Метрология билеты. метрология билеты. 1. Государственная система обеспечения единства измерений. Система единиц величин си. Размерности единиц

Название	1. Государственная система обеспечения единства измерений. Система единиц величин си. Размерности единиц
Анкор	Метрология билеты
Дата	17.01.2022
Размер	1.62 Mb.
Формат файла
Имя файла	метрология билеты.docx
Тип	Документы #333263
страница	1 из 2

1 2

1. Государственная система обеспечения единства измерений. Система единиц величин СИ. Размерности единиц.

Измерение – совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, заключающихся в сравнении измеряемой величины с ее единицей с целью получения значения этой величины в форме, наиболее удобной для использования.

Физическая величина (ФВ) – характеристика одного из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса).

Единица физической величины – физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1, и применяемая для количественного выражения однородных физических величин.

Система единиц ФВ – совокупность основных и производных единиц, образованная в соответствии с принятыми принципами.

СИ – система интернациональная. Принята на XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г.

Основные единицы: килограмм, метр, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела. В рамках

СИ считается, что эти единицы имеют независимую размерность, то есть ни одна из основных единиц не может быть получена из других.

Производные единицы получаются из основных с помощью алгебраических действий, таких как умножение и деление. Некоторым из производных единиц в СИ присвоены собственные названия, например радиану.

Приставки можно использовать перед названиями единиц; они означают, что единицу нужно умножить или разделить на определённое целое число, степень числа 10. Например, приставка «кило» означает умножение на 1000 (километр = 1000 метров). Приставки СИ называют также десятичными приставками.

2. Виды средств измерений. Эталоны и рабочие средства измерений.

Меры - средства измерений, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера. Меры наивысшего порядка точности называют эталонами.

Эталоны - средства измерений или их комплексы, обеспечивающие воспроизведение и хранение узаконенных единиц физических величин, а также передачу их размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерения.

Образцовые средства измерений - меры, измерительные приборы или преобразователи, утвержденные в качестве образцовых для поверки по ним других средств измерений.

Рабочие средства измерений - такие средства, которые применяют для измерений, не связанных с передачей размера единиц.

Средства измерения высшей точности - эталоны делятся на несколько категорий.

В метрологической практике широко используются вторичные эталоны, рабочие эталоны и эталоны-копии. Эти эталоны создаются и утверждаются в тех случаях, когда это необходимо для организации поверочных работ, а также для обеспечения сохранности и наименьшего износа государственного первичного эталона.

Существуют также следующие категории эталонов:

эталон сравнения - вторичный эталон, применяемый для сличения эталонов, которые по каким-либо причинам не могут быть сличаемыми друг с другом;

эталон-свидетель - вторичный эталон, применяемый для проверки сохранности государственного эталона или для его замены в случае порчи или утраты.

эталон-копия представляет собой вторичный эталон, предназначенный для передачи размера рабочим эталонам. Он не всегда может быть точной физической копией государственного эталона.

рабочий эталон - это вторичный эталон, применяемый для хранения единицы и передачи ее размера образцовым средствам или наиболее точным рабочим средствам измерений.

Рабочие эталоны могут быть реализованы в виде одиночного эталона (или одиночной меры), в виде группового эталона, в виде комплекса средств измерений и в виде эталонного набора.

3. Классификация методов и средств измерений.

По способу обработки результатов, измерения разделяют на КОСВЕННЫЕ, ПРЯМЫЕ, СОВМЕСТНЫЕ и СОВОКУПНЫЕ.

Прямое измерение – измерение при котором искомое значение величины получают непосредственно от средства измерений( на шкале) или путем сравнения с мерой(гиря)

Косвенное измерение – измерения в которых производятся прямые измерения других величин, связанных с искомой величиной известной функциональной зависимостью.

Совместные - измерения двух и более неоднородных физических величин для определения зависимости между ними.

Совокупные – сопряженные с решением системы уравнений, составленной по результатам одновременных измерений нескольких однородных величин.

Совместные и совокупные измерения часто применяют в измерения различных параметров и характеристик в области электроники.

4. Классификация погрешностей.

1. По форме записи:

Абсолютная погрешность – погрешность, выраженная в единицах измеряемой величины.

Относительная погрешность – это отношение абсолютной погрешности к измерен-

ному или действительному значению.

Приведенная погрешность – отношение абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона.

2. По характеру изменения при повторных измерениях (свойство погрешности).

Систематические погрешности – остаются постоянными либо известен закон изме-

нения по которому меняется погрешность при повторных измерениях.

Случайные погрешности – изменяются случайным образом при повторных измерениях.

Грубые погрешности – погрешность, существенно превышающую ожидаемую в данных условиях

3. По зависимости от измеряемой величины

Аддитивной погрешностью называется погрешность постоянная на всем диапазоне.

Мультипликативная погрешность – погрешность, значение которой изменяется в зависимости от измеряемой величины.

4. По причинам возникновения:

Инструментальные - погрешности, обусловленные применяемыми средствами измерения (приборы).

Методические -являются следствием несовершенства метода измерения.

Субъективные (личностные) - погрешность оператора.

5. От условий применения:

Основная - погрешность, определяемая в нормальных условиях (документация прибора).

Дополнительная - погрешность, определяемая в рабочих условиях.

6. От скорости изменения измеряемой величины:

Статические - не зависят от скорости изменения измеряемой величины.

Динамические - проявляются при больших скоростях изменения измеряемой величины.
5. Классы точности средств измерений.

Класс точности – обобщенная характеристика средств измерений, определяемая пределами допускаемых основной и дополнительной погрешностей.

Классы точности содержатся в ГОСТе.

На многопредельном средстве измерения классы точности часто устанавливаются на каждом диапазоне.

δ=±А 10ⁿ, где А=1; 1,5; 2; 2,5; 4; 5; n= 1; 0; -1; -2; -3......
1. Если у прибора преобладает аддитивная погрешность, то класс точности определяется в пределах допускаемой приведенной погрешности.

Обозначение на приборе: максимальное значение приведенной погрешности в процентах

2. Если у прибора преобладает мультипликативная погрешность, то класс точности определяется пределами допускаемой относительной погрешности.

Обозначение на приборе: максимальное значение относительной погрешности в процентах.

3. Если у прибора присутствуют обе составляющие , класс точности определяется пределами допускаемой относительной погрешности.

с,d – нормируемые коэффициенты %;

An – предел измерения

Ax – измеряемая величина

Абсолютная погрешность в этом случае определяется по формуле:

D = ± (a + b × Ax), где a = (d/100) × An; b = (c - d) ×100

Обозначение на приборе:

1,5/0,5 – с/d
6. Нормируемые метрологические характеристики.

- количественное задание определенных номинальных значений и допустимых отклонений от этих значений. Нормирование метрологических характеристик позволяет оценить погрешность измерения, достичь взаимозаменяемости средств измерений, обеспечить возможность сравнения средств измерений между собой и оценку погрешностей измерительных систем и установок на основе метрологических характеристик входящих в их состав средств измерений.

Для каждого вида средств измерений исходя из их специфики и назначения нормируется определенный комплекс метрологических характеристик, указываемый в нормативно-технической документации на средство измерения. В этот комплекс должны включаться такие характеристики, которые позволяют определить погрешность данного средства измерения в известных рабочих условиях его применения.

пределы измерений, пределы шкалы;
цена деления равномерной шкалы аналогового прибора или многозначной меры, при неравномерной шкале – минимальная цена деления;
выходной код, число разрядов кода, номинальная цена единицы наименьшего разряда цифровых средств измерений;
номинальное значение однозначной меры, номинальная статическая характеристика преобразования измерительного преобразователя;
погрешность средств измерений;
вариация показаний прибора или выходного сигнала преобразователя;
полное входное сопротивление измерительного устройства;
полное выходное сопротивление измерительного преобразователя или меры;
неинформативные параметры выходного сигнала измерительного преобразователя или меры;
динамические характеристики средств измерений;
функции влияния;
наибольшие допустимые изменения метрологических характеристик средств измерений в рабочих условиях применения.

7. Результат измерений и его погрешность.

1. Результат измерения состоит из оценки измеряемой величины и погрешности измерения.

2. Исходными данными для расчета погрешности являются нормируемые метрологические характеристики средств измерений, которые указываются, как правило, с одной или двумя значащими цифрами.

3. Погрешность результата измерения указывается двумя значащими цифрами, если первая значащая цифра равна 1 или 2 и одной значащей цифрой, если первая значащая цифра равна 3 и более.

4. Результат измерения округляется до того же десятичного разряда, которым оканчивается округленное значение абсолютной погрешности.

5. Округление производится в окончательном ответе. Все промежуточные вычисления выполняются с несколькими лишними знаками.

Значащая цифра – это все цифры, кроме нулей слева.
8. Правила суммирования систематических и случайных погрешностей.

Погрешности суммируют по однородным группам, затем находят общую погрешность, используя геометрическое суммирование для случайных погрешностей и алгебраическое для детерминированных.

Существует три способа суммирования погрешностей:

алгебраический:

(4.100)

где

- номер погрешности,

- их количество.

геометрический:

(4.101)

где

- среднеквадратическое значение

-той погрешности;

с учетом корреляции:

9. Правила представления результата измерений.

1 Округлять результат измерения следует так, чтобы он оканчивался цифрой того же разряда, что и значение его погрешности. Если десятичная дробь в числовом значении результата измерения оканчивается нулями, то нули отбрасываются только до того разряда, который соответствует младшему разряду числового значения погрешности.

2 Если цифра старшего из отбрасываемых разрядов меньше 5, то остающиеся цифры числа не изменяют. Лишние цифры в целых числах заменяют нулями, а в десятичных дробях отбрасывают.

3 Если цифра старшего из отбрасываемых разрядов больше или равна 5, а за ней следуют отличные от нуля цифры, то последнюю оставляемую цифру увеличивают на единицу.

4 Если отбрасываемая цифра равна 5, а следующие за ней цифры неизвестны или нули, то последнюю сохраняемую цифру числа не изменяют, если она четная, и увеличивают на единицу, если она нечетная.

5 Округление производится лишь в окончательном ответе, а все предварительные проводят с одним-двумя лишними разрядами.

Если результат имеет очень большую или очень малую величину, необходимо использовать показательную форму записи - одну и ту же для результата и его погрешности, причем запятая десятичной дроби должна следовать за первой значащей цифрой результата:

правильно – j = (5,27±0,03)×10-5,

неправильно – j = 0,0000527±0,0000003.

10. Количественные характеристики переменного напряжения и тока.

1. Среднее значение (постоянная составляющая) напряжения

где T - интервал интегрирования. Численное значениеТ в вольтметрах имеет порядок (0,2,…,1) с. При расчетах среднего значения и других характеристик периодического сигнала в качестве интервалаТ удобно взять период сигнала.

2. Максимальное и минимальное значения напряжения

, Uмин = min{u(t)}

Размах Up =Uмакс -Uмин.

Пиковое отклонение “вверх” напряжения

Uвв= Uмакс -Uср.

Пиковое отклонение “вниз” напряжения

3. Среднеквадратическое (действующее) значение напряжения

4. Средневыпрямленное значение напряжения

5. Коэффициент амплитуды – во сколько Uмах больше U ср. кв.

Ка=Umax/Uср.кв

6. Коэффициент формы

Кф = Uср.кв/ Uср.выпр.

11. Влияние параметров входных цепей вольтметров и амперметров на погрешность измерения

Rвх – сопротивление вольтметра

Ri – внутреннее сопротивление измеряемого источника напряжения

C – емкость вольтметра и соединительных проводов

Погрешность – систематическая и имеет знак минус

При измерении постоянного тока:

При измерении переменных напряжений и тока нужно обязательно учитывать влияние индуктивности и емкости соединительных проводов, поэтому рассматриваемая погрешность будет зависеть от частоты.

Зависимость погрешности от частоты:

12. Измерительный преобразователь средневыпрямленного значения

Принцип действия заключается в преобразовании измеряемого напряжения в пропорциональную ему частоту следования импульсов, измеряемую цифровым частотомером. Одна из простейших схем такого вольтметра (рис. 1, а)работает следующим образом. Измеряемое напряжение U _хпоступает на вход интегратора, и конденсатор С заряжается по закону

Рис. 1. Цифровой вольтметр с частотным преобразованием.

Через интервал времени Т₁(рис. 1, б) напряжение на конденсаторе достигнет значения образцового напряжения, получаемого от источника ИОН:

(1)

В этот момент сравнивающее устройство СУ включает формирующее устройство ФУ, вырабатывающее отрицательный импульс обратной связи с постоянной площадью, равной произведению U _{о. с.}T₂. Этот импульс поступает через резистор R₂на вход интегратора и разряжает конденсатор С до нуля. Время разряда равно Т₂. Далее процесс повторяется с периодом Т_х= T₁ + T₂, или частотой f_x=1 / Т_х. Процесс разряда конденсатора можно записать так:

(2)

Приравняв результат интегрирования (2) напряжению из формулы (2), получаем

измеряемое напряжение

где коэффициент k = R₁T₂U_{о. с.}/R₂— постоянная величина для данного вольтметра; частота f_xизмеряется электронным счетчиком ЭСч1.

13. Измерительный преобразователь среднеквадратического значения

Среди ряда известных методов организации структур ПДЗ наиболее эффективным является метод взаимообратных преобразований. Функциональная схема ПДЗ, реализующая его представлена на рисунке:

Идея метода взаимообратных преобразований заключается в использовании для операций квадратирования и извлечения корня идентичных по характеристикам квадратирующих преобразователей в цепи прямого преобразования и цепи отрицательной обратной связи усилителя с большим коэффициентом преобразования усиления.

Для идентичных ФП можно записать

ΔU=U²_вх- U²_вых

U_вых=ΔUK_у
где K_у>>1 - коэффициент усиления усилителя.

При больших значениях K_у напряжение на входе усилителя ΔU→0 и справедливо приближенное равенство:

U²_вх= U²_вых

Схема усреднения представляет собой фильтр нижних частот, характеристика которого обеспечивает подавление напряжения с частотой входного сигнала и неискаженное пропускание составляющих спектра изменения действующих значений. Учитывая наличие спектра, можно записать:

U_вх= U_вых

Реализация обратного функционального преобразования не единственное преимущество способа взаимообратных преобразований.

14. Пиковые детекторы.

Пиковые детекторы предназначены для измерения максимального за некоторый отрезок времени значения сигнала. Работу пикового детектора можно пояснить на примере простой схемы, состоящей из идеальных диода и конденсатора (рис. 11.11).

Пиковые детекторы могут работать в двух различных режимах — режиме слежения и режиме хранения. В режиме слежения входной сигнал больше ранее запомненного пикового значения, и выходное напряжение детектора соответствует входному до тех пор, пока входное напряжение не начнет снижаться. В этот момент устройство переходит в режим хранения, в котором будет оставаться до тех пор, пока входное напряжение вновь не превысит ранее достигнутого уровня.

Показанный на рис. простой детектор имеет несколько недостатков. Во-первых, зафиксированное выходное напряжение не остается

15. Правило градуировки.

Приборы для измерения переменного напряжения(тока) градуируют п действующему (среднеквадратическому) значению синусоидального сигнала

Исключением из этого правила является импульсные вольтметры, их градуируют по амплитудному значению синусоидального сигнала.

Приборы для изменения постоянного напряжения(тока), измеряющие среднее значение сигнала, градуируют по эталонному источнику постоянного напряжения(тока).

16. «Открытые» и «закрытые» входы вольтметров.

Существует два вида входа вольтметра:

- открытый – вольтметр реагирует на весь сигнал U(t) (постоянную и переменную составляющую);

- закрытый - вольтметр реагирует только на переменную составляющую сигнала

;

Вольтметр с закрытым входом отличается от вольтметра с открытым входом тем, что у него во входной цепи включен разделительный конденсатор, который не пропускает постоянную составляющую сигнала. На рисунке показаны временные диаграммы сигнала U(t), и его переменной составляющей

Вольтметр с закрытым входом измеряет параметры только переменной составляющей сигнала

17. Особенности измерения напряжения на высоких частотах.

Измерение напряжения на повышенной и высокой частотах осуществляется вольтметрами, работающими в указанном диапазоне частот, а также электронными осциллографами. Это объясняется влиянием прибора на электрический режим исследуемой цепи за счет реактивной составляющей входного сопротивления вольтметра, подключаемой параллельно исследуемому объекту. В большинстве случаев при измерении напряжения высокой частоты входное реактивное сопротивление носит емкостный характер. Для уменьшения влияния вольтметра на результат измерения необходимо, чтобы входное активное сопротивление прибора было как можно больше, а входная емкость как можно меньше.

Осциллографы – приборы, чувствительные к напряжению, поэтому все измерения, выполняемые ими, сводятся к измерению отклонения электронного луча под действием приложенного напряжения.

18. Типовая структурная схема вольтметра с высокой чувствительностью.

Входное устройство (ВУ), диодные детекторы (Д), усилитель переменного тока (УПрТ), диодные детекторы (Д), ИМ (измерительный механизм)

Высокая чувствительность, УПрТ имеют значительно больший коэффициент усиления, чем УПТ, нижний предел измерений ограничивается собственными шумами УПрТ. Полоса частот по сравнению со схемой 1 уже, ограничивается полосой пропускания УПрТ (не более 50 МГц)

19. Типовая структурная схема вольтметра с широким диапазоном.

Входное устройство (ВУ), диодные детекторы (Д), усилитель постоянного тока (УПТ), ИМ (измерительный механизм)

Широкий диапазон частот (20 – 500 МГц, в некоторых случаях до ГГц). Чувствительность низкая – несколько дел / мВ

20. Типовая структурная схема селективного вольтметра.

Такие вольтметры предназначены для измерения действующего значения напряжения в некоторой полосе частот или действующего значения отдельных гармонических составляющих измеряемого сигнала.

Принцип действия селективного вольтметра заключается в выделении отдельных гармонических составляющих сигнала или сигнала узкой полосы частот с помощью перестраиваемого полосового фильтра и измерении действующего значения выделенных сигналов.

Физически реализуемый полосовой фильтр не обладает строго прямоугольной амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ). Это может привести к тому, что через такой фильтр пройдут соседние гармонические составляющие с некоторым коэффициентом передачи. В этом случае селективный вольтметр измеряет действующее значение суммы гармонических составляющих, прошедших через фильтр, с учетом реальных коэффициентов передачи для каждой составляющей.

Рис. 5.6. Структурная схема селективного вольтметра

Входное устройство (ВУ) – Смеситель (См) – Усилитель промежуточной частоты (УПЧ) – Генератор (Г) – Вольтметр действующих значений (ВДЗ)

21. Типовая структурная схема аналогового осциллографа

Осциллограф – прибор предназначенный для наблюдения формы и параметров электрических сигналов, в первую очередь мгновенных значений напряжения и интервалов времени.

Разделяют: аналоговые(ЭЛО), цифровые(ЦО).

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) с электростатическим отклонением луча имеет две пары отклоняющихся пластин:

Вертикально отклоняющие пластины У, расположены горизонтально и горизонтально отклоняющие пластины Х, которые расположены вертикальна.

Принцип формирования изображения на экране ЭЛТ:

Регулируя напряжение, можно изменять положение(координаты) точки на экране:

Х=Кх*Ux; У=Ку*Uу. Где Кх и Ку – масштабные коэффициенты соответствующих каналов осциллографа

Канал вертикального отклонения(У)

Назначение канала У – обеспечить неискаженное усиление исследуемого сигнала и подачу его на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ.

Канал горизонтального отклонения(Х)

Назначение канала Х – формирование сигнала пилообразной развертки, синхронного и синфазного с исследуемым сигналом, поступающим на вход У.

На входе Х может быть подан сигнал внешней синхронизации развертки, однако этот сигнал должен быть уже синхронен с исследуемым вне схемы осциллографа.

Требования к напряжению пилообразной развертки:

1. В непрерывном режиме период сигнала генератора развертки должен быть равен целому числу периодов исследуемого сигнала Тгр =nTc.

В ждущем режиме, который можно использовать для наблюдения непериодических сигналов, начало прямого хода генератора развертки должно соответствовать началу исследуемого сигнала.

2. Длительного прямого хода генератора развертки tвх должна соответсвовать длительности исследуемого сигнала, т.е. должна быть регулируемой.

3. Длительность обратного хода генератора развертки tох должна быть минималньой.

4. Размах напряжения генератора разветки должен быть стабилизирован (Um= cjnst)

5. Необходимо обеспечить малую нелинейность сигнала генератора развертки на интервале времени прямого хода tпх

22. Генераторы линейной развертки (линейной, ждущей) осциллографа.

Генератор линейной развертки служит для получения линейно изменяющегося во времени ( пилообразного) напряжения, необходимого для отклонения луча в горизонтальном направлении.

1. В непрерывном режиме период сигнала генератора развертки должен быть равен целому числу периодов исследуемого сигнала Тгр =nTc.

В ждущем режиме, который можно использовать для наблюдения непериодических сигналов, начало прямого хода генератора развертки должно соответствовать началу исследуемого сигнала.

23. Режим внешней развертки осциллографа.

Иногда бывает удобно запустить развертку по внешнему сигналу, подаваемому на специальныйвход синхронизации. Такой режим получил названиевнешней синхронизации.Уровень синхронизирующего сигнала, при котором происходит запуск развертки, также может регулироваться ручкой на панели управления.

Как в режиме внутренней, так и в режиме внешней синхронизации запуск развертки может производиться при нарастании или при убывании сигнала. Для переключения режима срабатывания сигнала запуска предусмотрены кнопки или переключатели на панели управления с соответствующими надписями или значками «+» и «-». Полярность сигнала запуска выбирается в зависимости от ожидаемого вида исследуемого сигнала. Например, если известно, что сигнал представляет собой отрицательные импульсы, то в режиме внутренней синхронизации запуск развертки целесообразен при убывании напряжения. Если же вид исследуемого сигнала заранее не известен, то рекомендуется сначала использовать режим непрерывной развертки для определения примерного вида сигнала, а затем – измерить все его характеристики в ждущем режиме. Получив в ждущем режиме устойчивую картине на экране, приступают к точным измерениям характеристик сигнала.

Для получения устойчивого изображения необходимо, чтобы в одном периоде развёртки точно укладывалось целое число периодов исследуемого сигнала. Выполнения этого условия обеспечивается синхронизацией генератора развёртки исследуемым сигналом. При этом генератор развёртки работает в непрерывном режиме.

Процесс привязки начала развёртки к началу развёртки исследуемого сигнала называется синхронизацией. Для осуществления синхронизации блок синхронизации вырабатывает импульс с крутым фронтом, который запускает генератор развёртки в момент, когда исследуемый сигнал достигает определенного уровня, (всегда с приходом одной и той же фазы исследуемого сигнала). Синхронизация может быть внутренней - осуществляется частью усиленного исследуемого сигнала, внешней - сигнал подаётся от внешнего источника (Г5-15), синхронизация от сети используется при исследовании сигналов с частотами, кратными 50 Гц.
24. Осциллографические измерения.
Методы осциллографических измерений делят на две группы. Первая группа - это традиционные методы визуального наблюдения сигнала на экране аналогового осциллографа и измерения его параметров по калиброванной сетке (метод калиброванных шкал). Более точные методы предусматривают сравнение на экране осциллографа исследуемого сигнала с эталонным (методы замещения и электронных меток).

Метод калиброванных шкал - наиболее часто используемый метод измерения напряжений и временных интервалов с помощью аналоговых осциллографов. Перед измерениями напряжения осциллографкалибруют по вертикали. Для этого на вход Y подают сигнал от встроенного калибратора. Обычно используют сигнал прямоугольной формы (меандр) с точно известными амплитудой и периодом. При калибровке используют плавную подстройку усиления канала Y специальным потенциометром. Цель регулировки - добиться соответствия вертикального размера изображения калибрационного сигнала установленному масштабу (коэффициенту отклонения, нанесенному на шкалу аттенюатора канала). Отметим, что ручка плавного изменения коэффициента отклонения при калибровке должна быть отключена или установлена в крайнее правое положение, обозначаемое обычно КАЛИБР.

Компенсационный метод измерения (метод замещения) основан на замещении измеряемого параметра образцовым. При этом осциллограф выступает как устройство сравнения (нульиндикатор).

Метод сравнения с эталоном (метод электронных меток) позволяет значительно увеличить точность осциллографических измерений и повысить их производительность. Суть метода - создание на экране эталонных меток в виде линий (курсоров) или точек (маркеров) и совмещение их с измеряемыми частями изображения сигнала.

25.Цифровые осциллографы – их основные преимущества перед аналоговыми осциллографами. Типовая структурная схема.
возможность "замораживания" изображения на произвольное время;

высокая точность измерений;

широкая полоса пропускания;

яркий, хорошо сфокусированный экран на любой скорости развертки;

возможность отображения сигнала до запускающего момента (в "отрицательном" времени);

возможность обнаружения импульсных помех;

автоматические средства измерения параметров сигналов;

возможность подключения к компьютеру, принтеру или плоттеру;

возможности математической и статистической обработки сигнала;

средства самодиагностики и самокалибровки.
Недостаток аналоговых осциллографов состоит в том, что они не позволяют зафиксировать изображение на экране и хранить осциллограмму в течение длительного периода времени. Поскольку вещество люминофора быстро гаснет, часть сигнала может теряться.

Невозможно выполнять автоматические измерения параметров сигнала. Вместо этого обычно приходится выполнять измерения с использованием сетки на дисплее.

Аналоговые осциллографы могут отображать не все типы сигналов, так как существует верхний предел скорости вертикальной и горизонтальной развертки электронного луча.

26. Структурная схема электронно-счетного частотомера в режиме измерения частоты.

ВУ – входное устройство; ФИ – формирователь импульсов; ВС – временной селектор; СЧ – счетчик импульсов; ЦОУ – цифровое отсчетное устройство; УФУ – устройство формирования и управления; ДДЧ – декадный делитель частоты; КГ – кварцевый генератор

Исследуемый гармонический сигнал u(t), имеющий частоту/^., подается на входное устройство, обеспечивающее усиление или ослабление его до значения, требуемого для работы последующих устройств частотомера, и фильтрацию исследуемого сигнала.

Формирующее устройство формирует последовательность коротких импульсов (/фу (счетных импульсов), следующих с периодом Тх = /fx и связанных с исследуемым сигналом и(1) моментом появления так, что передние фронты этих импульсов практически совпадают с моментами перехода исследуемого сигнала u(t) через нулевое значение на оси времени с положительной производной.

Устройство формирования и управления формирует прямоугольный импульс i/уфу калиброванной длительности ДtKa (с гроб-импульс), полученный путем деления частоты опорного генератора и определяющий время измерения.

27. Структурная схема электронно-счетного частотомера в режиме измерения периода.

ГОЧ – генератор опорной частоты; Ф1 и Ф2 – формирователи импульсов; ВС – временной селектор; ; СЧ – счетчик импульсов; ЦОУ – цифровое отсчетное устройство; ВУ – входное устройство; УФУ – устройство формирования и управления;

28. Источники погрешностей ЭСЧ и их нормирование

1. Погрешность дискретизации. Ее уменьшают за счет увеличения частоты ГОЧ (путем установки умножителя частоты между ГОЧ и Ф1), т.е. за счет увеличения числа счетных импульсов. С этой же целью в схему между ВУ и Ф2 можно ввести делитель частоты.

2. Погрешность, обусловленная нестабильностью образцовой частоты кварцевого генератора вследствие старения кварца.

3. Влияние шумов В каналах формирования строе-импульса U3 и счётных импульсов

, входящие в их положение временную модуляцию по случайному закону.

Погрешность измерения: - частоты - ±δ0±1 ед. сч., - периода - ±δ0±((3·10-3 )/n±fвх/(fтакт·n)); где δ0 = ±10-7 - погрешность основного внутреннего генератора;
29. Методы измерения фазового сдвига.

Фазовым сдвигом

называется модуль разности начальных фаз двух гармонических сигналов одной частоты

. Таким образом фазовый сдвиг равен

. Он является постоянной величиной и не зависит от момента отсчёта.

осциллографический;

компенсационный;

дискретного счета.

Осциллографический метод

Этот метод реализуется с помощью линейной, синусоидальной и круговой разверток.

Метод линейной развертки

Для этого используется двухлучевой или двухканальный осциллограф. На входы Y₁ и Y₂ подаются исследуемые сигналы. Частота развертки подбирается так, чтобы на экране наблюдалось 1-2 периода сигналов (рис.11.1 а). Измерив Т и

по формуле

определяют фазовый сдвиг, где ab и ac – измеренные на экране ЭЛТ длины отрезков.

Метод синусоидальной развертки

Метод может быть реализован с помощью однолучевого осциллографа. Один сигнал

подается в канал Y, а второй

– на канал Х (генератор развертки отключен). На экране осциллографа получается эллипс (рис. 11.2 рис. 11.2.), уравнение которого

( 11.2)

где a, b – максимальные отклонения по горизонтали и вертикали соответственно.

Существует ряд методов определения фазового сдвига по полученной фигуре.

Осциллографический метод прост, не требует дополнительных приборов, но не даёт однозначности (знак угла) и обладает большой субъективной погрешностью. Погрешность определения фазового сдвига составляет 5-10% из-за неточностей определения длин отрезков, искажений эллипса.

Метод круговой развертки

При использовании этого метода опорное напряжение с помощью фазовращателя ФВ расщепляется по фазе и в виде двух сдвинутых на 90^o напряжений подается на вход усилителей У1 и У2 каналов X и Y (рис.11.3).

Компенсационный метод

Для осуществления измерений по этому методу необходимо иметь два фазовращателя, один из которых должен быть калиброван. Фазовращатель (группа Ф3) – это устройство, с помощью которого в схему вводятся известный и регулируемый фазовый сдвиг.

Метод дискретного счета

Как было показано выше, фазовый сдвиг легко преобразуется во временной интервал. Метод дискретного счета предполагает заполнение этого временного интервала счётными импульсами и подсчет их количества. Если частота следования счетных импульсовf₀, то в интервале

их будет

. Тогда фазовый сдвиг

( 11.14)

Измерив

и T с помощью цифрового измерителя временных интервалов или цифровым частотомером можно косвенным методом по приведенной формуле рассчитать величину фазового сдвига.

30. Методы измерения группового времени прохождения.

При измерении ГВЗ наиболее часто используется два метода:

- метод измерения по точкам (по фазовой характеристике);

- метод передачи модулированных сигналов (метод Найквиста).

1 2