Файл: Метрология!!!.doc

1. Пиковые детекторы – преобразователи в вольтметрах амплитудных значений.

Пиковый детектор с открытым входом.

Происходит подзаряд конденсатора (моменты 1 и 2) положительной полуволной, отрицательная полуволна не пропускается диодом. Для минимизации пульсаций подбирают время заряда-разряда конденсатора

Пиковый детектор с закрытым входом.

- k_v – коэфф. преобразования вольтметра

Схема имеет большую пульсацию входного напряжения.

В этих схемах используются фильтры нижних частот.

Если пульсации сглаживаются -

Из-за градуировки в действующих значениях , коэффициент амплитуды синусоидального сигнала. Если не синусоидальный сигнал, то (действующ. значение)

2. Вольтметры средних значений.

Y~ - Усилитель переменного напряжения, Пр - преобразователь.

I I

I₀

Идеальная ВАХ U Реальная ВАХ U

Увеличение входного напряжения увеличивает чувствительность и уменьшает влияние нелинейности входных диодов преобразователя (за счет перехода в область линейной зависимости)

для несинусоидального сигнала.

3. Вольтметры действующего значения.

Для усиления сигнала используют квадратирующие устройства.

. Шкала у таких приборов квадратичная.

Универсальные вольтметры.

На основе пиковых детекторов с закрытым входом.

Постоянное напряжение: 0.1÷600В

Переменное напряжение: 1÷600В

Сопротивление: 10Ом÷100Мом

П

U~

УПТ

П_R

R

Импульсные вольтметры.

Для измерения амплитуды сигналов различной формы.

Особенности:

1. Малая длительность измеряемых импульсов 10÷100нс

2. З начительная скважность импульсов (период к длительности импульса)

U(t)

t

Шкала градуируется в амплитудных значениях. Пиковый детектор с закрытым входом.

Селективные вольтметры.

Для измерения действующих значений напряжения в некоторой полосе частот или действующего значения определенных гармоник.

k(ω) идеальная

реальная

ω₂ ω

ω₁ ω₃

Δ ω

Полоса пропускания полосового фильтра выделяет одну отдельную гармонику

k(ω)=k=const

k(ω)=f – на всех остальных частотах

Реальная - это уже диапвзон частот

Невысокая точность 6÷15% основная погрешность.

Диапазон измеряемого напряжения0.1мкВ÷1В.

Диапазон частот 10Гц÷100кГц.

27. Электронно-лучевые осциллографы. Характеристики. Способы применения.

Электронно-лучевой осциллограф.

Для визуального наблюдения, измерения и регистрации электрических сигналов.

Особенности:

1. Широкий частотный диапазон

2. Высокая чувствительность

3. Большое входное сопротивление

Электронно-лучевая трубка.

К – катод: эмиссия электронов.

А1, А2 – аноды в виде сеток

А1 – фокусировка: толщина линии

А2 – ускоряющий анод.

УГО – усилитель горизонтального отклонения. УВО – вертикального.

А3 – измерение импульсных сигналов большой скважности.

Э -экран

Характеристики:

1. Чувствительность (0,1 – 1 мм/В)

2. Полоса пропускания (100МГц)

3. Длительность послесвечения – время между прекращением действия луча и моментом, когда яркость достигнет 1% от первоначальной (в универс. 0,1с)

4. Рабочая площадь экрана: геометрические размеры и нелинейность отклонения луча.

Обобщенная структура осциллографа.

ВД – входной делитель – масштабирование входного сигнала

ПУ – пусковое устройство – пуск канала вертикального отклонения

ЛЗ – линия задержки – для задержки входного сигнала на некоторое время, время срабатывания ГР

ВУ – выходной усилитель – для формирования сигнала, управляющего непосредственно пластинами вертикального отклонения.

УВО – усилитель вертикального отклонения

КА – калибратор амплитуд – генератор прямоугольных импульсов с известными значениями амплитуды и частоты. Таким образом, при калибровке устанавливаются нормированные значения амплитуды и частоты, по которым осуществляется настройка коэффициентов отклонения и развертки.

КД – калибратор длительности

БС – блок синхронизации – для получения устойчивой картинки, для чего частота ГР делается переменной

ГР – генератор развертки – формирование пилообразного сигнала

УГО – усилитель горизонтального отклонения

ВхХ – вход Х

ВхY – вход Y

ВхZ – вход Z

Вх синх – вход синхронизации

ПлY – пластины Y

ПлX – пластины X

28. Электронно-лучевые осциллографы. Развертка по амплитуде и длительности.

Пластины, нарисованные горизонтально – вертикального отклонения, нарисов. вертикально – горизонтального отклонения.

Если ничего не подавать на горизонтальные пластины, то мы увидим прямую вертикаль.

Нужно чтобы Лу бегал с равномерной скоростью. Форма сигнала должна быть линейной.

t_пр – прямой ход луча

t_обр – обратный ход луча (лучевая пушка запирается и луч пропадает)

t_и – время импульса

t_Ф – длительность фронта

U₁

t_и

t_ф U₂

U₁ = 3,5 дел U=Ux[дел]*k_o

U₂=1,5 дел t=t_x[дел]*k_p

t_и = 2 дел

t_ф = 1 дел

4 класса точности относительно погрешности: 1(3%), 2(5%), 3(10%), 4(12%) – для Ко и Кд.

Эта погрешность нормируется, когда на вход осциллографа подаются нормированные сигналы (меандр или синус).

Если период наблюдаемого сигнала кратен частоте ГР, то видим стационарную картинку. Для компенсации времени сдвига используется ЛЗ.

Ждущая и автоматическая синхронизация: в режиме ждущей ГР запускается только одновременно с приходом наблюдаемого сигнала.

Закрытый вход – проходит только переменная составляющая, Открытый – постоянная тоже.

29. Цифровые приборы. Общие сведения классификация.

Это устройства, автоматически вырабатывающие дискретные сигналы цифровой информации и показания представляются в цифровом виде.

Вырабатывает цифровой код в соответствии с измеряемой величиной, при этом непрерывная аналоговая величина квантуется по уровню и дискретизируется во времени.

Дискретизация во времени – преобразование, при котором значение величины отличается от 0 и совпадает с соответствующим значением измеряемой величины только в определенные моменты времени. Промежутки между этими значениями – шаг дискретизации. Δt=t_i+1 – t­_i (чаще const, иногда var)

Квантование по уровню – преобразование, при котором непрерывная аналоговая величина принимает фиксированные, квантованные значения. Эти значения – уровни квантования или кванты. x(t_i)=x_k(t_i)=Nq – шаг квантования на количество уровней квантования.

x(t) дискретизация по времени x(t)

x_k5

x_k4

Δt x_k3 x_k(t_i)

Δt- const x_k2

x_k1 x(t)

q

t1 t2 t3 t4 t5 t6 t t t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t

Важной характеристикой является правило отождествления измеряемой величины и уровней квантования.

Классификация ЦИУ.

По способу преобразования:

1. последовательного счета

2. последовательного приближения

3. считывания

По виду измеряемой величины

1. Вольтметры

2. Амперметры и т.д.

По способу усреднения измеряемой величины:

1. мгновенных значений

2. усредняющие (интегрирующие)

Мгновенные значения в отдельные моменты времени.

Усредняющие – интеграция нескольких значений во времени и выдают результат в виде некоторого проинтегрированного значения по некоторой величине ( позволяет избавиться от помехи)

По режиму работы:

1. циклического действия (по жесткой программе)

2. следящие – отслеживают изменения квантующей величины на некоторое значение ( как только квантованная величина изменилась, тут же появляется новый результат на выходе.

Разница между цифровыми измерительными устройствами и цифровыми приборами.

1. ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь N_x x(t)

2. А ЦП – аналого –цифровой преобразователь x(t)  N_x

ЦИУ +

ОУ (отсчетное устройство)

ЦИУ – цифровое измерительное устройство

АЦП + ОУ = ЦИУ

ЦАП и АЦП - ЦП

30. Основные методы преобразования непрерывной величины в код.

Метод последовательного счета – обладает максимальным временем измерения, но самый дешевый.

x(t)

x_k

x_k

q

t_н t_кt

в t_н - начальный момент – формируется квантующего сигнала

СУ

t_k – сравнение сигналов

t_из=t_k – t_н

Вырабатывается единичный код и результат как произведение q на количество ступеней N

x_и≈x_k=qN

t_изм=t_пр=Nt_ст

t_изм=t_пр – время измерения или преобразования

t_ст – время формирования ступени.

Метод последовательного приближения – каждый следующий шаг – половина предыдущего

.

0

0 101

1

1

2

1

t1 t

Значение квантующего сигнала формируется следующим образом.

x_m – максимальное значение квантующего сигнала.

x_k­₁ = x_m/2 – первый шаг

x_k2= x_m/4= x_k1/2

x_k3= x_m/8= x_k2/2 и т.д.

x_m = 8

t₁=t_н

x_m< x_k

в t₂ – от уровня на котором остановились (x_m/4)

x_k2< x_k

x_k3> x_k– в этом случае данный разряд 0.

В ремя измерения закончилось результат 110

t_изм=t_пр=t_ст*n

n=log₂N_m

М етод считывания – одновременное сравнение измеряемой величины со всеми уровнями квантования сразу. Время измерения самое маленькое, но дорогой.

х_km

х_и

x_k1

x

CУ₁

x_k2

x­_km

31. Основные характеристики цифровых СИ.

Статические:

1. погрешность дискретности (квантования) Δ_д=Δ_к

2. чувствительности Δ_ч

3. реализации уровней квантования Δ_p

4. от действия помех Δ_п

Погрешность дискретности.

1. Измеряемая величина отождествляется с ближайшим большим или равным уровнем квантования .

x(t)

Δ­_д

x_и

q

t

t_н t_к

В общем случае – величина х –случайная, поэтому Δ_д – является также случайной величиной, распределенной по случайному закону.

x_п х_п=х_вх

45

1 2 3 4 х_вх

Δ_д

1

2. С ближайшим меньшим или равным.

x_п

45

1 2 3 4 Δx=x_ki-x

Δ_д

1

-1

3. С ближайшим уровнем – если входная величина не превышала половины кванта, то на ближе к нижнему уровню, иначе к верхнему.

Δx

Δx_k/2

x

Δx_k/2

Погрешность квантования – методическая. Систематическая – мат ожидание.

Погрешность чувствительности.

Возникает в следствии неидеальности сравнивающего устройства из состава цифрового прибора

- погрешность дисперсии (методическая) + погрешность чувствительности (инструментальная)

x'

x_kix_ср – срабатывание сравнивающего устройства

x

x_ki-1