Электронные измерительные приборы и их особенности

Стробоскопический метод осциллографирования позволяет значительно уменьшить скорость развертки по сравнению с той, которая требуется при непосредственном наблюдении исследуемого импульса на скоростном осциллографе. Скорость развертки удается уменьшить, трансформируя масштаб времени. На экране осциллографа появляется изображение, по форме подобное исследуемому сигналу, но в увеличенном временном масштабе. При этом роль переносчиков информации играют короткие пробирующие импульсы, длительность которых значительно меньше длительности исследуемого импульса. Стробоскопические осциллографы позволяют, не применяя специальных ЭЛТ, получить эквивалентную полосу пропускания осциллографа порядка сотен и тысяч мегагерц при фактической полосе пропускания усилителя вертикального отклонения в десятки килогерц или единицы мегагерц.

Запоминающие осциллографы могут быть аналоговые, со специально запоминающими ЭЛТ, и цифровые, выполняемые на обычных ЭЛТ. В аналоговых ЭЛО применяют запоминающие ЭЛТ с видимым изображением. Записываемый сигнал хранится в форме потенциального рельефа и может быть в последствии воспроизведен путем считывания рельефа электронным лучом.

Достоинством аналоговых осциллографов является широкий  частотный диапазон исследуемых сигналов. Цифровые запоминающие осциллографы имеют свои преимущества: практически неограниченное время хранения информации, широкие пределы изменения скорости считывания, возможность замедленного воспроизведения отдельных участков запомненной осциллограммы, простота управления, вывод информации в цифровой форме на ЭВМ или обработка ее внутри осциллографа.

 

7. АНАЛИЗАТОРЫ СПЕКТРА, ИЗМЕРИТЕЛИ НЕЛИНЕЙНЫХ  ИСКАЖЕНИЙ

При изучении электрических  сигналов применяют временные и  спектральные методы анализа. Исследование сигналов во времени производят, как правило, с помощью ЭЛО, а исследование спектров сигналов, т.е. зависимость амплитуд гармонических составляющих от частоты, выполняют с помощью анализаторов спектра или гармоник. Анализ спектра обычно производится последовательным или параллельным способом.

Анализаторы спектра последовательного  действия применимы для исследования периодических процессов — ими нельзя анализировать одиночные импульсы. Анализаторы спектра параллельного действия применяются для анализа высокочастотных колебаний и одиночных импульсов

 

8. ЦИФРОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ (ЦИП).

8.1. МЕТОДЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НЕПРЕРЫВНЫХ ВЕЛИЧИН В КОД

Появление и интенсивное  развитие ЦИП, обладающих целым рядом преимуществ по сравнению с аналоговыми (высокая точность измерения, широкий диапазон, индикация результатов в цифровой форме, быстродействие, возможность ввода информации в ЭВМ и цифропечатающие устройства, автоматический процесс измерения, управление рядом работ, выбором пределов измерения), поставили вопрос о дальнейшем пути развития электроизмерительной техники вообще.

ЦИП характеризуется двумя особенностями наличием операций аналого-цифрового преобразования сигналов и цифрового отображения результата измерения

Используемые в ЦИП  АЦП оценивают по двум основным критериям: быстродействию и погрешности преобразования. Эти критерии взаимно противоречивы.

8.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦИП

Измеряемые величины, диапазоны  измерения. Первое, что необходимо знать — какую физическую величину измеряет ЦИП и в каком диапазоне.

Большинство ЦИП имеет  несколько диапазонов, для которых  указываются предельные значения.

Выбор диапазона производится вручную или автоматически. Переключение сопровождается изменением положения запятой на цифровом отсчетном устройстве (ЦОУ).

Чувствительность. Мы уже привыкли под чувствительностью понимать отношение dY/dX . В ЦИП под этим термином понимают значение измеряемой величины, приходящейся на единицу дискретности (значение единицы дискретности или кванта). Для ЦИП с несколькими диапазонами значение кванта разное. В общем случае значение кванта выражается формулой , где К = 1,2,5; m — любое целое число или нуль.

Заметим, что значение кванта не всегда совпадает со значением  единицы младшего разряда. Например, при q = 5*10^-6 квант в 5 раз больше значения единицы младшего разряда; при q =2*10^-4 — в 2 раза больше.

 Максимальное число, количество разрядов, количество квантов, разрешающая способность. В любом ЦИП предусмотрено определенное количество десятичных разрядов. Если во всех разрядах используются все 10 состояний, то максимальное число N_макс, индицированное на ЦОУ, будет выражаться девятками: 999, 9999. Чаще старший разряд или два разряда имеют два состояния 0 или 1. Поэтому при четырех разрядах ЦОУ будет иметь N_макс=1999. Максимальное число есть не что иное, как длина шкалы.

Количество квантов N_q совпадает с N_макс, если К=1. В общем случае N_q = N_макс/K.

Число N определяет разрешающую способность 1/ N_q прибора.

Точность — многоплановая характеристика любого средства измерения Она представляет целый комплекс характеристик, количественно выражаемых погрешностями

Быстродействие. В общем смысле показатели быстродействия связанны с динамическими погрешностями преобразования или измерения Характеризуется быстродействие временем одного преобразования входной величины в код или частотой таких преобразований.

 

9. ЦИФРОВЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ

Цифровые вольтметры (ЦВ) широко распространены в технике  измерения постоянных и переменных напряжений. Это объясняется многими достоинствами высокая точность, широкий диапазон измерения, высокая чувствительность, цифровой отсчет, автоматический выбор предела измерения и полярности измеряемого сигнала, возможность ввода информации в ЭВМ.

Дальнейшее развитие ЦВ, расширение их возможностей и улучшение характеристик достигается применением микропроцессоров (МП), встраиваемых непосредственно в измерительный прибор

Классифицируют ЦВ по назначению (постоянного напряжения, универсальные, импульсные), по схемному решению (с  жесткой логикой работы и с микропроцессорным управлением), по методу аналого-цифрового преобразования (времяимпульсные, поразрядного уравновешивания, частотноимпульсные)

Учитывая, что ЦВ переменных напряжений представляют собой сочетание  ЦВ постоянного напряжения и входного измерительного преобразователя переменного  напряжения в постоянное напряжение (эти преобразователи обычно находятся  во входном устройстве), рассмотрим принцип действия приборов постоянного напряжения

 

10. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦИП ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

Часто приходится иметь дело с измерением переменных напряжений и токов. Многофункциональные ЦИП — мультиметры, выполняют, как правило, на основе ЦВ, дополненных преобразователями входной величины в постоянное напряжение. Эти преобразователи используют в виде сменных блоков. Так как получить при построении мультиметров погрешность меньше, чем при измерении постоянного напряжения невозможно, то основной проблемой в этом случае является обеспечение высокой точности преобразователей входных величин.

Преобразователи среднего по модулю переменного напряжения (назовем сокращенно ПС) строятся на базе операционных усилителей из-за простоты схемотехнической реализации, возможности использования интегральных микросхем, высоких метрологических характеристик.

Преобразователи действующего значения напряжения (ПДЗ) должны выполнять достаточно сложный алгоритм преобразования ,  т.е. возведение в квадрат, усреднение по времени, извлечение корня.

В последнее время благодаря  бурному развитию микроэлектроники были созданы ПДЗ, непосредственно реализующие алгоритм получения действующего значения.

 

11. ЦИФРОВЫЕ ЧАСТОТОМЕРЫ И ФАЗОМЕТРЫ С ЖЕСТКОЙ ЛОГИКОЙ РАБОТЫ

Цифровой частотомер. Современные цифровые частотомеры, даже выполненные по схемам с жесткой логикой — приборы многофункциональные, работающие в нескольких режимах: измерение частоты синусоидального сигнала, частоты следования импульсов, интервалов времени, периода синусоидального сигнала и т.д.

Цифровые фазометры. Необходимость измерения сдвига фаз <р двух сигналов возникает при исследовании различных устройств (усилите-лей, фильтров, трансформаторов, фазовращателей и т.д.). Обязатель-ным условием в фазометрах является равенство частот исследуемых напряжений.