Універсальні осцилографи (стр. 1 из 3)

Вступ

Наука – надзвичайно складний процес із своїми законами та методологією, зі своєю чітко сформованою системою. Важливою приналежністю науки є метод дослідження – це сукупність прийомів і операцій, способів обгронтування системи знань, контролю об’єктивності отриманих результатів, побудови моделей дійсності.

Поняття «вимірювання» означає знаходження значення певної фізичної величини за допомогою досліду та спеціальних технічних засобів. Вимірювання фізичних величин є одним з найважливіших методів пізнання світу, що ґрунтується на принципі відображення фізичної величини певного розміру і результату відображення, тобто значення фізичної величини. Якщо значення вимірювальної величини в процесі вимірювання не змінюється, то маємо статичне вимірювання, в іншому випадку – динамічне вимірювання. Вимірювання можуть бути прямими та непрямими. Під час прямих вимірювань потрібна величина відраховується безпосередньо за шкалою приладу, відградуйованого у відповідних одиницях. При непрямих вимірюваннях виконують пряме вимірювання однієї величини, а потім, використовуючи відомі функціональні залежності, знаходять шукану величину.

Технічні засоби, що їх використовують для проведення вимірювань і які мають нормованні метрологічні характеристики, називають засобами вимірювання. До них відносять вимірювальні прилади тп вимірювальні пристрої і перетворювачі.

Вимірювальні прилади виробляють сигнали вимірювальної інформації в такій формі, щоб її легко було прочитати експериментаторові. Всі вимірювальні прилади поділяють на вказівні та реєстраційні. Якщо прилад має шкалу з цифрами і будь-який вказівний пристрій, наприклад стрілку, то такий прилад називають вказівним. Вказівні прлади, які видають інформацію тільки у вигляді цифр і не мають вказівних пристроїв, цифровими.

Осцилограф (лат. oscillo – гойдатись + гр. γραφω – пишу) – прилад, призначений для дослідження електричних сигналів у тимчасовій області шляхом візуального спостереження графіка сигналу на екрані або записаного на фотострічці, а також для виміру амплітудних і часових параметрів сигналу за формою графіка. Це прилад для спостереження функціонального зв'язку між двома або декількома величинами (параметрами й функціями; електричними або перетвореними в електричні). Для цієї мети сигнали параметра й функції подають на взаємно перпендикулярні відхиляючі пластини осцилографічної електропроменевої трубки й спостерігають, вимірюють і фотографують графічне зображення залежності на екрані трубки. Це зображення називають осцилограмою. Найчастіше осцилограма зображує форму електричного сигналу в часі. По ній можна визначити полярність, амплітуду й тривалість сигналу. Осцилографи часто мають проградуйовані у вольтах по вертикалі й у секундах по горизонталі шкали на екрані трубки. Це забезпечує можливість одночасного спостереження й виміру тимчасових і амплітудних характеристик усього сигналу або його частини, а також виміру параметрів випадкових або однократних сигналів. Іноді зображення досліджуваного сигналу порівнюють із каліброваним сигналом або застосовують компенсаційний метод вимірів.

Компенсаційний метод вимірювання, метод вимірювання, заснований на компенсації вимірюваного напруги, створюваним на відомому опорі струмом від допоміжного джерела. Компенсаційний метод вимірювання застосовують не тільки для вимірювання електричних величин (напруг, струмів, опору). Він широко застосовується й для виміру інших фізичних величин (механічних, світлових, температури і т. д.), які звичайно попередньо перетворять в електричні величини.

Компенсаційний метод вимірювання є одним з варіантів методу порівняння із заходом, у якім результуючий ефект впливу величин на прилад порівняння доводять до нуля (домагаються нульового показання вимірювального приладу). Компенсаційний метод відрізняється високою точністю. Вона залежить від чутливості нульового приладу (нуль-індикатора), що контролює здійснення компенсації, і від точності визначення величини, що компенсує вимірювану величину. Компенсаційний метод вимірювання електричної напруги в ланцюзі постійного струму полягає в наступному. Вимірювана напруга Ux компенсується спаданням напруги, створюваним на відомому опорі r струмом від допоміжного джерела Uвсп (робітником струмом lp). Гальванометр (нульовий прилад) включається в ланцюг порівнюваних напруг переміщенням перемикача у праве положення. Коли напруги скомпенсовані, струм у гальванометрі, а отже, і в ланцюзі вимірюваного напруги Ux відсутня. Це є більшою перевагою Компенсаційний метод вимірювання перед іншими методами, тому що він дозволяє вимірювати повну ЕРС джерела Ux і, крім того, на результати вимірів цим методом не впливає опір сполучних проводів і гальванометра. Робочий струм установлюють по нормальному елементу EN з відомої ерс, компенсуючи її спаданням напруги на опорі R (перемикач П – у лівім положенні). Значення напруги Ux знаходять по формулі Ux = En•r/R, де r – опір спадання напруги на якім компенсує Ux. При вимірі компенсаційним методом сили струму Ix цей струм пропускають по відомому опору R0 і вимірюють спадання напруги на ньому lxr0. Опір R0 включають замість джерела напруги Ux. Для виміру потужності необхідно по черзі виміряти напругу й силу струму. Для виміру опору його включають у допоміжний ланцюг послідовно з відомим опором і порівнюють спадання напруги на них спадання напруги на якім компенсує Ux. При вимірі компенсаційним методом сили струму Ix цей струм пропускають по відомому опору R0 і вимірюють спадання напруги на ньому lxr0. Опір R0 включають замість показаного на мал. джерела напруги Ux. Для виміру потужності необхідно по черзі виміряти напругу й силу струму. Для виміру опору його включають у допоміжний ланцюг послідовно з відомим опором і порівнюють спадання напруги на них.

Важливими характеристиками осцилографа, що визначають його експлуатаційні можливості, є:

1) коефіцієнт відхилення – відношення напруги вхідного сигналу до відхилення променя, викликаному цією напругою (в/см або в /справ);

2) смуга пропущення – діапазон частот, у межах якого коефіцієнт відхилення осцилографа зменшується не більше ніж на 3 Дб щодо його значення на середній (опорної) частоті;

3) час наростання tн, протягом якого перехідна характеристика осцилографа наростає від 0,1 до 0,9 від амплітудного значення (часто вживається замість смуги пропущення); верхня гранична частота смуги пропущення f у пов'язана з tн співвідношенням:

;

4) коефіцієнт розгорнення – відношення часу АН до величини відхилення променя, викликаного напругою розгорнення за цей час (у сек/под або сек /справ);

5) швидкість запису – максимальна швидкість переміщення променя по екрану, при якій забезпечується фотографування або запам'ятовування (для запам'ятовувального осцилографа) однократного сигналу.

Перераховані параметри визначають амплітудний, часовій і частотний діапазони досліджуваних сигналів.

Похибка виміру сигналів залежить від погрішностей коефіцієнта відхилення й коефіцієнта розгорнення (звичайно ~2–5 %). Від частоти (тривалості) досліджуваного сигналу й смуги пропущення (часу наростання сигналу tн). Якщо вимірюваний параметр сигналу 5 tн, то він відтворюється на екрані осцилографа з погрішністю 2 %. Замість похибки коефіцієнтів відхилення й розгорнення для осцилографа часто вказують близькі їм похибка виміру амплітуди стандартного сигналу (синусоїдального певної часто вказують близькі їм погрішність вимірювання амплітуди стандартного сигналу (синусоїдального певної частоти або прямокутного імпульсу досить великої тривалості) і погрішність виміру тимчасових інтервалів.

Для одночасного дослідження двох або більш сигналів використовуються багатопроменеві осцилографи, а також багатоканальні електронні комутатори, що вбудовуються в тракт вертикального відхилення. Електронний комутатор забезпечує одержання зображення декількох сигналів на однопроменевій трубці при послідовнім підключенні джерел цих сигналів до тракту вертикального відхилення. Електронні комутатори використовуються, як правило, для дослідження тимчасових (фазових) співвідношень декількох синхронних сигналів. Для вивчення частини досліджуваного сигналу, у тому числі віддаленої на значний час від його початку, застосовується розтяжка розгорнення (частина пилкоподібної напруги, що подавати на вхід підсилювача горизонтального відхилення, підсилюється в кілька раз, що еквівалентно збільшенню в кілька раз довжини розгорнення) або затримка запуску розгорнення (затримане розгорнення). Затримане розгорнення еквівалентне розтяжці розгорнення в кілька тисяч раз.

Найбільшими функціональними можливостями мають осцилографи зі змінними блоками в трактах вертикального й горизонтального відхилення. Перестановкою блоків можна одержати осцилографи з різними характеристиками: широкосмуговий, високочутливий, 2 – або 4 – канальний, диференціальний і т. д. Залежно від особливостей схеми осцилографа діляться на універсальні, що запам'ятовують, стробоскопічні, швидкісні й спеціальні (див. табл. 1).

Таблиця 1

Тип, країна	Позначення	Смуга пропуску	Коефіцієнт відхилення	Коефіцієнт розгорнення,	Швидкість запису,
Універсальний, СРСРУніверсальний, СРСРУніверсальний, СШАШвидкісний, СРСРСтробоскопический, СРСРЗапам'ятовувальний, НідерландиЗапам'ятовувальний, СРСРЗапам'ятовувальний, СРСРСтробоскопический, ЯпоніяТелевізійний, СРСРмі.	С1–65С1–75Tektronix‑485С7–10АС7–11Philips PM‑3251C8–12C8–13Iwatsu SAS‑5009 ВС9–57	0–350–2500–3500–15000–50000–500–500–10–180000–15	5–510–15–5100–0,25–0,22–2010–50,5–2010–0,210–10	0,01–0,050,002–0,10,001–0,52,5×10-5-0,1×10-65–10-5-1×10-50,01–0,50,01–150,01–1510-5-5×10-20,1–0,02	-150024000--1040005--

Універсальними називаються осцилографи, побудовані за функціональною схемою рис. 2.