Меню

Осциллограф погрешность измерения напряжения



Основные погрешности осциллографа.

К основным погрешностям осциллографа относятся :

1) для канала Y:

а) погрешность измерения напряжения, Которая определяется классом точности. Имеется 4 класса точности:

Кл.точн 1 2 3 4
Осн.погр.% 3 5 10 12

Основная погрешность измеряется по амплитуде.

б) коэфф. отклонения луча, который характеризует отношение Ux к величине отклонения луча h [В/см или В/дел]

гостируется по ГОСТу и может принимать значения = , где n=-3,-2,-1,0,1,2.

Кл.точн 1 2 3 4
Осн.погр.% 2,5 4 8 10

в) неравномерность переходных характеристик. Поскольку осциллограф применяется для исследования для исследования импульсных сигналов, то необходимо, чтобы в канале … не наблюдалось искажение сигналов. Чем выше верхняя частота полосы пропускания, тем более короткие импульсы можно снять.

г) — задается в % характеризуется

Кл.точн 1 2 3 4
Осн.погр.% 1,5 2 3 5

д) входное сопротивление

е) входная емкость

ж) КСВ (для высокочастотных осциллографов)

2) для канала X:

а)Основная погрешность измерения временных интервалов

Кл.точн 1 2 3 4
Осн.погр.% 3 5 10 12

б) коэффициент развертки – расстояние, на которое отклоняется луч за время прямого хода [с/см; мкс/см; мс/см]

Кл.точн 1 2 3 4
Осн.погр.% 2.5 4 7 10

Парамеры, характеризующие синхронизацию диапазон частот, которым обеспечивается синхронизации уровни

Измерения с помощью осциллографа.

Визуальное наблюдение:

При этом исследовании важным требованием является отсутствие искажений, что достигается необходимой полосой пропускания каналом вертикального отклонения, качеством фокусировки и яркости изображения. Отсутствие паразитных наводок(в частности сетевого напряжения) искажает форму сигналов.

Измерение напряжения: осуществляется методом комбинированного отклонения, который сводится к предварительной калибровки канала Y с помощью калибратора амплитуды (если он есть). Можно осуществить и методом сравнения, если осциллограф имеет второй вход, т.е. является 2-хканальным. Тогда на один вход подается калиброванное напряжение, а на второй сигнал.

Измерение интервала времени: метод прямого преобразования с помощью калибровочного коэффициента развертки, тогда ; метод сравнения – если имеется 2-хлучевой или 2-хканальный осциллограф.

Измерение частоты осуществляется методом интерференционных картин. При измерении частоты исследований сигнал подается на канал Y, а на X сигнал с известной частотой, при этом внутренняя развертка отклоняется. В зависимости от соответствия частот и фазовых сдвигов наблюдаются следующие фигуры Лесажу:

1 / O \
2
3

, где n –количество пересечений, не проходящих через узлы в фигуре.

Измерние фазового сдвига:

1) Метод эллипса.

2)метод наложения (если имеется 2-х канальный осциллограф)

=

Дата добавления: 2018-08-06 ; просмотров: 2091 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Погрешности осциллографических измерений

Дата добавления: 2015-09-15 ; просмотров: 7543 ; Нарушение авторских прав

Погрешность измерений параметров сигнала методом непосредственной оценки при помощи осциллографа складывается из трех составляющих. Как видно из выражений (5.2) и (5.3), двумя такими составляющими являются погрешность измерений линейного размера участка осциллограммы hy или lx, а также неточное значение масштаба изображения сигнала, т.е. погрешность установления коэффициента отклонения по вертикали ky или коэффициента развертки kx. Третьей составляющей является погрешность получения самой осциллограммы на экране ЭЛТ, обусловленная отличием изображения сигнала от реального сигнала, распространяющегося по исследуемым электрическим цепям.

Читайте также:  Как измерить влажность стены

Погрешность измерений линейных размеров участка осциллограммы (визуальная погрешность) складывается из неточности совмещения кривой с рисками шкалы и неточности отсчета положения осциллограммы относительно шкалы. Она носит случайный характер и может быть оценена по выражению

, (5.4)

где b – толщина линии луча (в долях деления шкалы); hy– размер участка осциллограммы (дел.).

Из выражения (5.4) следует, что визуальная погрешность тем меньше, чем меньше толщина луча b и чем больше размер hy. Таким образом, при измерениях параметров сигналов следует добиваться максимальных размеров изображения в пределах рабочей части экрана и тщательно фокусировать луч ЭЛТ.

Погрешность установления коэффициента отклонения dkу (и развертки dkх) определяется погрешностью калибратора dk, используемого для калибровки осциллографа, и погрешности совмещения сигнала калибратора с делениями ЭЛТ dвиз. Поскольку такая погрешность носит случайный характер, ее можно оценить по выражению

(5.5)

Для минимизации данной погрешностипри калибровке осциллографа также следует добиваться максимальных размеровизображения калибрационного сигнала в пределах рабочей части шкалы. При условии, что искажения осциллограммы сигнала отсутствуют, а составляющие dвиз и dkу – случайные, общая погрешность измерений

(5.6)

Погрешность из–за отличия осциллограммы сигнала от реального сигнала обусловлена двумя причинами:

– влиянием подсоединения входных цепей осциллографа на исследуемую электрическую цепь;

– конечной полосой пропускания канала вертикального отклонения (или конечным временем нарастания его переходной характеристики).

Для соединения осциллографа с исследуемыми цепями чаще всего используют коаксиальный кабель, который препятствует наводкам на входную цепь паразитных сигналов. Типичный 50–омный коаксиальный кабель, разомкнутый на конце, имеет погонную емкость порядка 100 пФ/м, которая совместно с входной емкостью осциллографа порядка (30–100) пФ сильно нагружает исследуемую цепь. Кроме того, несогласованный коаксиальный кабель может резонировать, что также может искажать сигнал.

Для точной передачи формы высокочастотных гармонических сигналов или импульсных сигналов с малой длительностью фронта необходимо, чтобы линия передачи между источником сигнала и осциллографом быласогласована (Rвх = Zo), т.е. входное сопротивление осциллографа Rвх должно быть равно волновому сопротивлению Zo линии передачи (коаксиального кабеля).

Если же объект измерений имеет высокое выходное сопротивление и не способен работать на 50–омную согласующую нагрузку, для исследования сигнала используют пробники (щупы), которые включают межу объектом измерений и 50–омной нагрузкой, и которые имеют высокое входное сопротивление.

При осциллографировании гармонических сигналов конечная полоса пропускания канала вертикального отклонения вызывает погрешность измерений амплитуды гармонических сигналов. Условием минимизации данной погрешности является соотношение

где fc max. –максимальная частота исследуемого сигнала.

При осциллографировании импульсных сигналов искажения фронта и среза импульса исследуемого сигнала за счет переходной характеристики осциллографа tнпх не возникают, если используется осциллограф, имеющий значение данной метрологической характеристики

, (5.8)

где tфс – длительность фронта исследуемого сигнала.

Если данное условие не выполняется, а длительность фронта сигнала, измеренная по экрану осциллографа, равна tфэкр, то истинное значение длительности фронта импульса может быть определено по приближенному соотношению

. (5.9)

/ 1, с. 221 – 249; 2, с. 160 – 174, 187 – 194;/

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кукуш В.Д. Электрорадиоизмерения. – М.: Радио и связь, 1985.–368 с.

2. Елизаров А. С. Электрорадиоизмерения. – Минск: Высшая школа, 1986.– 320 с.

3 ГОСТ 22737–77. Осциллографы электронно–лучевые. Номенклатура параметров и общие технические требования.

Источник

Расчёт погрешностей результатов измерения

ФГБОУ ВПО

Национальный исследовательский университет

Кафедра информационно-измерительной техники

Институт Электротехники

Лабораторная работа №6

по дисциплине: “Метрология, стандартизация и технические измерения”
на тему: “Изучение принципа действия аналоговых и цифровых осциллографов”

Алексеев Алексей Олегович.

Сведения и цель работы

Электронные осциллографы (ЭО) широко применяются для наблюдения форм кривых периодических и непериодических напряжений, а также для измерений мгновенных значений напряжений, интервалов времени, фазовых сдвигов, частоты и других параметров электрических сигналов. Осциллографы можно разделить на две группы – аналоговые (АО) и цифровые (ЦО), принципиально отличающиеся по принципу действия.

Целью данной работы является изучение принципов действия АО и ЦО и их применения для измерения параметров электрических сигналов; в работе также рассматриваются вопросы расчета погрешностей измерений

Задание

1. Измерить следующие параметры сигнала на зажимах 1-1:

1.1. Измерить с помощью АО полный размах и период сигнала;

1.2. Измерить с помощью ЦО полный размах и период сигнала;

1.3. Измерить с помощью ЦО среднеквадратическое значение сигнала.

2. Измерить параметры импульсного напряжения на зажимах 2-2: длительность импульса, амплитуду импульса, амплитуду выброса, длительность фронта, длительность среза.

2.1. Измерить с помощью АО эти параметры сигнала на зажимах 2-2;

2.2. Измерить с помощью ЦО эти параметры сигнала на зажимах 2-2.

3. Измерить частоту напряжения на зажимах 3-3:

3.1. Измерить с помощью АО частоту двумя методами: косвенно, измерив период этого напряжения, и методом фигур Лиссажу;

3.2 Измерить с помощью ЦО частоту следующими методами: прямым, косвенным и методом фигур Лиссажу.

4. Рассчитать погрешности проведенных измерений и составить отчёт по требуемой форме.

Результаты измерения

1) Измерение параметров сигнала на зажимах 1-1

Читайте также:  Измерение сопротивления контура заземления клещами

Результаты измерения, полученные на аналоговом осциллографе:

Одно деление: ; всего период колебания занимает 10 делений, следовательно, период сигнала:

;

Одно деление:

Результаты измерения, полученные на цифровом осциллографе:

;

2) Измерение параметров сигнала на зажимах 2-2

Результаты измерения, полученные на аналоговом осциллографе:

При выполнении этого пункта на цифровом осциллографе измерялись длительность импульса, амплитуда импульса, амплитуда выброса, длительность фронта, длительность среза.

;

Необходимые расчёты для нахождения длительности импульса:

Далее, для определения длительности импульса, курсоры осциллографа помещаются в точки с соответствующими значениями U, длительность импульса получается равной:

3) Метод фигур Лиссажу, измерение частоты сигнала

При измерении частоты синусоидального напряжения использовался метод фигур Лиссажу. На вход Y (канал, отклоняющий луч по вертикали) подано напряжение частоты fY , а на вход X — напряжение плавно регулируемой частоты fX (канал, отклоняющий луч по горизонтали, при этом предварительно необходимо отключить генератор развёртки). Регулировкой частоты fX нужно добиться неподвижного изображения на экране — фигуры Лиссажу, что достигается, когда отношение частот будет соответствовать отношению целых чисел.

Измеренная частота составила:

Фигура, полученная на экране осциллографа, представляла собой «восьмёрку». Следовательно, отношение измеренной частоты к частоте генератора составляет одну вторую.

Расчёт погрешностей результатов измерения

Расчёт погрешностей измерения значения напряжений и интервалов проводился по формулам:

;

Где для измерения напряжения:

а для временного интервала:

Для аналогового осциллографа используем следующие значения:

Тогда погрешность измерения значения напряжения:

;

Погрешность измерения значения временного интервала:

;

Тогда значения напряжения и временного интервала:

;

;

Предел допускаемой относительной погрешности измерения амплитуды импульсов прямоугольной формы dU определяют по формуле:

;

Тогда значение амплитуды импульса:

Погрешность измерения длительности импульсов прямоугольной формы определяется:

— погрешностью коэффициента развертки;

— погрешностью, вызванной неточностью определения уровня 0,5 амплитуды;

Предел допускаемой относительной погрешности, вызванной неточностью определения уровня 0,5 амплитуды определяют по формуле:

;

Для цифрового осциллографа относительная погрешность измерения напряжения для ЦО составляет dU = ± 3%, тогда , значит:

Предельные значения абсолютной погрешности измерения интервала времени определяются формулой

Δп = ± (10 –3 Δtmax + 10 –4 Δt + 0,6 нс),

где Δtmax – интервал времени, соответствующий ширине экрана при данном масштабе, установленном по горизонтали; Δt – измеренный интервал времени.

Вывод

Цифровой и аналоговый осциллографы имеют значительные отличия в принципах их действия. Цифровой осциллограф, являясь более точным, имеет гораздо меньшее значение погрешности измерения, что помогает получить более точные значение различных характеристик сигнала: период, размах, среднеквадратичное значение и других. При изучении импульсов прямоугольной формы на цифровом осциллографе можно точно измерить такие его параметры как длительность фронта, длительность среза, амплитуда выброса, амплитуда и длительность импульса.

Источник