Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
ДОСЛІДЖЕННЯ ОСЦИЛОГРАФІВ
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
ІКТА
Факультет:
РТ
Кафедра:
Кафедра КСА
Інформація про роботу
Рік:
2019
Тип роботи:
Звіт до лабораторної роботи
Предмет:
Засоби автоматизації вимірювань, контролю та діагностики
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти та науки України
Національний університет “Львівська політехніка”
Кафедра КСА
/
Звіт
до лабораторної роботи №18
з курсу «Засоби автоматизації вимірювань, контролю та діагностики»
ДОСЛІДЖЕННЯ ОСЦИЛОГРАФІВ
Мета роботи - ознайомитися з принципом дії осцилографів і дослідити осциллограф С1-93.
Загальні відомості
Осцилограф являє собою дуже корисний та найбільш поширений вимірювальний пристрій. При звичайному застосуванні він дозволяє спостерігати форму напруги в схемах у вигляді функцій часу. Він також надає можливість вимірювати: амплітуду напруги, інтервали часу, частоту і зсув фази для періодичних сигналів, спостерігати вольт-амперні характеристики та інші двокоординатні залежності довільних фізичних величин, попередньо перетворених в напругу.
Головний елемент осцилографа - електронно-променева трубка (ЕПТ) (Мал.1)
- формує зображення шляхом відхилення потоку електронів, що створюється електронною гарматою (нитка накалу - 1, катод - 2, фокусуючий електрод - 3, анод - 4,) за допомогою вертикально (Y) - 5 та горизонтально (X) - 6 відхилюючих пластин на внутрішню поверхню флуоресцентного екрану. В місці, де потік електронів досягає поверхні флуоресцентного екрану з`являється плямка, що світиться.
Положення цієї плями (точки) на екрані однозначно пов`язане з різницею потенціалів на відхилюючих пластинах. Геометричне місце точок, які відповідають послідовним положенням плямок при зміні потенціалів на відхилюючих пластинах прийнято називати променем.
Для отримання залежності напруги від часу в осцилографі передбачений генератор розгортки, який забезпечує періодичне із заданою швидкістю переміщення променю по екрану в горизонтальному напрямку.
Канал вертикального відхилення, куди подається напруга, що досліджується, в нашому осцилографі має два входи, відповідно для двох сигналів, що вимірюються (канал І і канал ІІ). Це буває дуже зручно для спостереження пов`язаних в часі сигналів з різних точок схеми. Подача на вертикально відхилюючі пластини сигналів різних каналів відбувається за допомогою комутатора.
Стійке спостереження періодичних сигналів на екрані осцилографа вимагає строгого зв`язку (синхронізації) початку переміщення променю по екрану (початку розгортки) з однією і тією ж фазою сигналу. Це завдання вирішує схема синхронізації.
Як правило на передній панелі будь-якого приладу, включаючи і осцилограф, кожний орган керування (управління) має позначення, словесне чи символьне, яке не потребує додаткових пояснень. На Мал. 2 представлена передня панель універсального двохканального осцилографа типу С1-83, що використовується у практикумі. Переглянемо призначення і функції органів керування з одночасним тлумаченням умовних позначень, що їх супроводжують. Корисно порівняти те, про що мова буде далі, з блок-схемою осцилографа (Мал.1).
Вмикання осцилографа здійснюється шляхом витягування до себе ручки живлення вмикнуте (питание вкл.), яка знаходиться праворуч під екраном. Якщо шнур живлення осцилографа устромлений в розетку електромережі, то загориться лампочка поруч з ручкою вмикання.
Тут же під екраном знаходяться органи керування якістю зображення: регулювання яскравості - ‡,
регулювання чіткості (фокус) - ◉, регулювання астигматизму - , регулювання освітленості ліній шкали - ¥.
Останнім органом слід користуватися лише при дуже слабкому зовнішньому освітленні. Слід пам`ятати, що при збільшенні яскравості трохи порушується фокусування і збільшується товщина лінії променю. Тому для найбільш точних вимірювань слід користуватися невеликою яскравістю.
У кожному з каналів вертикального відхилення (ліва сторона передньої панелі осцилографа) є калібрований перемикач підсилення, за допомогою якого встановлюється масштаб вольт/поділка (V/ДЕЛ) на екрані осцилографа
(одна поділка одному см на екрані). Співвісно з перемикачем масштабу
передбачена ручка плавного послаблення сигналу (максимальне послаблення - в 2,5 рази), яка дозволяє встановити сигнал, таким, щоб він займав певне ціле число поділок. Масштаб, що вказаний на перемикачі дійсний лише тоді, коли ручка плавного послаблення повернута за годинниковою стрілкою до фіксованого положення, яке визначається за клацанням. Напрямок каліброваного положення вказаний стрілкою і символом "t", яким позначають калібрування.
Перевірити якість калібрування підсилювачів кожного з каналів, можна встановивши перемикач масштабу в положення "6 ДЕЛ". В цьому випадку від внутрішнього генератора на вхід відповідного каналу подаються прямокутні імпульси з амплітудою, що дорівнює шості поділкам екрану. Якщо це не так, то за допомогою маленької викрутки слід відкалібрувати підсилювач, повернувши шліц в лівій верхній частини зони відповідного каналу, який позначений символом "t".
В правій верхній частині зони знаходиться ручка, яка дозволяє змінювати підсилення каналу в 10 разів шляхом її витягування або заштовхування. Обертання цієї ручки керує зміщенням променю по вертикалі "§".
Гнізда (роз`єми) для подачі сигналів, що досліджуються , позначені символом S з вказівкою вхідного імпедансу (1Мом 35 пф). Смуга частот підсилювача для сигналів, що досліджуються, сягає від нуля (тобто від постійного струму) до 1 Мгц. При вимірах напруги постійного струму промінь зміщується по вертикалі вгору, якщо потенціал, що поданий на вхід, - позитивний, і - донизу, якщо він - від`ємний. Положення променю, яке відповідає нульовому потенціалу на вході,можна встановити на екрані ручкою зміщення променю по вертикалі в зручному місці екрану, попередньо обравши положення перемикача входу підсилювача (він знаходиться ліворуч від перемикача масштабу), позначене символом "" (заземлення входу підсилювача).
слід пам`ятати, що підсилювачі обох каналів мають загальний ("земляний")
потенціал, який дорівнює потенціалу корпусу осцилографа.
Якщо перемикач входу знаходиться у верхньому стані "", Ви маєте можливість вимірювати постійний струм (відкритий вхід). Однак, іноді цікавим може бути невеликий сигнал змінного струму, який має велике зміщення у вигляді незмінної напруги постійного струму. В цьому випадку можна перемкнути вхід підсилювача в стан "", в якому сигнал, що досліджується, поступає на вхід через роздільний конденсатор (закритий вхід) ємністю 0,1 мкФ (стала часу вхідної ланки 0,1 с).
В каналі II (на відміну від каналу І) є можливість змінювати полярності (інвертування) вхідного сигналу. Цей перемикач знаходиться під лівим нижнім кутом екрану. Символ "┌┐" позначає проходження сигналу, що досліджується, без інвертування. Витягнувши ручку на себе (в стан "└┘") Ви проінвертуєте сигнал в каналі ІІ.
Можливість спостереження сигналів обох каналів на екрані забезпечується комутатором, режим роботи якого встановлюється п’ятьма кнопками, які знаходяться ліворуч від екрану. Верхня та нижня кнопки дозволяють спостерігати на екрані сигнал лише одного з вибраних каналів. Середня кнопка забезпечує спостереження їх суми або різниці (при інвертуванні в другому каналі). Решта кнопок забезпечує одночасне спостереження на екрані сигналів обох каналів у двох режимах:
". . ." - перемикання каналів здійснюється з частотою 100 кГц;
"" - перемикання здійснюється в кінці кожного прямого ходу розгортки. Перший режим краще застосовувати при спостереженні низькочастотних сигналів, другий - високочастотних. Аби впевнитися в правильності вибору, слід провести спостереження в обох режимах і вибрати кращий. Іноді вибір визначається умовами синхронізації...
Канал горизонтального відхилення знаходиться праворуч від екрану і вміщує органи керування генератором розгортки (развертка) й системою синхронізації (синхронизация).
як і для підсилювачів вертикального відхилення тут передбачений калібрований
перемикач час/поділки (время/дел) і співвісна з ним ручка плавної зміни
швидкості розгортки, яка має фіксований стан в напрямку стрілки (при цьому встановлюється масштаб розгортки, який вказаний на перемикачі). Генератор розгортки нашого осцилографа дозволяє рівномірно переміщувати промінь по екрану в горизонтальному напрямку (X) із швидкістю від 0,2 до 10.000.000 под/с.Розміщена вгорі ручка дозволяє змінити масштаб по горизонталі в 5 разів. Обертання цієї ручки зміщує промінь по горизонталі "".
Найбільш цікаве в каналі X - це синхронізація. Якщо початок розгортки не буде строго пов`язаний з фазою періодичного сигналу, що спостерігається, то на екрані Ви виявите суцільну плутанину - з кожним новим циклом розгортки сигнал, що досліджується, буде вимальовувати траєкторію на новому місці...
Система синхронізації дозволяє вибрати фазу сигналу, при якій починається розгортка, по рівню досягнутому сигналом напруги. Встановлення фази проводиться ручкою рівень (уровень), обертанням якої цей рівень встановлюється: за фронтом чи за зрізом сигналу, що спостерігається, (кнопки "+" або "-"), від будь-якого з обраних каналів (кнопки "І" або "І,ІІ"), або від зовнішнього джерела імпульсів синхронізації (гніздо S). В останньому випадку слід вибрати потрібне ослаблення зовнішнього сигналу синхронізації (кнопки "0,5-5в) або "5-50в").
Якщо частотний спектр сигналів синхронізації досить широкий і серед них є потужні перешкоджуючі сигнали, то є можливість звузити смугу частот сигналів синхронізації обравши необхідний фільтр кнопками "","","НЧ". Крім того, існує два варіанти роботи генератора розгортки: автоколивальний (АВТ) і очікуючий (ЖДУЩ), які реалізуються, відповідно, заштовхнутим і висунутим станами ручки рівень (УРОВЕНЬ). В першому варіанті обертанням ручки уровень досягають стійкого зображення сигналу в необхідній фазі. Якщо ж сигнал слабкий і потрібного рівня досягти не вдається, то сигнал починає "бігати", тобто синхронізація зривається. В другому варіанті розгортка запускається лише тоді, коли вдається досягти необхідного рівня сигналу в каналі синхронізації ; якщо - ні, то й розгортки нема, на екрані нема зображення. Вибір варіанту синхронізації визначається умовами спостереження реальних сигналів.
Якщо Ви бажаєте спостерігати на екрані осцилографа графік залежності двох довільних параметрів, то слід натиснути дві кнопки, біля яких зображений символ "X-Y" (Нижні кнопки ліворуч і праворуч від екрану). При цьому напруга, яка пропорційна параметру, що змінюється вздовж координати X треба подати в канал І, а параметр, який пропорційний Y - в канал ІІ. В цьому режимі вихід підсилювача першого каналу приєднується до горизонтально відхилюючих пластин ЕПТ, а генератор розгорток вимикається.
Для того, щоб осцилограф був слухняним інструментом в Ваших руках, на початку роботи пригадайте наступні практичні поради.
Перш за все осцилограф треба увімкнути. Режим синхронізації встановіть АВТ, КАНАЛ І, . Швидкість розгортки - 1 мс/поділ. Масштаб підсилення - 20 В/поділ. Заземліть входи вертикального відхилення. Задайте середню яскравість і обертанням ручки вертикального зміщення досягніть появи на екрані горизонтальної лінії. Після цього можна подати сигнал, приєднавши кабель до вхідного роз`єму і відмикнувши вхід від землі. Якщо розмах сигналу на екрані недостатній, обертайте перемикач масштабу за годинниковою стрілкою поки сигнал не займе по вертикалі максимальну частину екрану. Тепер можна маніпулювати рівнем синхронізації до отримання стійкої "картинки". Якщо на екрані помітна лише частина періоду сигналу, обертайте перемикач швидкості розгортки проти годинникової стрілки. Якщо занадто багато періодів - в зворотному напрямку. Звичайно зручно спостерігати 1 - 5 періодів досліджуваного сигналу.
Як і у більшості вимірювальних приладів, сигнал на вході осцилографа вимірюється відносно корпуса приладу - "землі", який з`єднаний з нульовим провідником мережі змінного струму, з яким, в свою чергу, з`єднані корпуси інших приладів (джерел живлення, генераторів, тощо), які використовуються у вимірах. Ви не можете вимірювати напругу між двома довільними точками в схемі, а мусите вимірювати потенціал потрібної точки відносно "землі", потенціал якої вважають нульовим. Якщо приєднати "землю" осцилографа до точки, яка має деякий потенціал відносно "землі", то ця точка буде закорочена на "землю". Це може призвести до дошкульних наслідків для схеми, не кажучи про помилки у вимірах сигналу.
До такого ж результату може призвести переплутування сигнального і земляного кінців кабелю осцилографа, який приєднується до досліджуваної схеми. слід пам`ятати, що земляний кінець кабелю завжди або - більш довгий, або - чорний, або - кольоровий, або - спеціально відзначений символом "t" , або "". Якщо обидва кінці - кольорові, то сигнальний найчастіше - червоний, а земляний - синій.
Якщо ж Вам конче необхідно виміряти сигнал між двома точками в схемі, кожна з яких не є "земля", то не слід роз`єднувати корпус приладу і загальну "землю". Це може погано закінчитися не тільки для схеми, а й для Вас!...
Найбільш просто це вимірювання виконується у так званому диференційному включенні. Для цього треба, проінвертувавши сигнал в каналі ІІ, використати режим складання (І+ІІ), приєднавши кожну з точок, які Вас цікавлять в схемі, до входів І та ІІ, а корпус осцилографа з`єднати з "землею" схеми.
Нарешті Ви запитаєте, що це за символ в межах зони каналу ІІ, який має вигляд трикутника із знаком оклику всередині? Цей символ зроблений спеціально для "допитливих", які починають обертати всі ручки, для визначення їх призначення. Знак цей ставлять на приладах, які можна вивести з ладу при некваліфікованому використанні і він означає:
ПРОВЕДЕННЯ ВИМІРЮВАНЬ
ВИМІРИ НАПРУГ І СТРУМІВ
Осцилограф є майже "ідеальним" вимірювачем напруги, тобто вольтметром. Його вхідний опір - 1 МОм. Таким чином, його можна сміливо приєднувати до будь-якої точки схеми, що досліджується (відносно "землі"), без боязні порушити її нормальне функціонування.
Якщо НАПРУГА в цій точці схеми - постійна, то промінь на екрані зсунеться догори, якщо її потенціал вище потенціалу "землі", і донизу, - якщо нижче. Величина напруги визначається кількістю поділок, на які зсунеться промінь, помножених на масштаб, встановлений у відповідному каналі вертикального відхилення . Вдалий вибір масштабу визначає точність вимірювання, тому що чим на більшу частину екрану відхиляється промінь, тим менша відносна помилка проведеного вимірювання.
При вимірюванні амплітуди напруги, що періодично змінюється, слід (після синхронізації розгортки та вибору масштабу) встановити ручку вертикального зміщення так, аби мінімальний рівень сигналу співпадав з одною з нижніх ліній на екрані, а максимальний - знаходився в межах екрану. Ручкою горизонтальних переміщень зсуньте зображення так, щоб один з верхніх піків знаходився на вертикальній середній лінії шкали (Мал. 6). Виміряйте віддаль в поділках (та їх долях) між нижньою та верхньою точками кривої. Тепер залишилося помножити отриману цифру на встановлений по вертикалі масштаб. Наприклад, віддаль між піками синусоїди дорівнює 6,5 поділок. Якщо масштаб перемикача підсилення встановлений в положенні 50 мВ/поділ, а ручка зміщення по вертикалі - занурена (це означає - 10), то напруга, що відповідає подвійній амплітуді сигналу дорівнює: 6,5 0,05 10 = 3,25 В. Не забудьте, що цьому результату можна довіряти, якщо ручка плавного регулювання підсилення в каналі вертикального відхилення знаходиться в каліброваному стані(за годинниковою стрілкою до клацання).
Цей метод може бути використаний для визначення напруги між двома будь- якими точками сигналу, а не тільки між піками напруги.
Для вимірів струму користуються методом введення в коло опору невеликої величини, напруга на якому пропорційна величині струму, що проходить. Цю напругу виміряють осцилографом, а величина струму визначається діленням отриманої напруги на значення опору.
ВИМІРЮВАННЯ ТРИВАЛОСТІ СИГНАЛУ
При вимірах тривалості відлік проводиться по горизонталі. Для прикладу (Мал.
визначимо тривалість прямокутного імпульсу. Виберемо масштаб по
горизонталі (перемикач ВРЕМЯ/ДЕЛ генератора розгортки) так, щоб віддаль між точками, що вимірюються, була меншою ніж 10 поділок. Встановіть ручкою вертикального зміщення зображення таким чином, щоб точки, між якими вимірюється час, знаходилися на центральній горизонтальній лінії, а ручкою горизонтального зміщення - щоб положення однієї з точок (ліній) співпало з одною з вертикальних ліній екрану. Проведіть відлік, помножте отримане число поділок на масштаб по горизонталі, який заданий положенням перемикача ВРЕМЯ/ДЕЛ і множником ручки зміщення по горизонталі. Якщо покажчик
перемикача стоїть в положенні 0,2 ms, а ручка зміщення по горизонталі -
занурена, то тривалість імпульсу дорівнює: 5,5 0,2 1 = 1,1 ms.
ВИМІРЮВАННЯ ЧАСТОТИ
Для вимірювання частоти періодичного сигналу слід виміряти тривалість часу одного періоду, а потім розрахувати частоту за формулою F = 1/T, тут F - частота в Гц, а Т - період в с. Спробуйте власноручно визначити частоту
сигналу (Мал. 8) . Приклад: період коливання, при перемикачі ВРЕМЯ/ДЕЛ в положенні 5 ms, складає 5 поділок, ручка зміщення по горизонталі - занурена,
відповідь - частота коливань дорівнює 40 Гц. Зазначимо, що найбільш точне визначення часу між точками, що знаходяться в одній фазі (періоду) можна здійснити, якщо ці точки належать ділянкам сигналу з найбільшою крутизною (похідною). Зокрема, для синусоїди це перехід через нуль.
ВИМІРЮВАННЯ РІЗНИЦІ ФАЗ
Зсув по фазі одного сигналу відносно іншого тієї ж частоти можна виміряти використовуючи двохканальний режим осцилографа.
Встановіть перемикач режиму роботи комутатора каналів вертикального відхилення в положення " . . . " або " " в залежності від частоти сигналу, а перемикач синхронізації в положення І, що відповідає внутрішній синхронізації від сигналу поданого в КАНАЛ І. Подайте опорний сигнал на вхід каналу І, а сигнал, що порівнюється за фазою, в канал ІІ, і ручкою УРОВЕНЬ каналу синхронізації досягніть стійкого зображення. За допомогою регулювання підсилення кожного з каналів встановіть ідентичні зображення сигналів за амплітудою (6 - 7 поділок). Перемикачем і плавним регулюванням розгортки досягніть того, щоб всю довжину екрану по горизонталі займав лише один єдиний цикл сигналів. Виміряйте період Т опорного сигналу в поділках шкали, а також різницю t по горизонталі між відповідними точками сигналів. Фазовий зсув Ф в градусах обчисліть за формулою : Ф = ( t / T )360. В прикладі на Мал. 9
фазовий зсув дорівнює : Ф = ( 2 / 9 )360 = 80 град.
Існує і інший метод вимірювання різниці фаз - за допомогою фігур Лісажу. Для цього перемикач роботи комутатора встановіть в положення " ІІ , X-Y ", а перемикач синхронізації - в положення " X - Y ". На екрані можна побачити еліпс, який за допомогою ручок вертикального та горизонтального відхилення можна і треба встановити в центрі екрану. Фазовий зсув обчислюється за формулою: Ф = arcsin(A/B), тут А - віддаль між точками перетину еліпсом центральної
вертикальної лінії екрану, а В - віддаль між максимальними відхиленнями променю вгору і донизу (Див. Мал. 10). Спробуйте довести справедливість цієї формули. Якщо еліпс вироджується в діагональну пряму лінію, то це означає, що сигнали знаходяться в фазі ( Ф = 0 ) або протифазні ( Ф = 180). Зображення кола вказує на фазову різницю в 90.
/
Мал.1.
Мал. 2 Лицева панель осцилографу С1-83
/
Мал. 3 Вимірювання амплітуди синусоїдального сигналу
Мал. 4
Вимірювання тривалості імпульса
/
Мал. 5
Вимірювання частоти періодичного сигналу
Мал. 6 Вимірювання різниці фаз (1-й спосіб)
Мал. 7
Вимірювання різниці фаз за допомогою фігур Лісажу (2-й спосіб)
04.06.2019 20:06-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора