мет. Метрология, стандартизация и сертификация

• Название: Метрология, стандартизация и сертификация
• Дата: 18.10.2019
• Размер: 263 Kb.
• Имя файла: мет.docx
• Тип: Методические указания; #90774
• страница: 4 из 11

Рис. 4.1

Относительная погрешность коэффициента отклонения (в процентах)

А -А*

6, =100^—зц *0 .♦

*о

где А₀ - установленный номинальный коэффициент отклонения.

Опенка погрешностей коэффициентов Ар развертки проводится также для 1-2 его номинальных значений. При этом коэффициент А₀ отклонений устанавливается удобным для наблюдений сигналов на экране.

Для определения действительного значения коэффициента развертки на вход осциллографа подается сигнал прямоугольной (или синусоидальной) фор­мы с известным периодом Т. При установленном коэффициенте развертки А_р изменением частоты / генератора сигналов ГС добиваются изображения п = = (1...3) целых периодов входного сигнала. На экране осциллографа определяют размер L_nj изображения п целых периодов, выраженный в больших делениях шкалы. Действительный коэффициент развертки (с/дел; мс/дел; мкс/дел) определяется выражением:

к - - ”

где/и Г - частота и период входного сигнала, при котором на экране осцил­лографа наблюдались п его целых периодов.

Относительная погрешность коэффициента развертки (в процентах)

⁵*„=¹⁰⁰^гг->

где Ар - установленный номинальный коэффициент развертки.

Определение характеристик нелинейных искажений изображения.

Эффекты искажения формы сигнала, вызванные нелинейностью функций преобразования напряжений и интервалов времени в соответствующие им размеры изображения сигна­лов на экране осциллографа, характеризуются мак- Lyi; || НН \^Ln симальной нелинейностью амплитудной характери­

стики канала и максимальной нелинейностью раз­вертки. Оценить оба параметра можно с помощью сиг­нала прямоугольной формы скважностью q - 0,5.

						1 >!
Ш.	U	'Г		к	п

Рис. 4.2

-24-

Для этого следует установить такое значение амплитуды сигнала, чтобы размер изображения по оси У в центре экрана занимал не менее 6 делений, а также час­тоту генератора, при которой по оси X полностью разместились бы 5 полу- периодов сигнала (точную установку размера можно обеспечить изменением частоты генератора сигналов или регулятором плавного изменения коэф­фициента развертки осциллографа). Вариант наблюдаемой осциллограммы представлен рис. 4.2.

Нелинейность амплитудной характеристики канала вертикального от­клонения (в процентах) оценивают отношением

я . ^lY\ ^lY l»l ^lY2 ^ly\]

^ина , >

^lY

где max{|/,yi - Ly [Lyx - Ly |} — максимальная разность (по модулю) разме­ров изображения амплитуды сигнала по вертикали, в делениях, Ly - размер ам­плитуды в центре экрана. Нелинейность развёртки (в процентах) определяют от­ношением

_ та*{\L_XI-L_X \,\L_X2 -L_x\)

5нр- — ,

где max {\l-x\ - l-x |, Lxi L_X |) - максимальная разность (по модулю) разме­ров изображений полупериодов сигнала, L_x - размер изображения полупе- риода в центре экрана.

Определение амплитудно-частотной характеристики канала верти­кального отклонения. АЧХ канала вертикального отклонения определяют как зависимость размера Ly изображения по оси У амплитуды синусоидального сигнала на экране ЭЛТ от его частоты при неизменном напряжении сигнала на входе канала.

Рабочей полосой пропускания канала считают диапазон частот Af, для которого неравномерность АЧХ не превосходит некоторой заранее установ­ленной величины. Например, часто используется величина донустимого спа­да АЧХ при изменении частоты, равная 3 дК, что соответствует уменьшению размера изображения сигнала до « 0,707 от его значения на некоторой номи­нальной частоте, определенной для каждого типа осциллографа. Крайние значения диапазона частот, удовлетворяющего указанным требованиям, являются верхней /_в и нижней /„ граничными частотами рабочей полосы пропускания канала осциллографа.

-25-

Определение АЧХ проводят также по схеме, представленной на рис. 4.1. В качестве источника сигналов используется генератор SFG-2000, который обеспечивает постоянство амплитуды выходного сигнала при изменении частоты в его рабочем диапазоне. В этом эксперименте электронный вольтметр не является образцовым прибором, поскольку частотный диапазон его уже час­тотного диапазона осциллографа.

Сначала регулировкой выходного напряжения ГС устанавливают размер ^2А ⁼ 6 делений изображения по вертикали двойной амплитуды сигнала на час- тотс /ц = 1 кГц для осциллографа GOS-620. В дальнейшем при определении АЧХ выходное напряжение генератора не изменяют.

АЧХ удобно определять отдельно для областей верхних и нижних час­тот. В области верхних частот АЧХ начинают снимать с шагом 2 МГц: 1 кГц (начальная точка АЧХ), 2 МГц, 4 МГц, ... до частоты, при которой амплиту­да изображения сигнала упадет до величины порядка 0,5...0,7 от первона­чально установленной при_/о = 1 кГц. Для уточнения верхней частоты/_в ра­бочей полосы частот А/" осциллографа необходимо в районе предположи­тельного спада АЧХ до 0,707 (3 дБ) дополнительно снять АЧХ с меньшим шагом изменения частоты входного сигнала¹. Результаты испытаний запи­сать в таблицу, где Й2а(/) - размер изображения сигнала на частоте/ K(f) - АЧХ, представленная в относительных единицах для соответствующих час- ^тот/> K(f) 7-2a(/) / Д/о = 1 кГц), Ад - коэффициент отклонений, при кото­ром проводился эксперимент,/_в - верхняя граничная частота рабочей полосы пропускания канала, найденная в эксперименте.

Область верхних частот
/;мгц	0,001	2	4
A2A (А дел.
т...
ко=... В/дел				/в =... МГц

В области нижних частот АЧХ определяют отдельно для закрытого (АС) и открытого (DC) входов канала вертикального отклонения. Поскольку нижняя

Поскольку верхняя частота/! полосы пропускания осциллографа соизмерима с макси­мальной частотой генератора, то в случае, если не достигается требуемый спад АЧХ ос­циллографа, принять для данного эксперимента за верхнюю частоту/ максимальную час­тоту генератора с указанием уровня спада АЧХ.

-26-

частота f_u рабочей полосы частот Д/ для закрытого входа у осциллографов обычно находится в области единиц и первых десятков Гц, процедура опре­деления АЧХ для закрытого входа может быть следующей: сначала умень­шают частоту отТо = 1 ООО Гц через 200 Гц, а затем от 50 Гц - через 10 Гц. Если необходимо, можно уточнить нижнюю частоту^ рабочей полосы, при ко­торой АЧХ падает до 0,707, снятием дополнительных точек с шагом 1 Гц.

Определение АЧХ для открытого входа проводится при тех же частотах.

Результаты испытаний представляют в таблице.

Область нижних частот
/,Гц	1000	800		50	40		9	8
Z.2a(0. закр. вх., дел.
K(f), закр. вх
ко= ... В/дел; для закрытого входа /и - ... Гц
/.2 А СО- откр. вх., дел.
К(Д откр. вх
ко = ... В/дел.; для открытого входа /н = ... Г'п

По результатам проведенных исследований строятся графики АЧХ для верхних и нижних частот.

Применение осциллографа для нзмерення параметров сигналов.

Объекты измерений задаются преподавателем. Измеряемые сигналы подают­ся с помощью коаксиального кабеля на второй вход (СН2) осциллографа и устанавливается необходимый режим работы для визуального наблюдения сигналов (переключатель MODE находится в положении СН2; регуляторы POSITION «t ,<->»- в положениях, обеспечивающих наблюдение луча по второму каналу; режим синхронизации: AUTO или NORM; СН2, LEVEL - в положении, обеспечивающем устойчивую синхронизацию). Для измерения параметров сигналов коэффициенты развертки и отклонения канала верти­кального отклонения устанавливают такими, чтобы на экране ЭЛТ появилось изображение одного-двух периодов исследуемого сигнала с достаточно большой для измерения амплитудой.

Амплитуду сигнала (в вольтах) определяют из соотношения

1/=*о£а ,

где ко. - коэффициент отклонения, В/дел.; L\- размер амплитуды, в делениях, Относительная погрешность 6д измерения амплитуды 8А⁼8*₀ ⁺ 8на + 5ва,

-27 -

где 5^ - относительная погрешность коэффициента отклонения, 8н_а - относи­тельная погрешность нелинейности вертикального отклонения, ^ва - относи­тельная визуальная погрешность.

Погрешности 8^ и 8_{Н а} выбираются из полученных при исследовании

или, если они не определялись, из технических характеристик осциллографа. Визуальную погрешность (в процентах) находят из соотношения 5_M = 100(6/2, а),

где L\ - размер изображения амплитуды, в делениях, Ь - абсолютная погреш­ность оценки /,д, зависящая от толщины линии изображения сигнала на экране (фокусировки) и от субъективной погрешности отсчитывания Ад, часто Ь прини­мают равной толщине линии изображения сигнала на экране луча, в делениях.

Длительность временных параметров (периода, длительности импульса и т. п.) сигнала вычисляют по формуле

t_T = hfLT,

где Ар - коэффициент развертки, С/дел.; Ьт - размер измеряемого параметра, в делениях, на изображении сигнала по оси X.

Относительная погрешность 8, измерения временных параметров 8/ = 5*_р + 8„р + 8_ВД,

где 8^ - погрешность коэффициента развертки, 8_вр - погрешность нелиней­ности развертки, 8_ВД - визуальная погрешность измерения длительности. Погрешность 8_ВД (в процентах) можно найти из формулы 8_ВД = 100 (b/L_T),

где Lt - размера измеряемого параметра по горизонтали, Ь - абсолютная по­грешность оценки £у(см. оценку 8_ва ранее).

Лабораторная работа 5.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ПРЯМЫХ И КОСВЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

Цель работы - ознакомление с методами обработки результатов прямых и косвенных измерений при однократных и многократных измерениях.

-28-

Задание

1. Ознакомиться с лабораторным стендом и сменным модулем «Прямые, косвенные и совместные измерения».

2. Прямые однократные измерения. Измерить напряжение на выходе резистивного делителя (по указанию преподавателя). Результат однократ­ного измерения напряжения записать в вид U_x = U± ДU.

3. Косвенные однократные измерения. Измерить ток, протекающий через резистивный делитель, путем измерения напряжения на образцовом сопро­тивлении. Результат однократного измерения тока записать в виде 1_Х=1±А1.

Измерить мощность Р_тх, выделяемую на участке резистивного делите­ля с помощью цифрового вольтметра и образцового резистора извест­ного сопротивления. Результат однократного измерения мощности за­писать в виде Р_тх = Р_т± АР_т.

А 2

4. Прямые многократные измерения . Измерить несколько раз напряжение, указанное в п. 2, при наличии относительно больших случайных погреш­ностей (число измерений и уровень случайных погрешностей задаются преподавателем). Обработать полученные данные и результат измере­ний напряжения записать в виде U_x = U ± ДО, Р= ....

5. Косвенные многократные измерения. При наличии относительно боль­ших случайных погрешностей измерить несколько раз ток, определяемым в соответствии с п. 3. Обработать полученные данные и результат измере­ний тока записать в виде I_x = l ± А1, Р=....

Измерить несколько раз мощность, определяемую в соответствии с п. 3, при наличии относительно больших случайных погрешностей. Обрабо­тать полученные данные и результат измерений мощности записать в виде P_mx=j^±AP_m, i>=.„.

^! В обозначение мощности «Р» искусственно введен индекс «/я» с целью отличия от тако­го же общепринятого обозначения вероятности Р.

Для иллюстрации достоинств многократных измерений эксперименты пп. 4 и 5 по ука­занию преподавателя могут быть проведены дважды: при небольшом числе измерений (5...7) и числе измерений 20...25. Число измерений и количество экспериментов задаются преподавателем.

-29-

Описание и порядок выполнения работы

Сменный модуль, устанавливаемый на лабораторном стенде для выполне­ния работы, включает объекты испытаний (резистивные делители, линейные и нелинейные преобразователи) и вспомогательные устройства (набор образцовых сопротивлений, генератор случайных сигналов - ГСС, двухвходовой сумматор - X, блок выборки и хранения - БВХ, двухпозиционный переключатель - П).

Для выполнения лабораторной работы на вертикальном стенде исполь­зуются источник постоянного напряжения, цифровые вольтметры и генератор сигналов ГС прямоугольной формы.

Для проведения однократных прямых и косвенных измерений используется схема, представленная на рис. 5.1, в которой пунктиром обведены ее элементы, располо­женные на модуле, а источник питания и вольт­метры находятся на вертикальном стенде.

Обработка результатов однократных прямых измерений напряжения. Объектом испытаний для прямых измерений является ре­зистивный делитель напряжения, состоящий из нескольких последовательно соединенных резисторов, например R), R2, R0 (указываются преподавателем); R0 - образцовое сопротивление. На вход де­лителя подают постоянное напряжение, контролируемое цифровым вольт­метром У_к. Выходное напряжение на сумме сопротивлений R2 и R0 измеряют цифровым вольтметром V; переключатель П в этом случае устанавливается в положение 1. При отсутствии случайных погрешностей результат измерения находят по однократному показанию U вольтметра У.

Погрешность ДU результата измерений в данном случае определяется инструментальной погрешностью вольтметра, которую находят по его классу точности (см. введение). Результат однократного измерения следует предста­вить в виде

Ux=U±bU. (5.1)

Обработка результатов однократных косвенных измерений. Результа­тами косвенных измерений по схеме на рис. 5.1 могут быть, например, ток, про­текающий через резисторы, и мощность, выделяемая на резисторах R2 и R0.

При косвенном измерении тока определяют напряжение Щ на известном образцовом сопротивлении ЛО; переключатель в этом случае ставится в

-30-

I г