Контрольно-измерительная аппаратура в лаборатории промышленной электроники

Лабораторная работа №1

“Контрольно-измерительная аппаратура в лаборатории промышленной электроники”

Цель работы: изучить принцип работы и порядок настройки электронной контрольно-измерительной аппаратуры (КИА), используемой в лаборатории «Промышленной электроники» ( 4 часа ).

Общие теоретические положения

1. Назначение электронной КИА

Для измерения электрических и неэлектрических величин широко применяют электронные измерительные устройства.

В их состав входят различные электронные схемы: усилители генераторы, релаксаторы, выпрямители.

Преимущества электронной КИА по сравнению с электромеха­ническими приборами:

1 Высокая чувствительность (до 10 - 20 мкВ).

2 Малое потребление электроэнергии.

3. Широкий диапазон частот, в котором чувствительность неизменна.

Недостатки:

1. Сложность.

2. Необходимость в источниках питания.

3. Невысокая надежность.

2.Электронные осциллографы

Электронные осциллографы предназначены для наблюдения во времени изменений электрических сигналов и измерения амплитуды напряжения, тока, частоты, сдвига фаз, параметров импульсов.

Исследуемый сигнал поступает на канал вертикального отклонения (Вход У, рис.1). Входное устройство позволяет регулировать чувствительность канала У и задерживать сигнал во времени. Усилитель У работает в широком диапазоне частот и позволяет изменять амплитуду исследуемого сигнала при настройке осциллографа.

На выходе усилителя У создается напряжение пропорциональное входному сигналу. Это напряжение подается на вертикальные отклоняющие пластины и вызывает вертикальное отклонение луча на экране ЭЛТ (электронно-лучевой трубки).Усилитель У позволяет наблюдать очень слабые исследуемые сигналы.

В канал горизонтального отклонения луча (Вход Х) входит: входное устройство, усилитель синхронизации, генератор развертки и усилитель горизонтального отклонения луча (усилитель X).

Входное устройство и усилитель Х аналогичны блокам канала У, исключая устройство задержки.

Генератор развертки вырабатывает изменяющееся во времени напряжение , которое через усилитель Х поступает на горизонтально - отклоняющие пластины  Х  ЭЛТ (рис.2).

Это напряжение смещает электронный луч по экрану ЭЛТ слева направо с постоянной скоростью, высвечивая на экране прямую линию при отсутствии сигнала на пластинах У.

Если U_Р (t) = 0, а U_C (t) подано на пластины У, то на экране ЭЛТ будет вертикальная прямая, соответствующая амплитуде U_C (t).

Если же U_Р (t) и U_C (t) действуют одновременно, то на экране будет наблюдаться кривая U_C (t), соответствующая форме исследуемого сигнала или развертка исследуемого сигнала во времени.

Но, в зависимости от настройки осциллографа, на его экране можно наблюдать или четкое изображение исследуемого напряжения или так называемую «бегущую синусоиду». Это случается, когда период исследуемого сигнала Т_С отличается от периода напряжения развертки Т_Р (рис. 3), Т_СТ_Р.

Чтобы изображение на экране было устойчивым и четким необходимо выполнение соотношения Т_Р=nТ_С, где n=1,2,3........(рис.4.).

Но выполнить соотношение Т_p=Т_c или Т_p=nТ_c в течение длительного времени очень трудно из-за нестабильности работы ГЛИН (генератора линейно изменяющегося напряжения, вырабатывающего U_P ) и нестабильности исследуемого сигнала U_C. Поэтому со временем на экране может исчезнуть четкое изображение и опять появится "бегущая синусоида". Чтобы избавиться от этого нежелательного явления используют синхронизацию напряжения U_P с напряжением U_C. Осуществляют синхронизацию короткими импульсами, вырабатываемыми усилителем канала синхронизации. Эти импульсы создаются преобразованием входного напряжения. Положение этих импульсов во времени соответствует прохождению через ноль входного сигнала. Эти импульсы служат для управления работой ГЛИН: запускают ГЛИН, когда входной сигнал проходит через 0.

Синхронизация может осуществляться и от внешнего синхронизирующего устройства.

Рассмотренный режим работы генератора развертки, когда ГЛИН включен постоянно, называется режимом непрерывной развертки. Ключи SА1 и SA2 в положении 1. Кроме этого режима возможен еще ждущий режим развертки, когда при отсутствии входного или синхронизирующего сигнала развертка луча отсутствует.

В этом случае ГЛИН запускается только приходящим исследуемым импульсом или внешним синхронизирующим импульсом.

При работе ГЛИН в ждущем режиме, когда U_C отсутствует, на экране осциллографа наблюдается точка.

В том случае, когда генератор развертки отключается от усилителя X, осциллограф будет переведен в усилительный режим (ключи SA1 и SA2 в положении 2).

В этом режиме осциллограф можно использовать для измерения частоты исследуемого сигнала методом Лиcсажу. Этот метод заключается в сравнении сигнала неизвестной частоты (F_C) с сигналом заранее известной частоты от эталонного генератора сигналов (FЭ).