Файл: Электрические измерения. Общий курс учебник.pdf

напряжения. Для этой цели исследуемые импульсы подаются на у-пластины и на зажимы внешней синхронизации осциллографа. Получив устойчивое изображение на экране и измерив расстояние между двумя соседними импульсами, отключают измеряемое напря­ жение па экране и вместо него подают эталонное синусоидальное напряжение. Внешняя синхронизация по-прежнему осуществляется исследуемыми импульсами. Изменяя частоту /э , нужно добиться положения, при котором период синусоидальной кривой на экране будет близок к измеренному периоду исследуемых импульсов и изоб­

х-пластины. Изменяя частоту /э , добиваются устойчивой картины, когда на экране виден лишь один импульс. Соответствующая этому частота будет точно равна частоте / ж следования импульсов. Для сравнения частот может быть использована также и круговая раз­ вертка. Исследуемое напряжение подается на радиальный электрод, а эталонное напряжение создает круговую развертку. Количество зубцов на осциллограмме определяет кратность отношения исследуе­ мой частоты и эталонной.

Исследование импульсов наносекундной длительности. Ря д областей совре­ менной науки и техники характеризуется стремлением использовать все более короткие импульсы, длительность которых измеряется единицами и даже деся­ тыми долями наносекунд (10_ в —10~1 0 с). Сюда относятся ядерная физика, вычис­ лительная техника, высокочастотная радиотехника и др.

Исследование импульсов столь малой длительности с помощью обычных осциллографов невозможно. Д л я этой цели строятся скоростные осциллографы, использующие специальные электроннолучевые трубки с отклоняющими элект- < родами типа бегущей волны. Такие трубки позволяют получить полосу пропу­ скания до 2000—3000 МГц. Однако необходимость при таких частотах подавать сигнал непосредственно на отклоняющие пластины (без вспомогательного уси­ лителя) приводит к чрезвычайно низкой (0,2—0,3 мм/В) чувствительности ос­ циллографа. Поэтому в настоящее время получают распространение так назы­ ваемые стробоскопические методы осциллографирования, позволяющие иссле­ довать импульсы наносекундной и субнаносекундной длительности с помощью обычных электроннолучевых трубок.

Стробоскопическое осциллографирование базируется на том же эффекте кажущегося замедления быстропеременного процесса, который был использо­ ван при построении известных механических и электрических стробоскопов.

Принцип работы стробоскопического осциллографа основан на измерении мгновенных значений повторяющихся сигналов, поступающих на его вход, с помощью коротких так называемых «стробирующих» импульсов (строб-пмнуль- сов) напряжения .

Сигналы и строб-импульсы поступают на входное (переключающее) устрой­ ство, которое выполняет роль ключа, отпирающегося только на время действия строб-импульса. Строб-импульсы автоматически сдвигаются во времени отно­ сительно сигнала при каждом повторении и таким образом последовательно считывают его по точкам (рис. 153). Поэтому во входном устройстве происходит как бы модуляция сигналом импульсов по амплитуде и одновременно произ­ водится их расширение. На выходе преобразователя создается последователь­ ность расширенных импульсов, огибающая амплитуд которых повторяет форму сигнала. Эта последовательность импульсов, в свою очередь, циклически повто­ ряется.

222

После выделения огибающей импульсов на выходе преобразователя полу­ чается аналоговый сигнал, идентичный исследуемому, по «растянутый» (транс­

"тр - Atc

т. е. коэффициент трансформации времени примерно равен отношению периода сигнала к шагу считывания.

а)

б)

Рис. 153. Принцип стробоскопического преобразования сигнала:

а— исследуемый сигнал; б — строб-пмпульсы па выходе преобразо­ вателя; в —- изображение сигнала на экране осциллографа

Период повторения строб-импульсов не обязательно должеп соответство­

лограф может работать не только с периодическими сигналами. Достаточно, чтобы сигналы были просто повторяющимися и имели одинаковые форму и пара­ метры.

Стробоскопический осциллограф является сложным электронным измери­ тельным прибором. Его устройство и особенности по сравнению с осциллогра­ фами общего назначопия описаны в специальной литературе (см. например, 10. А. Рябинин. Стробоскопическое осциллографирование. „Советское радио", 1968).

Современные стробоскопические осциллографы, обладая чувствительностью 10—20 мм/В, позволяют наблюдать импульсы с длительностью фронта, равной десятым долям наносекунды. Следует отметить, что, помимо специальных ос­ циллографов, изготавливаются стробоскопические приставки, позволяющие наблюдать наносекундные сигналы, пользуясь обычными низкочастотными ос-

223

щшлографами. В частности, отечественной промышленностью выпускается стро­ боскопическая приставка типа С1-21-, которая дает возможность с помощью низкочастотного осциллографа (например, С1-19) исследовать импульсы про­ должительностью в 2—3 не.

Глава шестая

ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН МЕТОДАМИ СРАВНЕНИЯ С МЕРОЙ

27. Общие сведения

Принципы измерения электрических величин методом сравнения с мерой. Сравнение измеряемой величины с мерой происходит при любом измерении. Во многих случаях мера заменяется некоторым ее эквивалентом и непосредственно в процессе измерения не исполь­ зуется. Например, в электромеханических приборах измеряемая ве­ личина в конечном счете преобразуется в угол отклонения подвиж­ ной части и отсчет измеряемой величины производится по шкале, которая заранее градуируется с помощью меры.

Вбольшой группе средств измерений реализуется метод сравне­ ния измеряемой величины с мерой и измерения заключаются в уста­ новлении равенства или определенного соотношения между значе­ нием измеряемой величины и значением меры.

Вприборах и устройствах сравнения может быть использована мера однородная с измеряемой величиной или неоднородная. Напри­ мер, при измерении индуктивности с_помощью моста переменного

тока в качестве меры можно использовать емкость конденсатора. В этих случаях определение значения измеряемой величины произ­ водится на основании известной математической зависимости изме­ ряемой величины от меры, реализуемой в средстве измерения.

Все известные методы сравнения по характеру самой операции сравнения можно разделить на методы одновременного и разновре­ менного сравнения.

Метод одновременного сравнения. Этот метод характеризуется одновременным участием измеряемой величины и меры в процессе измерения и объединяет следующие известные методы сравнения: а) нулевой, б) дифференциальный и в) совпадения. На основе нуле­ вого метода осуществляются широко применяемые на практике приборы сравнения в виде мостов и потенциометров (компенсаторов) постоянного и переменного тока с полным ручным или автоматиче­ ским уравновешиванием.

Дифференциальный метод может быть Применен с использова­ нием приборов непосредственной оценки или сравнения для изме­ рения разности двух величин: измеряемой и образцовой. Примером может служить измерение разности двух напряжений: эталонного и искомого. В этом случае, как было показано в гл. 1, повышается точность измерения.

224

Метод совпадения может быть применен для определения значе­ ния измеряемой величины с использованием специальных средств, (см. гл. 1) или приборов общего назначения, например электронно­ лучевого осциллографа, при помощи которого можно измерить ча­ стоту сигнала (см. § 2(5).

Методы одновременного сравнения могут быть использованы в приборах и устройствах, обеспечивающих любые виды измерений: прямые, косвенные и совокупные.

Метод разновременного сравнения. Разновременное сравнение означает различное по времени участие измеряемой величины и меры в процессе измерения. Измерение в этом случае распадается на два этапа и результат измерения определяется по двум измерениям: с участием измеряемой величины на первом этапе и меры — на втором.

К разновременному сравнению относится метод замещения, рас­ смотренный в гл. 1.

Общее развитие техники (создание устройств «памяти», автомати­ ческие счетно-решающие устройства и т. д.) позволяет в настоящее

переводит переключатель в положение 2, измерительный преобразователь фор­ мирует импульс длительностью т2 , который пропускает в блок ЗБВ число им­ пульсов N2, вычитаемых счетчиком импульсов от числа Nx. Разность чисел импульсов JVj — ІѴ2, очевидно, будет пропорциональна разности величин aN и ах. Эта разность с соответствующим знаком указывается индикатором — ревер­ сивным счетчиком импульсов, а также может быть использована в качестве сиг­ нала для целей автоматического управления процессом. Такой метод измере­ ния величин обладает рядом достоинств. Обеспечивается высокая точность изме­ рения, так как при большом быстродействии устройства непостоянство харак­ теристик блоков устройства не вносит погрешности, результаты измерения фик­ сируются в цифровой форме и др. Известны и другие приборы, реализующие метод разновременного сравнения для измерения различных физических вели­ чин.

28. Общая теория мостовых схем

сопротивление, индуктивность, емкость и угол потерь конденсаторов, взаимную индуктивность и частоту. Мостовые схемы широко исполь­ зуются также для измерения незлектрнческих величин электриче­ скими методами, например температуры, малых перемещений, и применяются в различных автоматиче­ ских и телемеханических устройствах.

Широкое применение мостовых схем объясняется большой точностью изме­ рений, высокой чувствительностью, воз­ можностью измерения различных вели­ чин и т. д.

Принципиальная схема одинарного моста постоянного тока приведена на рис. 155, а. Плечи или ветви моста «б, бв, га. и вг содержат соответственно со­ противления г\, r2, r3, ?4, а в диаго­ наль бг, называемую выходной, вклю­ чен нуль-индикатор, например гальва­

нометр. Выражение для тока / , проходящего через гальванометр, можно получить различными способами, используя законы Кирх­ гофа, метод контурных токов или теорему об эквивалентном геие-

раторе «значениео тока в цепи гальванометра

этого необходимо, как это следует из выражения (136), иметь равен­ ство

Равенство (137) показывает возможность включения измеряемого сопротивления в любое плечо моста и определение его величины через сопротивления трех других плеч.

В мостах переменного тока (рис. 155, б) сопротивления плеч моста

226