зависит от частоты.

Недостатки: сложность схемы и необходимость калибровки по частоте

20.

Электронно-лучевой осциллограф (ЭО) – универсальный измерительный прибор, применяемый для визуального наблюдения на экране формы электрических сигналов и измерения их параметров. .

Изображение электрического сигнала на экране воспроизводит зависимость напряжения от времени u(t), то есть «форму» сигнала. Основными измеряемыми параметрами являются напряжение, длительность интервалов времени, частота колебаний и их производные.

Наибольшее распространение получили универсальные осциллографы. Они позволяют исследовать разнообразные электрические сигналы с длительностью от единиц наносекунд до нескольких секунд в диапазоне от долей милливольт до сотен вольт. Полоса пропускания универсальных осциллографов составляет 300÷400 МГц. Погрешность измерения параметров является приемлемой для практики 5÷10%.

По числу одновременно наблюдаемых на экране сигналов различают осциллографы одноканальные    и многоканальные.

Функциональная схема электронного осциллографа

ЭО включает в себя следующие основные блоки.

Блок индикации. К нему относится ЭЛТ.

Электронный луч создается электронной пушкой, размещенной на противоположном от экрана конце трубки.

Между катодом и анодами размещается модулятор. Изменяя напряжение на модуляторе можно регулировать плотность потока электронов, летящих к экрану.

Перемещение луча по экрану достигается его смещением относительно оси ЭЛТ. В трубках с электростатическим отклонением луч отклоняется с помощью пары двойных металлических отклоняющих пластин.

При подаче напряжения на горизонтально расположенные пластины создается вертикально отклоняющее электрическое поле, световое пятно на экране перемещается параллельно вертикальной оси, соответственно, пластины получили название «Y». При подаче напряжения на вертикально расположенные пластины создается горизонтально отклоняющее электрическое поле, световое пятно смещается по горизонтали, соответственно, пластины называются «X».

Д ля получения на экране изображения формы сигнала в декартовой системе координат, необходимо обеспечить линейную зависимость между величиной смещающего напряжения и смещением луча по осям «Y» и «Х»:

Данные напряжения Uy и Ux называются напряжения смещения, на лицевой панели ЭЛТ им соответствуют регуляторы  ↔  и  ↕  .

Соответственно, на пластины «Y» подается напряжение исследуемого сигнала. Ось «Y» градуируется в масштабе напряжения.

Н а пластины «Х» подается линейно изменяющееся напряжение, под воздействием которого луч будет перемещаться по горизонтали с постоянной скоростью. Поскольку данное напряжение позволяет «развернуть» график во времени, оно называется напряжением развертки. Ось «Х» может быть отградуирована в единицах времени.

 

Требования к напряжению развертки.

Напряжение развертки должно быть линейно, это обеспечивает постоянную скорость перемещения луча по горизонтали, ось «Х» будет иметь равномерный масштаб.

Напряжение развертки должно быть периодичным. Для получения постоянного изображения луч должен многократно проходить по одной и той же траектории. Это достигается за счет пилообразного напряжения u(х).

Время «обратного хода луча», то есть время изменения напряжения развертки от максимального к минимальному должно стремиться к «0», чтобы уменьшить возможные искажения изображения сигнала.

Напряжение развертки должно быть синхронно с напряжением исследуемого сигнала, то есть Тр=Тс или Тр=nТс, где n – целое число. Это условие необходимо для неподвижности изображения.

Блок питания обеспечивает энергией, работу всех узлов электронного осциллографа. На вход блока питания поступает переменное напряжение 220 В с частотой 50Гц..На лицевой панели блоку питания соответствуют

• выключатель питания,

• потенциометр «Яркость» - регулируется напряжение на модуляторе ЭЛТ,

• потенциометр «Фокус» - регулируется напряжение на первом аноде.

Канал вертикального отклонения луча (канал «Y» или КВО). Служит для подачи исследуемого сигнала от входа «Y» на пластины «Y».

В приборах предусмотрена возможность подачи напряжения непосредственно на пластины «Y», но при этом необходимо обеспечить условия подключения по параметрам сопротивления, величины напряжения, некоторым временным и частотным характеристикам. В противном случае возможно искажение изображения и повреждение ЭЛТ (пробой). Канал «Y» выполняет функцию согласования объекта измерения, параметров сигнала с измерительным прибором.

Входное устройство обеспечивает входные параметры, в том числе:

• высокоомный вход, Rвх не менее 1Мом, что позволяет подключать ЭО параллельно объекту;

• входная емкость не более 30 пФ, что важно при исследовании высокочастотных сигналов;

• предусматривается возможность выбора «открытого» или «закрытого» входа (включается конденсатор); используя открытый вход, можно пользоваться ЭО как вольтметром постоянного тока, способным измерять постоянное напряжение.

Калиброванный аттенюатор канала позволяет ослабить сигнал u_y(t) в определенное число раз, это необходимо для расширения пределов измерения напряжения. Переключатель аттенюатора градуируется обычно в значениях масштаба напряжения V/дел с учетом коэффициента уменьшения напряжения и коэффициента усиления, вносимого усилителем канала «Y».

Линия задержки (регулируемая) обеспечивает подачу исследуемого напряжения на пластины «Y» с задержкой относительно начала горизонтально развертывающего напряжения. Это используется при измерении параметров импульсных сигналов в режиме ждущей развертки.

Усилитель обеспечивает амплитуду сигнала на пластинах «Y», достаточную для значительного отклонения луча даже малым исследуемым сигналом, то есть расширяет нижний предел измерения напряжений.

Канал горизонтального отклонения луча (канал «Х» или КГО) служит для формирования напряжения развертки и подачи его на пластины «Х».

Основной блок канала – генератор развертки, вырабатывает пилообразное напряжение. Изменяя период (частоту) пилообразного напряжения можно изменять масштаб времени. Предусматривается грубая и плавная регулировка. Ступенчатый переключатель генератора градуируется в значениях масштаба времени ms/дел и µs/дел. При необходимости генератор развертки может быть отключен, напряжение развертки при этом подается на вход «Х» от внешнего источника.

Блок синхронизации обеспечивает неподвижность изображения. Различают несколько способов синхронизации. При «Внутренней» синхронизации начальная фаза пилообразного напряжения подстраивается с помощью исследуемого сигнала. При определенном уровне сигнала синхронность обеспечивается автоматически и не требует особых усилий от измеряющего. При «Внешней» синхронизации подстройка фазы пилообразного напряжения производится внешним сигналом, поданным на вход «Х».

Калибратор является источником образцового напряжения прямоугольной формы заданной амплитуды и частоты. Данное напряжение используется для калибровки ЭО.

 Подготовка ЭО к работе.

Для измерения параметров электрических сигналов важен не только процесс измерения, но и правильная подготовка ЭО к работе. Для подготовки ЭО обязательно необходимо выполнить следующее:

• заземлить корпус ЭО;

• установить переключатели прибора в исходное положение в соответствии с инструкцией;

• включить питание;

• прогреть ЭО;

• установить автоматический режим работы генератора развертки, выбрать внутреннюю синхронизацию, исходный предел измерения напряжения должен соответствовать Umax;

• настроить яркость и толщину луча, добиваясь наилучшей фокусировки;

• выполнить калибровку ЭО в соответствии с инструкцией, в универсальных осциллографах для калибровки используется образцовое напряжение с fобр=1кГц и заданной амплитудой;

• отключить калибратор, установить исходный предел измерений напряжения и предполагаемый период развертки.

21.

Процесс измерения основных параметров периодических сигналов.

• исследуемый сигнал подать на вход «Y», выбрав открытый или закрытый вход;

• выбрать оптимальный размер изображения по вертикали, ориентировочно 2/3 размера экрана

• выбрать оптимальный масштаб времени, измеряемый отрезок времени должен ориентировочно занимать 2/3 размера экрана по горизонтали;

• при необходимости отрегулировать уровень синхронизации;

• определить размер отрезка, соответствующего измеряемому параметру по вертикали hy;

• определить размер отрезка, соответствующего измеряемому параметру по горизонтали Lx;

• произвести расчет измеряемых параметров;

• произвести расчет погрешности измерения и сформулировать результат.

Причины погрешности измерения параметров сигнала в режиме линейной развертки.

Причин, вызывающих неточность измерения параметров сигналов электронным осциллографом достаточно много. Они обусловлены несовершенством ЭЛТ, элементов схемы прибора, субъективной погрешностью, вызванной особенностями снятия показаний и т.д.

Рассмотрим основные составляющие погрешность с точки зрения порядка измерения напряжения и временных интервалов. Данные параметры определяются из выражения:

где h_y и L_x  – размер отрезка по вертикали и горизонтали, характеризующие измеряемые параметры и выраженные в делениях;

К_во – коэффициент вертикального отклонения луча, выражен в V/дел ;

К_р – коэффициент развертки, выражен в ms/дел и µs/дел .

В соответствии расчетными формулами необходимо учитывать погрешность определения размера отрезка и масштаба изображения.

 Погрешность определения размера отрезка, соответствующего измеряемому параметру, называется визуальной погрешностью. Причины появления визуальной погрешности:

- искажение изображения формы сигнала при воспроизведении его на экране (размер изображения должен составлялять ориентировочно 2/3 размера экрана);

- погрешность совмещения изображения с масштабной сеткой ЭЛТ и погрешность отсчета размера отрезка, вызваны неидеальной толщиной луча, неидеальным нанесением делений сетки, невозможностью точно совместить линию изображения с нанесенными делениями (ориентировочно погрешность совмещения составляет 1/5 толщины луча, погрешность отсчета – 1/3 толщины луча);

Для расчета визуальной погрешности используется выражение:

 

 

 

 

 

 

где h_y и L_x  – размер отрезка по вертикали и горизонтали,

b – толщина луча, при выполненной фокусировки не должна превышать 0,1 дел.

- Погрешность масштабов напряжения и времени вызвана нелинейными характеристиками усилителей каналов «Y» и «X», нелинейностью ЭЛТ, неидеальной калибровкой ЭО, амплитудно-частотными искажениями и т.д. (погрешность масштабов задается как паспортная метрологическая характеристика: предел допускаемого значения относительной погрешности коэффициента вертикального отклонения луча – δ_кво; предел допускаемого значения относительной погрешности коэффициента развертки – δ_кр.)

- При исследовании высокочастотных сигналов необходимо учитывать влияние внешних электромагнитных полей. Соединительный шнур измерительного прибора является антенной для помех, для уменьшения влияния помех соединительный шнур ЭО выполняется из коаксиального кабеля, длина кабеля должна быть не более 20 см.

Расчет погрешности измерения напряжения.

С учетом вышесказанного погрешность измерения напряжения определяется выражением:

Визуальная погрешность измерения о пределяется выражением:

Из формулы видно, что для уменьшения визуальной погрешности необходимо:

• уменьшать толщину луча в процессе подготовки ЭО к работе – «Фокусировка», b должна быть не более 0,1 дел (1 мм), для расчетов используется величина 0,1дел или значение, уточненное по прибору;

• увеличивать размер изображения по вертикали h_y, оптимальным считается размер изображения, составляющий ориентировочно 2/3 размера экрана (4÷5 дел), достигается выбором оптимального масштаба напряжения;

Относительная погрешность коэффициента вертикального отклонения луча δ_кво (погрешность масштаба напряжения) указывается в паспорте ЭО. Эта погрешность не выходит за указанные пределы при условии выполненной калибровки ЭО и правильном выборе масштаба напряжения.

Относительная погрешность измерения напряжения, вызванная неидеальной переходной характеристикой δ_н, учитывается при измерении параметров импульсных сигналов, указывается в паспорте ЭО.

П ри исследовании аналоговых сигналов погрешностью δ_н можно пренебречь, тогда

22.

Процесс измерения основных параметров периодических сигналов.

• исследуемый сигнал подать на вход «Y», выбрав открытый или закрытый вход;

• выбрать оптимальный размер изображения по вертикали, ориентировочно 2/3 размера экрана

• выбрать оптимальный масштаб времени, измеряемый отрезок времени должен ориентировочно занимать 2/3 размера экрана по горизонтали;

• при необходимости отрегулировать уровень синхронизации;

• определить размер отрезка, соответствующего измеряемому параметру по вертикали hy;

• определить размер отрезка, соответствующего измеряемому параметру по горизонтали Lx;

• произвести расчет измеряемых параметров;

• произвести расчет погрешности измерения и сформулировать результат.

Причины погрешности измерения параметров сигнала в режиме линейной развертки.

Причин, вызывающих неточность измерения параметров сигналов электронным осциллографом достаточно много. Они обусловлены несовершенством ЭЛТ, элементов схемы прибора, субъективной погрешностью, вызванной особенностями снятия показаний и т.д.

Р ассмотрим основные составляющие погрешность с точки зрения порядка измерения напряжения и временных интервалов. Данные параметры определяются из выражения:

где h_y и L_x  – размер отрезка по вертикали и горизонтали, характеризующие измеряемые параметры и выраженные в делениях;

К_во – коэффициент вертикального отклонения луча, выражен в V/дел ;

К_р – коэффициент развертки, выражен в ms/дел и µs/дел .

В соответствии расчетными формулами необходимо учитывать погрешность определения размера отрезка и масштаба изображения.

 Погрешность определения размера отрезка, соответствующего измеряемому параметру, называется визуальной погрешностью. Причины появления визуальной погрешности:

- искажение изображения формы сигнала при воспроизведении его на экране (размер изображения должен составлялять ориентировочно 2/3 размера экрана);

- погрешность совмещения изображения с масштабной сеткой ЭЛТ и погрешность отсчета размера отрезка, вызваны неидеальной толщиной луча, неидеальным нанесением делений сетки, невозможностью точно совместить линию изображения с нанесенными делениями (ориентировочно погрешность совмещения составляет 1/5 толщины луча, погрешность отсчета – 1/3 толщины луча);

Д ля расчета визуальной погрешности используется выражение:

  

где h_y и L_x  – размер отрезка по вертикали и горизонтали,

b – толщина луча, при выполненной фокусировки не должна превышать 0,1 дел.

- Погрешность масштабов напряжения и времени вызвана нелинейными характеристиками усилителей каналов «Y» и «X», нелинейностью ЭЛТ, неидеальной калибровкой ЭО, амплитудно-частотными искажениями и т.д. (погрешность масштабов задается как паспортная метрологическая характеристика: предел допускаемого значения относительной погрешности коэффициента вертикального отклонения луча – δ_кво; предел допускаемого значения относительной погрешности коэффициента развертки – δ_кр.)

- При исследовании высокочастотных сигналов необходимо учитывать влияние внешних электромагнитных полей. Соединительный шнур измерительного прибора является антенной для помех, для уменьшения влияния помех соединительный шнур ЭО выполняется из коаксиального кабеля, длина кабеля должна быть не более 20 см.

Расчет погрешности измерения временных параметров.

Аналогично:

В изуальная погрешность измерения временного интервала:

Из формулы видно, что для уменьшения визуальной погрешности необходимо:

• уменьшать толщину луча в процессе подготовки ЭО к работе – «Фокусировка», b должна быть не более 0,1 дел (1 мм), для расчетов используется величина 0,1дел или значение, уточненное по прибору;

• увеличивать размер изображения по вертикали h_y, оптимальным считается размер изображения, составляющий ориентировочно 2/3 размера экрана (4÷5 дел), достигается выбором оптимального масштаба напряжения;

Относительная погрешность коэффициента развертки δ_кр (погрешность масштаба времени) указывается в паспорте ЭО с учетом выполненной калибровки ЭО и правильного выбора размера изображения.

 

 

δ_0,5U – относительная погрешность, вызванная неточностью определения уровня 0,5 амплитуды, рассчитывается по формуле:

где b – толщина луча,

h – высота импульса в делениях,

α₁ и α₂ - углы, образованные фронтами импульса и вертикальными линиями масштабной сетки ЭО.

При исследовании аналоговых сигналов погрешностью, вызванной неидеальной переходной характеристикой можно пренебречь:

 

23.

Измерение параметров синусоидальных сигналов в режиме синусоидальной развертки

Метод Лиссажу, основанный на применении внешней синусоидальной развертки, является наиболее распространенным вариантом использования внешней развертки. Метод Лиссажу используется для измерения частоты синусоидальных сигналов.

Рассмотрим принцип получения изображения. Внутренний генератор развертки отключается (включается вход «Х»), на входы «Y» и «Х» подаются синусоидальные сигналы.

И зображение на экране зависит от соотношения частот и фазы поданных синусоидальных сигналов. Данные изображения получили название фигуры Лиссажу.

На графиках показан принцип получения фигуры Лиссажу при соотношении частот 1/2. Аналогично можно построить фигуры для разных соотношений частот и фаз.

При Fy=Fx и разных соотношениях фаз получаются следующие изображения:

Dj	0о	45о	90о	135о	180о
Фигура Лиссажу

При разных соотношениях частот изображения имеют вид:

	Fy=2Fx	2Fy=Fx	Fy=3Fx	3Fy=Fx	3Fy=2Fx	2Fy=3Fx
Фигура Лиссажу

Соотношение частот можно определить по правилу Лиссажу:

Fy´Ny = Fx´Nx ,

Где Fy и Fx - значения частот, сигналов на соответствующих входах,

Ny и Nx - количество пересечений фигуры с соответствующими осями.

Порядок измерения.

Внутренний генератор развертки отключается (включается вход «Х»), на входы «Y» и «Х» подаются синусоидальные сигналы. Один из них является измеряемым, второй – сигналом образцовой частоты.

На экране первоначально получается изображение прямоугольника. Регулируя величину напряжения, подаваемого на пластины «Y» и «Х», устанавливают оптимальный размер изображения.

Подбирая частоту образцового напряжения, получают простейшие фигуры Лиссажу. Зная соотношение частот и значение образцовой частоты, рассчитывают Fизм.

 Если Fy = Fизм; Fx = Fобр

По фигуре Лиссажу определяем Ny и Nx .

Fизм´Ny = Fобр´Nx

 

 

Т ак как необходимая частота определяется путем расчета, измерение является косвенным.

Погрешность измерения частоты определяется по методике косвенных измерений:

При выводе формулы частной производной учитываем, что «У» и «Х» в данном случае являются Const.

Из формулы видно, что погрешность определения Fизм зависит от погрешности Fобр.

Погрешность δFобр% определяется стабильностью и точностью установки частоты на образцовом генераторе, возможностью точно считывать значение установленной частоты. Эти данные указываются в паспорте образцового генератора. В качестве образцового можно использовать генератор, точность установки частоты которого как минимум в 3 раза выше необходимой точности измерения

24.

Назначение цифрового частотомера

Электронные частотомеры относятся к группе измерительных приборов основного назначения. Измерение частоты, периода и других временных параметров электрических сигналов является одной из важнейших задач в радиотехнике и телекоммуникационных системах.

Для измерения частоты возможно применение метода непосредственной оценки и метода сравнения. В настоящее время для измерения частоты в основном используются электронно-счетные частотомеры, которые строятся на принципе дискретного счета. К достоинствам этого метода относится

• высокая точность измерений - относительная погрешность измерения частоты 10^-6÷10^-9,

• широкий диапазон измеряемых частот - от нескольких герц до сотен мегагерц,

• многофункциональность – возможность измерение периода, соотношения частот, круговой частоты и т.п.,

• удобство  в эксплуатации,

• возможность обработки результатов наблюдений с помощью вычислительных устройств.

• Функциональная схема цифрового частотомера

Ц ифровой частотомер включает в себя два измерительных устройства – непосредственно частотомер и хронометр.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При измерении частоты измеряемый сигнал подается на вход «А», при измерении периода – на вход «Б».

Входное устройство – ВхУ

• обеспечивает входные параметры, входное сопротивление по обоим входам не менее 10кОм, емкость не более 75 пФ;

• усиливает или ослабляет напряжение измеряемого сигнала до значения, требуемого для работы последующего устройства частотомера.

Необходимо отметить, что в схемы частотомера обязательно включаются схема автоматической регулировки усиления (АРУ) и подавления внешних помех.

Входные формирователи каналов «А» и «Б» преобразуют аналоговый сигнал в дискретный, сохраняя период сигнала Тх. Формирователь состоит из усилителя – ограничителя и компаратора (триггера Шмитта).

База времени формирует сигнал образцовой частоты Fо и периода То.

Кварцевый генератор является источником высокостабильного сигнала. На основе базовой частоты формируются сигналы образцовой частоты путем деления или преобразования частот.

Временной селектор имеет два входа. Вход «1» - для подачи счетных импульсов, вход «2» для управления. Временной селектор открывается строб-импульсом, поступающим из блока автоматики. В открытом состоянии селектор пропускает группу (пакет) счетных импульсов на вход счетчика.

Электронный счетчик подсчитывает количество поступивших импульсов N и выдает соответствующий код в цифровое отсчетное устройство - табло.

Табло отображает число N, соответствующее измеряемому параметру в выбранных единицах.

Автоматика управляет работой селектора, координирует работу всех элементов схемы в соответствии и выбранным родом работы – «Измерение частоты» или «Измерение периода», выбранной точностью, автоматическим или ручным режимом управления процессом измерения и т.п.

При измерении частоты измеряемый сигнал подается на вход «А», переключатель рода работы устанавливается в положение «F_А». Задается время измерения То в соответствии с необходимой точностью измерения. Импульсы, поступающие от формирователя Ф1 выполняют роль счетных, от базы времени – управляющих.

При измерении периода измеряемый сигнал подается на вход «Б», переключатель рода работы устанавливается в положение «Т_Б». Задается То в соответствии с необходимой точностью измерения. Импульсы, поступающие от формирователя Ф2 выполняют роль управляющих, от базы времени –счетных.

Принцип измерения частоты

П ринцип измерения частоты построен на определении данного параметра. Частота колебаний – это количество полных колебаний, совершаемых за 1 секунду.

Исследуемый гармонический сигнал с частотой F_x поступает на формирователь импульсов, преобразующий его в последовательность коротких однополярных импульсов с периодом Т_х=1/F_x. Каждый импульс соответствует одному периоду измеряемого сигнала, в данном случае они будут выполнять роль счетных.

База времени формирует образцовый интервал времени То, в течение которого будет производиться подсчет периодов измеряемого сигнала, то есть счетных импульсов. Интервал времени То называется временем счета.

Временной селектор открывается строб-импульсом длительность То и пропускает на счетчик счетные импульсы. Если То=1с, количество счетных импульсов N, поступивших на счетчик численно равно частоте сигнала.

Если задать То=10^k, где k – целое число (для частотомера обычно k=-3, -2, -1, 0, +1), то можно вывести формулу:

 

 

 

Причины погрешности измерения частоты.

- Погрешность образцового интервала времени То. Для повышения точности измерения в качестве источника образцового сигнала используется кварцевый генератор. Поскольку кварцевый генератор является высокочастотным, в схеме частотомера предусмотрена возможность деления частоты до необходимого значения. Погрешность образцового интервала будет определяться относительной нестабильностью частоты кварцевого генератора, точностью кварцевого генератора, точностью коэффициента деления. При расчете используется относительная погрешность по частоте образцового генератора δо, она составляет порядка 10^-6÷10^-7. Данная погрешность является систематической составляющей общей погрешности измерения.

- Погрешность дискретизации (погрешность дискретного счета) возникает из-за того, что кратность То и Тх не выражается целым числом.

t_н и t_к – погрешности дискретизации начала и конца интервала Т_о, вызванные случайным положением строб – импульса относительно счетных импульсов; t_д=t_н+t_к – общая погрешность дискретизации. Погрешность дискретизации зависит от соотношения временных интервалов То и Тх. Чем меньше Тх (выше частота), тем погрешность меньше; если увеличивать То, можно уменьшить влияние t_д на общую составляющую погрешности. Погрешность дискретизации носит случайный характер.

При синхронизации строб-импульсов с измеряемым сигналов погрешность дискретизации будет иметь значение 0 или 1 импульс. Относительная погрешность дискретного счета определяется долей данного импульса относительно серии импульсов, поступивших на счетчик.

 

 

- Погрешность измерения, вызванная искажением периода измеряемого сигнала Тх в процессе преобразования аналогового сигнала в дискретный, при измерении частоты не учитывается.

С уммарная относительная погрешность измерения частоты цифрового частотомера нормируется в процентах величиной

 

 

 

В процессе измерения параметров необходимо помнить, что погрешность измерения зависит от правильных действий измеряющего.

 Изменять точность измерения можно регулируя время измерения, то есть То.

Поскольку погрешность дискретизации зависит от частоты измеряемого сигнала необходимо учитывать следующее:

• погрешности измерения увеличивается по мере уменьшения измеряемой частоты Fх;

• при достаточно малой частоте Fх она может превзойти допустимое значение даже при максимальном времени счета То;

• для уменьшения влияния погрешности дискретизации на результат измерения частоты Fх можно провести ее многократные наблюдения;

• на низких частотах целесообразно измерять период, а частоту рассчитывать.

Диапазон измеряемых частот цифровых частотомеров ограничивается снизу погрешностью дискретизации, а сверху – конечным быстродействием используемых счетчиков – делителей. Верхний предел измерения частоты обычно не превосходит 200 МГц, и его расширяют способом гетеродинного преобразования (переноса) измеряемой частоты в область более низких частот.

25.

Назначение цифрового частотомера

Электронные частотомеры относятся к группе измерительных приборов основного назначения. Измерение частоты, периода и других временных параметров электрических сигналов является одной из важнейших задач в радиотехнике и телекоммуникационных системах.

Для измерения частоты возможно применение метода непосредственной оценки и метода сравнения. В настоящее время для измерения частоты в основном используются электронно-счетные частотомеры, которые строятся на принципе дискретного счета. К достоинствам этого метода относится

• высокая точность измерений - относительная погрешность измерения частоты 10^-6÷10^-9,

• широкий диапазон измеряемых частот - от нескольких герц до сотен мегагерц,

• многофункциональность – возможность измерение периода, соотношения частот, круговой частоты и т.п.,

• удобство  в эксплуатации,

• возможность обработки результатов наблюдений с помощью вычислительных устройств.

Функциональная схема цифрового частотомера

Цифровой частотомер включает в себя два измерительных устройства – непосредственно частотомер и хронометр.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При измерении частоты измеряемый сигнал подается на вход «А», при измерении периода – на вход «Б».

Входное устройство – ВхУ

• обеспечивает входные параметры, входное сопротивление по обоим входам не менее 10кОм, емкость не более 75 пФ;

• усиливает или ослабляет напряжение измеряемого сигнала до значения, требуемого для работы последующего устройства частотомера.

Необходимо отметить, что в схемы частотомера обязательно включаются схема автоматической регулировки усиления (АРУ) и подавления внешних помех.

Входные формирователи каналов «А» и «Б» преобразуют аналоговый сигнал в дискретный, сохраняя период сигнала Тх. Формирователь состоит из усилителя – ограничителя и компаратора (триггера Шмитта).

База времени формирует сигнал образцовой частоты Fо и периода То.

Кварцевый генератор является источником высокостабильного сигнала. На основе базовой частоты формируются сигналы образцовой частоты путем деления или преобразования частот.

Временной селектор имеет два входа. Вход «1» - для подачи счетных импульсов, вход «2» для управления. Временной селектор открывается строб-импульсом, поступающим из блока автоматики. В открытом состоянии селектор пропускает группу (пакет) счетных импульсов на вход счетчика.

Электронный счетчик подсчитывает количество поступивших импульсов N и выдает соответствующий код в цифровое отсчетное устройство - табло.

Табло отображает число N, соответствующее измеряемому параметру в выбранных единицах.

Автоматика управляет работой селектора, координирует работу всех элементов схемы в соответствии и выбранным родом работы – «Измерение частоты» или «Измерение периода», выбранной точностью, автоматическим или ручным режимом управления процессом измерения и т.п.

При измерении частоты измеряемый сигнал подается на вход «А», переключатель рода работы устанавливается в положение «F_А». Задается время измерения То в соответствии с необходимой точностью измерения. Импульсы, поступающие от формирователя Ф1 выполняют роль счетных, от базы времени – управляющих.

При измерении периода измеряемый сигнал подается на вход «Б», переключатель рода работы устанавливается в положение «Т_Б». Задается То в соответствии с необходимой точностью измерения. Импульсы, поступающие от формирователя Ф2 выполняют роль управляющих, от базы времени –счетных.

Принцип измерения периода

Период колебаний – это интервал времени, в течение которого совершается полный период колебаний.

Измеряемый аналоговый сигнал преобразуется в дискретный, при этом сохраняется длительность периода Тх.

База времени формирует счетные импульсы с образцовым периодам То.

Селектор открывается на время Тх, за это время через открытый селектор на счетчик поступает N импульсов с периодом То.

 

Если задать То=10^k, где k – целое число (для хронометра обычно k=-3, -4, -5, -6, -7), то  Тх=N10^k .

Причины погрешности измерения периода.

В процессе измерения периода учитываются следующие составляющие погрешности:

• погрешность образцового интервала времени - То, для расчета используем относительную погрешность по частоте образцового генератора δо, которая составляет 10^-6÷10^-7;

• погрешность дискретизации (погрешность дискретного счета) – может быть представлена, как потеря или захват одного счетного импульса ±1 импульс;

о тносительная погрешность дискретного счета определяется выражением:

 

 

погрешность дискретизации зависит от частоты исследуемого сигнала, чем больше частота (меньше период), тем больше погрешность измерения;

• погрешность измерения, вызванная искажением периода измеряемого сигнала Тх в процессе преобразования аналогового сигнала в дискретный (погрешность запуска или отпирания селектора) δз, зависит от соотношения сигнал/шум, задается в паспорте частотомера.

С уммарная относительная погрешность измерения периода определяется выражением:

 

 

В процессе измерения периода точность измерения можно регулировать, подбирая То. В некоторых хронометрах предусмотрена возможность повышения точности измерения периода за счет увеличения времени измерения, которое выбирается равным m периодам (например, режим измерения Т10). В результате уменьшается не только погрешность дискретизации, но и погрешность запуска. Расчетная формула погрешности принимает вид:

 

 

 

26.

Понятие «фаза» характеризует гармоническое

(синусоидальное) колебание в любой конкретный момент времени.

Временные характеристики гармонического сигнала:

Для двух гармонических сигналов одинаковой частоты ω:

Фазовый сдвиг двух напряжений ∆φ является постоянной величиной, не зависит от момента отсчета, если остаются неизменными начальные фазы φ₁ и φ₂.

С целью измерения разности фаз гармонических колебаний одинаковой частоты ∆φ параметр удобно выразить через соотношение временных характеристик:

В момент t1 u₁(t) = U_m1 sin (ω t1 + φ₁) = 0

В момент t2 u₂(t) = U_m2 sin (ω t2 + φ₂) = 0

Соответственно, аргументы функций в данные моменты времени равны:

ω t1 + φ₁ = ω t2 + φ₂

φ₁ - φ_{2 =} ω t1 - ω t2 = ω (t1 – t2) = ω ∆t

∆φ = ω ∆t = 2πf∆t = ∆t

где ∆t - интервал времени между моментами времени, когда сигналы имеют одинаковую фазу.

Два сигнала называются синфазными, противофазными и находящимися в квадратуре, если фазовый сдвиг между ними равен 0, π и π/2 соответственно.

Применительно к периодическим синусоидальному и несинусоидальному сигналам или к двум несинусоидальным сигналам с одинаковым периодом Т, используется понятие об их сдвиге (задержке) во времени ∆t.

Осциллографический метод измерения разности фаз

Для измерения фазового сдвига с помощью осциллографа применяются методы линейной, синусоидальной и круговой разверток, а также метод полуокружности. Рассмотрим некоторые из них.

Метод линейной развертки.

Фазовый сдвиг определяется по временной диаграмме исследуемых сигналов при их одновременном наблюдении на экране с помощью двулучевого осциллографа.

Измерив, временные отрезки ∆t и Т, вычисляют фазовый сдвиг сигналов по формуле:

∆φ = в радианах

∆φ = в градусах.

При данном методе погрешность измерения фазового сдвига ∆φ близка к ±(5.÷.7)° и вызвана визуальной погрешностью определения интервалов ∆t и Т и погрешностью масштаба времени.

Соответственно, методы вычисления и понижения погрешности измерения традиционны для режима линейной развертки.

Метод синусоидальной развертки

Используется для определения разности фаз синусоидальных колебаний. Реализуется с помощью однолучевого осциллографа.

Внутренний генератор развертки отключается, исследуемые напряжения подаются на входы «Y» и «X».

u₁(t) = U_m1 sin(ωt + φ₁)

u₂(t) = U_m2 sin(ωt + φ₂)

Разность фаз данных сигналов составляет ∆φ = φ₁ - φ₂

П ри равенстве частоты сигналов и стабильном значении разности фаз на экране получается эллипс.

Разность фаз вычисляется по формулам:

Перед началом измерения ∆φ обычно уравнивают на экране амплитуды Y2 и X2. Для этого поочередно отключают сигналы u₁(t) и u₂(t) и с помощью регулировки масштабов добиваются равенства размеров.

Измерив на экране необходимые отрезки, ∆φ вычисляют по формуле.

Метод эллипса не позволяет однозначно определить фазовый сдвиг в диапазоне (0...360)⁰.

Е сли большая ось эллипса проходит через I и III квадранты, ∆φ находится в интервалах 0^о ÷90^о или 270^о ÷360^о .

Для уточнения значения ∆φ один из сигналов подают на осциллограф через фазовращатель на 90°. Проследив за изменением вида осциллограммы, приходим к выводу:

• если положение эллипса не изменилось, то значение фазы находится в интервале 270^о ÷360^о,

• если большая ось эллипса повернулась на 90^о, то значение фазы находится в интервале 0^о ÷90^о.

Е сли большая ось эллипса проходит через II и IV квадранты, ∆φ находится в интервалах 90^о ÷ 180^о или 180^о ÷ 270^о .

Для уточнения значения ∆φ изменяют фазу на 90°.

Проследив за изменением вида осциллограммы, приходим к выводу:

• если положение эллипса не изменилось, то значение фазы находится в интервале 90^о ÷ 180^о,

• если большая ось эллипса повернулась на 90^о, то значение фазы находится в интервале 180^о ÷ 270^о.

Причины погрешности измерения методом синусоидальной развертки:

• визуальная погрешность – погрешность фокусировки, совмещения, отсчета;

визуальная погрешность существенно возрастает при значения ∆φ близких к 0^о и 90^о ;

• фазовый сдвиг исследуемых сигналов в каналах «Y» и «X», вносимый усилителями данных каналов;

• наличие высоких гармоник

Возможна также систематическая погрешность измерения из-за наличия различного фазового сдвига, создаваемого усилителями каналов вертикального и горизонтального отклонения лучей. Для уменьшения влияния усилителей ЭО на результат измерения можно (перед началом измерений) подать один из исследуемых сигналов на вход «Y» осциллографа непосредственно, а на вход «X» — через регулируемый фазовращатель. Изменяя настройку фазовращателя, необходимо добиться появления на экране осциллографа наклонной прямой линии, то есть добиться для одного и того же сигнала разности фаз 0^о.

Затем, сохраняя эту настройку, подать на вход фазовращателя второй сигнал (отключив предварительно первый) и провести требуемое измерение фазового сдвига сигналов.

27.

Понятие «фаза» характеризует гармоническое (синусоидальное) колебание в любой конкретный момент времени.

Фазовый сдвиг двух напряжений ∆φ является постоянной величиной, не зависит от момента отсчета, если остаются неизменными начальные фазы φ₁ и φ₂.

С целью измерения разности фаз гармонических колебаний одинаковой частоты ∆φ параметр удобно выразить через соотношение временных характеристик:

В момент t1 u₁(t) = U_m1 sin (ω t1 + φ₁) = 0

В момент t2 u₂(t) = U_m2 sin (ω t2 + φ₂) = 0

Соответственно, аргументы функций в данные моменты времени равны:

ω t1 + φ₁ = ω t2 + φ₂

φ₁ - φ_{2 =} ω t1 - ω t2 = ω (t1 – t2) = ω ∆t

∆φ = ω ∆t = 2πf∆t = ∆t

где ∆t - интервал времени между моментами времени, когда сигналы имеют одинаковую фазу.

Два сигнала называются синфазными, противофазными и находящимися в квадратуре, если фазовый сдвиг между ними равен 0, π и π/2 соответственно.

Применительно к периодическим синусоидальному и несинусоидальному сигналам или к двум несинусоидальным сигналам с одинаковым периодом Т, используется понятие об их сдвиге (задержке) во времени ∆t.

Метод дискретного счета

Метод дискретного счета – иначе цифровой метод измерения фазового сдвига, используемый в цифровых фазометрах, включает две основные операции:

• преобразование фазового сдвига в соответствующий интервал времени;

• измерение интервала времени методом дискретного счета.

Разность фаз рассчитывается по формуле:

∆φ = ´∆t

По методу дискретного счета временные интервалы ∆t и Т можно выразить через период следования образцовых тактовых импульсов:

∆t = to  N1

Т = to  N2

Соответственно,

∆φ = ´toN1 = 2π = 360^o

28.