рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Погрешность взаимодействия

Погрешность взаимодействия - раздел Приборостроение, Электронно-лучевой осциллограф В Осциллографических Измерениях, Как И В Других Измерениях, Присутствует Погр...

В осциллографических измерениях, как и в других измерениях, присутствует погрешность взаимодействия прибора с объектом исследования (ОИ) – источником сигнала, которая определяется соотношением выходного сопротивления источника и комплекс­ного входного сопротивления (импеданса) ЭЛО. Так как осцил­лограф является измерителем напряжения, то, чем больше его входное сопротивление по сравнению с выходным сопротивлени­ем источника сигнала, тем лучше. А поскольку ЭЛО подключается к источнику сигнала с помощью входного соединительного кабе­ля, то необходимо учитывать как входные параметры собственно прибора, так и параметры кабеля. При подключении ЭЛО к объек­ту исследования важное значение имеют правильный выбор вход­ного кабеля, учет и согласование параметров источника сигнала, кабеля и собственно осциллографа.

Входные кабели(ВК) по своим возможностям делятся на пас­сивные и активные. Группа пассивных (не содержащих активных элементов) ВК – наиболее массовая группа и делится, в свою очередь, на кабели без деления (без уменьшения) входного сигна­ла (1:1) и кабели с делением сигнала (10:1; 100:1).

Самый простой пассивный ВК без деления сигнала (1:1) это по сути отрезок экранированного коаксиального (для уменьшения влияния внешних электромагнитных полей и создания определен­ного волнового сопротивления) кабеля с разъемом для подключе­ния ко входу ЭЛО – с одной стороны, и контактами-щупами для подсоединения к ОИ – с другой. Такие ВК используются при ис­следовании сравнительно малых по амплитуде сигналов невысо­кой частоты, т.е. в тех случаях, когда значительная входная ем­кость (ограничивающая полосу пропускания) ЭЛО не приводит к серьезной погрешности взаимодействия. Схема подключения ВК приведена на рис. 4.21.

Рис. 4.21. Подключение входного кабеля без деления (1:1)

Коаксиальный кабель представляет собой распределенную элек­трическую емкость. Удельная емкость коаксиального кабеля обыч­но составляет (50... 100) пФ на 1 м, поэтому длина ВК имеет су­щественное значение, так как определяет емкостное сопротивле­ние кабеля и, следовательно, общую входную емкость. Таким об­разом, общая входная емкость (с точки зрения источника сигна­ла) Свх равна сумме емкостей кабеля Ск и усилителя Су ЭЛО. Ак­тивное сопротивление кабеля пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением входного усилителя ЭЛО, и его можно не учиты­вать. Общее входное сопротивление с учетом ВК определяется па­раллельным соединением активного сопротивления входного уси­лителя Ry и суммарной входной емкости Свх. Строго говоря, необ­ходимо также учитывать и емкость собственно контактов щупов (наконечников), подсоединяемых к ОИ. Типичное значение этой емкости – 2...5 пФ. Понятно, что чем меньше общая входная ем­кость и чем больше входное активное сопротивление, тем лучше, так как тем меньше будет погрешность взаимодействия и, следо­вательно, шире полоса частот пропускания.

Пассивные ВК с делением (ВКД) сигнала содержат дополни­тельную внутреннюю резистивно-емкостную цепь (резистор R и конденсатор С), обеспечивающую увеличение входного активно­го сопротивления и одновременно уменьшение входной емкости, т.е. расширение полосы частот исследуемых сигналов. Схема вклю­чения ВКД показана на рис. 4.22.

Рис. 4.22. Подключение входного кабеля с делением

При соединении ОИ с ЭЛО таким кабелем возникает дели­тель напряжения, верхнее плечо которого образовано суммарным комплексным сопротивлением резистивно-емкостной цепи кабе­ля (R и С), а нижнее – параллельным соединением емкостей ка­беля Ск, усилителя Су и входного сопротивления Ry усилителя ЭЛО. На рис. 4.23 приведена эквивалентная схема подключения такого делителя.

В этом случае входное активное сопротивление Rвх (с точки зре­ния ОИ) имеет вид

Rвх = R + Ry.

Рис. 4.23. Эквивалентная схема подключения кабеля с делением

Входная емкость Свх при этом образована последовательным со­единением емкости конденсатора С резистивно-емкостной цепи ВКД и суммарной емкости параллельного соединения емкостей кабеля Ск и емкости усилителя Су:

Свх = C(Cк + Су) / (C + Cк + Су)

Таким образом, очевидно, что в данном случае суммарная вход­ная емкость Свх заметно уменьшается.

Рассмотрим пример для ВКД с коэффициентом деления 10:1. Известны параметры ЭЛО и ВКД:

Ry = 1 МОм; Су = 50 пФ; Cк = 50 пФ; R = 9 МОм; С = 11 пФ.

Сумма емкостей кабеля Ск и усилителя ЭЛО Су:

Ск+ Су= 100 пФ.

Окончательные значения суммарных входного активного сопро­тивления Rвх и емкости Cвх (с точки зрения источника сигнала) равны соответственно:

Rвх = 10 МОм; Cвх = 10 пФ.

Таким образом, в результате применения такого кабеля полу­чаем значительно лучшие входные параметры прибора и, как след­ствие, лучшие динамические характеристики. Хотя, надо отметить, что использование ВКД пропорционально снижает чувствитель­ность измерения. Напряжение U2, поступающее на вход усилителя ЭЛО, в коэффициент деления раз меньше, чем измеряемое на­пряжение U1. В рассмотренном примере при постоянном (или низкочастотном) входном напряжении отношение U2/U1 = 10, т.е. чувствительность уменьшается в 10 раз.

Значение емкости конденсатора С ВКД можно изменять в не­больших пределах для настройки частотных свойств делителя.

Если известны значения суммарных (с учетом соединительного кабеля любого типа) входного сопротивления и входной емкости, то погрешность взаимодействия Dвз для случая синусоидального сигнала оценивается следующим образом:

Dвз ≈ - U [Rи /Rвх + 0,5(ωτ)2],

где U - результат измерения амплитуды; Rи - сопротивление ис­точника сигнала; Rвх - суммарное входное сопротивление ЭЛО; ω - круговая частота сигнала;

τ = Rи Свх (Свх - суммарная входная емкость ЭЛО с кабелем).

Первое слагаемое в этой сумме характеризует значение погреш­ности при постоянном входном напряжении, а второе — при пе­ременном напряжении определенной частоты ω = 2pf.

Активные ВК содержат усилитель, который позволяет значи­тельно повысить входное сопротивление ЭЛО и тем самым резко уменьшить погрешность взаимодействия.

Открытый и закрытый входы ЭЛО.В режиме так называемого открытого входа усилитель канала Y ЭЛО воспринимает любой сигнал пропорционально его мгновенным значениям.

Рис. 4.24. Режим открытого входа (а) и его АЧХ {б)

На рис. 4.24, а приведена эквивалентная схема входного каска­да усилителя Y ЭЛО в режиме открытого входа, а на рис. 4.24, б показана АЧХ канала Y в этом режиме. В режиме открытого входа ЭЛО воспринимает сигналы в полосе частот от 0 до fв, Гц.

В режиме закрытого входа усилитель канала Y пропускает толь­ко переменную составляющую сигнала и игнорирует (не пропус­кает) постоянную составляющую. Представим себе сигнал u(t), который содержит постоянную U0 и переменную составляющие (рис. 4.25, а).

 

Рис. 4.25. Переход к режиму закрытого входа:

а - входной сигнал; б - увеличение постоянной составляющей U0; в - увеличение переменной составляющей Um

Предположим, нас интересует только переменная составляю­щая (скажем, ее амплитуда Um) входного сигнала. Для того чтобы обстоятельно исследовать характер изменения и амплитуду только переменной составляющей, необходимо повысить чувствительность канала. Но в данном случае, в режиме открытого входа при соизмеримых значениях амплитуды Um переменной составляющей и постоянной составляющей U0, невозможно обеспечить требуемое изобра­жение, так как простое увеличение чувствительности канала при такой сумме не дает желаемого результата - изображение выходит за рамки экрана (рис. 4.25, б). Но если избавиться от постоянной составляющей U0, то можно увеличить до необходимого размера толъко переменную (интересующую нас) составляющую (рис. 4.25, в). Это возможно в режиме так называемого закрытого входа.

Рис. 4.26. Режим закрытого входа (а) и его АХЧ (б)

В режиме закрытого входа (рис. 4.26, а) на входе усилителя последовательно включается разделительный конденсатор Ср, который как раз и не пропускает постоянную составляющую входного сигнала. Амплитудно-частотная характеристика усилителя Y этом режиме показана на рис. 4.26, б. В режиме закрытого входа АЧХ имеет полосу частот, начинающуюся не с нуля, а с некоторой нижней частоты fн.

Рис. 4.27. Обозначения режимов открытого (а) и закрытого входов (б)

Условные обозначения режимов открытого и закрытого входов, которые наносятся на лицевые панели приборов, могут отличаться для разных приборов (рис. 4.27). На рис. 4.27, а приведены обозначения режима открытого входа, а на рис. 4.27, б - режима закрытого входа.

Англоязычные аббревиатуры DC и АС в обозначениях раскры­ваются так: DC - Direct Current - напряжение постоянного тока; АС - Alternating Current - напряжение переменного тока.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Электронно-лучевой осциллограф

Электронно лучевой осциллограф устройство электронно лучевого.. метрология осциллографических измерении.. общая погрешность результата измерения выполненного с по мощью осциллографа содержит те же составляющие что и..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Погрешность взаимодействия

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО ОСЦИЛЛОГРАФА
Класс осциллографов сегодня может быть поделен на две силь­но различающиеся группы: аналоговые (электронно-лучевые и светолучевые) и цифровые. Каждая из этих групп имеет свои функци­ональные возмож

Электронно-лучевая трубка
Конструктивно электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) – основной элемент ЭЛО – представляет собой стеклянный баллон с глубо­ким вакуумом, в который встроены металлические электроды (рис. 4.2)

Двухканальные электронно-лучевые осциллографы
Довольно широко распространены сегодня двухканальные (двухлучевые) осциллографы, которые имеют более широкие возможно­сти, так как позволяют одновременно исследовать два разных проте­кающих процесс

ФОРМИРОВАНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ НА ЭКРАНЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ТРУБКИ
Если и на пластины Y, и на пластины X 'поступают изменяющие­ся во времени сигналы, то траектория движения светящегося пятна на экране будет определяться характером поведения эт

Инструментальная погрешность
Инструментальная погрешность результата осциллографического измерения складывается из статической (при постоянном или низ­кочастотном входном сигнале) и динамической составляющих.

Субъективная погрешность
Как известно, субъективная погрешность может складываться в общем случае из погрешности отсчитывания и грубой ошибки (про­маха). Промах непредсказуем и поэтому не может быть заранее оценен.

ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТЕЙ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
Наиболее часто используются два режима формирования изображения Y - t; Y-X. Рассмотрим вопросы оценки погрешностей результатов измерений в этих режимах.

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги