МТ.18 (15.05.2020)
Преподаватель Жерневская И.Е.
ОП.12 Общая электротехника с основами электроники
Тема: Электронные стрелочные и цифровые вольтметры. Электронный осциллограф
Цель занятия: Изучить устройство и работу электронных вольтметров, устройство, работу и правила пользования электронным осциллографом.
Задание:
1. Изучить лекционный материал. Краткий опорный конспект лекционного материала оформить в рабочей тетради.
2. Изучить:
Данилов И. А., Иванов Г. М., Общая электротехника с основами электроники. Стр. 575-584
3. Посмотреть обучающие видео по ссылкам:
https://www.youtube.com/watch?time_continue=51&v=Pfeb8NlrJt0&feature=emb_logo
https://www.youtube.com/watch?v=EoaqD8DBUDw
https://www.youtube.com/watch?v=ITSA4BgnVDs
4. Дать ответы на контрольные вопросы.
Ответы на контрольные вопросы (с указанием даты и темы) оформить в рабочей тетради, сфотографировать на телефон и выслать на дистанционную почту (адреса для обратной связи указаны ниже).
Срок выполнения задания — до 22.05.2020!
Обратная связь:
1. zhernevskaja.inna@mail.ru
2. https://vk.com/zhernevskaya
3. https://ok.ru/profile/519483261262
4. Viber (+380713844123)
5. WhatsApp (+380713844123)
6. dist-obuchenie@mail.ru
Рекомендуемая литература:
1. Данилов И. А., Иванов П. М. Общая электротехника с основами электроники — М.: Мастерство, 2001
2. В. Е. Китаев Электротехника с основами промышленной электроники. Учебное пособие для проф.-тех. училищ. — М.: Высш. школа, 1980. - 254 с.
Лекция
Тема: Электронные стрелочные и цифровые вольтметры. Электронный осциллограф
План
Электронные стрелочные и цифровые вольтметры
Аналоговые электронные вольтметры
1.2 Цифровые электронные вольтметры
Электронный осциллограф
Общее назначение и устройство электронного осциллографа.
Устройство и разновидности электронно-лучевых трубок (ЭЛТ).
Измерение параметров электрических сигналов с помощью электронного осциллографа.
Электронные стрелочные и цифровые вольтметры
Электронные вольтметры — распространенные электрорадиоизмерительные приборы, которые предназначены для измерения постоянных и переменных напряжений. Они имеют высокую чувствительность, большое входное сопротивление, малую входную емкость и работают в широком диапазоне частот. Электронным вольтметром называется измерительный прибор, показания которого вызываются током электронных приборов, то есть энергией источника питания вольтметра.
По отображению информации электронные вольтметры разделяют на: аналоговые (стрелочные) и цифровые.
Аналоговые электронные вольтметры
Аналоговые электронные вольтметры переменного тока выполняют в основном по двум структурным схемам: детектор-усилитель (рисунок 1.1) и усилитель-детектор (рисунок 1.2).
Рисунок 1 — Структурные схемы электронных аналоговых вольтметров
Вольтметры среднеквадратических значений обеспечивают высокую точность измерения напряжений, которые имеют большое количество гармонических составляющих. Такие вольтметры строятся по структурной схеме 1.2 (рисунок 1), в качестве преобразователей используют преобразователи действующих значений (ПДЗ). ПДЗ, используемые в электронных вольтметрах содержат в себе компараторную схему с термоэлектрическими преобразователями. По этой же схеме строятся вольтметры средневыпрямленных значений, они обеспечивают высокую точность при измерении напряжений с малым уровнем высших гармонических составляющих.
Преобразователи средневыпрямленных значений (ПСЗ) строятся на основе усилителей переменного тока, охваченных ООС по току, в качестве нагрузки используется двухполупериодная выпрямительная цепь с магнитоэлектрическим механизмом. Входное устройство представляет собой катодный повторитель, который выполняется в виде выносного пробника, связанного с другой частью усилителя кабелем. Выбор границы измерения осуществляется делителем напряжения, включенным между двумя усилителями переменного напряжения..
Вольтметры, построенные по структурной схеме второй 1.2 (рисунок 1), характеризуются высокой чувствительностью, частотный диапазон лежит в пределах 10 Гц-50 Мгц. Вольтметры амплитудных значений отличаются самым большим диапазоном частот 10Гц-1000МГЦ, широким диапазоном измеренных напряжений от частиц милливольт до 1000В. Строятся по структурной схеме 1.2 (рисунок 1).В качестве преобразователя используется амплитудный преобразователь с открытым или закрытым входом.
Рисунок 2 — а - ПАЗ с открытым входом; б - ПАЗ с закрытым входом
Преобразователь амплитудных значений выполнен в виде выносного пробника, который дает возможность делать измерения непосредственно у источника сигнала. Усилители, применяемые в электронных вольтметрах влияют на метрологические характеристики (чувствительность, диапазон частот измеренных напряжений, в значительной мере на погрешность прибора). Основным узлом вольтметра переменного тока есть преобразователь переменного тока в постоянный, исходное напряжение которого пропорционально одному из значений переменного напряжения: амплитудному, средневыпрямленному и среднеквадратическому. Тип преобразователя также влияет на метрологические характеристики (чувствительность, характер шкалы, входное сопротивление, схему входа).
Импульсные вольтметры используются для измерения амплитуды периодической последовательности импульсов. Строятся такие вольтметры по схемам вольтметров амплитудных значений. С помощью таких вольтметров можно измерять амплитуду импульсов, которые имеют скважность Q от 2000- 5000 при продолжительности импульсов 0,1 Мкс и выше.
Селективные вольтметры предназначены для измерения напряжения отдельных составляющих спектра сложного сигнала, значения сигнала в присутствии помех, наводки в электрических цепях, для определения а. б. ослабления электромагнитных полей соответствующими экранами, для исследованияспертральной плотности шумовых сигналов. В селективных цепях используются встроенные узкополосные фильтры. Селективные вольтметры бывают: НЧ селективный мікровольтметр; ВЧ селективный микровольтметр.
1.2 Цифровые электронные вольтметры
Цифровые вольтметры — приборы с цифровым ОУ. Они предназначены для измерения напряжения постоянной или медленно изменяющейся за такт измерения величины. При измерении переменного напряжения, оно предварительно преобразуется в постоянное. Промышленностью выпускаются ЦВ постоянного тока, универсальные (для переменного и постоянного напряжения) и импульсные. По сравнению с аналоговыми, цифровые вольтметры имеют ряд преимуществ:
- высокую точность измерений, т.к. принцип действия большинства приборов основан на методе сравнения и цифровой отсчёт исключает погрешность считывания;
- широкий диапазон измеряемых напряжений (от 1 мВ до 1000 В)
- индикация результатов в цифровой индикации;
- автоматизированный процесс измерения: т.к. ЦВ обычно имеют: автоматическое управление родом работ, режимов, временем или циклом измерения, выбором пределов;
- быстродействие (от нескольких тысяч в секунду);
- возможность подключения цифропечатающего устройства;
- возможность ввода информации об измеримых величинах в ЭВМ.
Использование современной элементной базы позволяет значительно уменьшить габариты, стоимость, повысить надёжность. Принцип работы цифрового прибора основан на преобразовании непрерывных, аналоговых величин в числовой эквивалент (цифру). Обобщённая схема представлена на рисунке 3:
Рисунок 3
Аналого-цифровые преобразования в ЦВ осуществляются при сравнении измеряемого напряжения с образцовым. В зависимости от типа элементов преобразователей ЦВ бывают:
1) Электромеханические (контактные), в которых применяются различные электромеханические элементы и устройства (реле, шаговые искатели).
2) Электронные, в схемах которых применяются только бесконтактные электронные устройства.
По методу аналого-цифрового преобразователя различают следующие виды ЦВ:
1) ЦВ с время-импульсным преобразованием.
2) ЦВ с частотным преобразованием.
3) ЦВ с двойным интегрированием.
4) ЦВ с позарядным уравновешиванием. Упрощённая структурная схема ЦВ с время-импульсным преобразованием (рисунок 4).
Рисунок 4 — Структурная схема ЦВ с время-импульсным преобразованием
Принцип работы заключается в преобразовании измеряемого напряжения Ux в пропорциональный интервал времени ∆Т, измеряемый числом N заполняющих его импульсов со стабильной частотой следования. Вольтметр работает циклами, длительность которых Т устанавливаются с помощью управляющего устройства УУ и обычно равна или кратна периоду питающей сети. Для единичного измерения Ux предусмотрен ручной запуск.
В начале цикла импульс управляющего устройства запускает генератор линейно-подающего образцового напряжения ГЛИН и сбрасывает показания предыдущего цикла, заполнявшие электронный счётчик ЭС2. Входное напряжение Ux и образцовое напряжение Uo6p поступают на входы сравнивающего устройства СУ1, и в момент их равенства t1 на входе последнего возникает импульс, открывающий временный селектор ВС; через него на электронный счётчик начинают проходить импульсы от генератора счётных импульсов ГСчИ, с частотой fcr или периода Тсч.
В момент времени t2, когда образцовое напряжение достигает нуля, второе сравнивающее устройство СУ2 вырабатывает импульс, закрывающий временной селектор; прохождение счётных импульсов прекращается, и на табло цифрового индикатора ЦИ появляются показания, пропорциональные числу счётных импульсов, прошедших через ВС за интервал времени ∆T=t2- t1. Из диаграммы напряжений следует, что Ux=∆T tgB, ∆T=NTсч=N/fсч. Множитель tgB численно равен скорости V изменения образцового напряжения в/с. Подставляя ∆Т и V получаем Ux=VN/fcч=RN, где R=V/fcч=const. Коэффициент k устанавливается равным 10-m, где m=0, 1, 2,...
Показатель степени m изменяется при переключении пределов измерения, что отражается в положении замкнутой в цифровом отсчёте.
Погрешность измерения возникает вследствие нелинейности измерения линейнопадающего напряжения, нестабильности порога срабатывания сравнивающих устройств и возможности потери счётного импульса, т.е. погрешности дискретности. Основная погрешность составляет обычно 0,1%.
Помехоустойчивость вольтметров с время-импульсным преобразованием низкая, так как любая помеха вызывает изменения момента срабатывания сравнивающего устройства. Главным достоинством этих вольтметров является их сравнительная простота.
Электронный осциллограф