Лабораторная работа № 4 - Красноуфимский аграрный колледж

ГБОУ СПО СО Красноуфимский аграрный колледж
Методические указания для выполнения
лабораторных работ по дисциплине
«Электротехнические измерения»
Наименование работы: Измерение сопротивления
Цель работы: ознакомиться с методами измерения сопротивления элементов и
изоляции электрических цепей.
Приобретаемые умения и навыки:
1.
уметь определять величину электрического сопротивления.
Общие сведения.
В повседневной производственной практике часто приходится измерять
сопротивления отдельных элементов электрической цепи, сопротивления заземления,
сопротивления изоляции электрических установок, машин и аппаратов.
Существуют различные методы измерения электрических сопротивлений.
Весьма распространенным и простым является метод амперметра и вольтметра.
Метод амперметра и вольтметра основан на применении закона Ома:
где Rx — измеряемое сопротивление;
U — напряжение на концах этого сопротивления;
I — ток, протекающий через сопротивление.
Таким образом, измерив ток, проходящий через сопротивление, и напряжение
на нем, можно определить значение сопротивления.
Существуют две схемы включения приборов при измерении сопротивления
методом амперметра и вольтметра (рис. 1а, б).
Рис.1. Схемы включения приборов при измерении сопротивления методом амперметра (а) и
вольтметра (б).
При измерении Rх по схеме, представленной на рис. 1 а, приборы будут
показывать:
где Ux — падение напряжения на сопротивлении Rx;
— падение напряжения на амперметре.
Разделив показания, получим:
Определим абсолютную (
измерения:
и относительную ( ) погрешности
Следовательно, погрешность прямо пропорциональна сопротивлению
амперметра RA и обратно пропорциональна Rx. Таким образом, схему (рис. 1а)
целесообразно применять в случаях, когда сопротивление RA много меньше
сопротивления Rx, т. е. при больших значениях Rx.
При проведении измерений по схеме (рис. 1 б) приборы будут показывать
где RB — сопротивление вольтметра.
Разделив показания приборов, получим
В этом случае абсолютная (
соответственно равны:
и относительную ( ) погрешности будут
Из полученных выражений видно, что погрешность измерений сопротивления
пропорциональна Rx и обратно пропорциональна сопротивлению вольтметра RB.
Следовательно, схему (рис. 1 б) целесообразно использовать в тех случаях,
когда сопротивление Rx много меньше сопротивления вольтметра RB, т.е. при малых
значениях Rx.
Для прямого измерения сопротивления применяют омметры
—
магнитоэлектрические приборы, шкала которых проградуирована в единицах
сопротивления.
Для измерения больших сопротивлений, преимущественно при испытаниях
изоляции установок, применяют мегомметр,
представляющий
собой
переносной
портативный прибор.
Принципиальная электрическая схема
мегомметра изображена на рисунке 2.
Рис. 2. Принципиальная электрическая схема
мегомметра.
Мегомметр состоит из автономного
источника постоянного (пульсирующего)
напряжения и измерительной схемы.
Измерителем мегомметра является двухрамочный прибор логометр, принцип
действия которого заключается в измерении отношения двух токов. Измерителем
мегомметра является двухрамочный прибор-логометр, принцип действия которого
заключается в измерении отношения двух токов. Показания мегомметра не зависят от
подаваемого на него напряжения.
Источником питания мегомметра может служить небольшой генератор,
приводимый во вращение вручную и позволяющий развивать, например, в
мегомметре типа M1101 напряжение 500 В при частоте вращения рукоятки 2 об/с
(мегомметры типа M1101 изготовляют на напряжение 500 и 1000 В) или набор
гальванических элементов, некоторые мегомметры имеют сетевой источник питания
т.е. подключается к сети 220 В.
Схема присоединения мегомметра к обмоткам электродвигателей при
измерении сопротивления изоляции приведена на рисунке 3.
Рис.
3
Схема
измерения
сопротивления изоляции электродвигателя
мегомметром:
а — относительно земли;
б — между обмотками;
А, В и С — фазы; С1—С6 — выводы
электродвигателя; Л и 3 — зажимы «Линия»
и «Земля».
Схема присоединения мегомметра к жилам при измерении сопротивления
изоляции между жилой и землей, между жилами кабеля приведена на рисунке 4.
Рис. 4. Схема измерения сопротивления изоляции
кабеля.
Для измерения изоляции один зажим
мегомметра (Л) соединяют с испытуемым
электрическим проводом, а другой зажим (3) —
с заземленными элементами установки, относительно которых измеряют
сопротивление изоляции токоведущей электрической цепи. Качество изоляции
проверяется между отдельными проводами (фазами) и между каждым проводом и
землей.
Дополнительный зажим 3 используется при проведении измерений с
экранированием от токов утечки. В этом случае к зажиму 3 подключен внутренний
экран прибора.
Оснащение рабочего места (используемые приборы и оборудование):
Приборы и
Пределы
Тип (марка) Кол-во
Примечание
оборудование
измерения
Стенд лабораторный
БИС-ЭР
1
Вольтметр
М4200*
1
30 (300) В
Миллиамперметр
М4200*
1
5-50-500 мА
Омметр
М371*
100/1000/10000 Ω
Магаомметр
М1101*
500 В
Асинхронный 3
1
фазный двигатель
Монтажная панель
*- приборы и оборудование могут быть заменены аналогичными
Задание по лабораторной работе:
1. Задание, выполняемое при подготовке к занятию (домашняя
подготовка).
1.1. Пользуясь методическими указаниями, учебником, справочной литературой
повторите методику измерения величины сопротивления.
1.2. Оформите бланк отчета по лабораторной работе, указав в нем:

наименование лабораторной работы;

цель работы, получаемые умения и навыки;

используемые приборы и оборудование (в форме таблицы);

требуемые в пунктах 2.1.-2.7. схемы, таблицы и результаты выполнения
заданий.
2. Задание, выполняемое в лаборатории.
2.1. По справочной литературе повторите методику измерения величины
сопротивления.
2.2. По заданию преподавателя произведите измерение величины сопротивление
трех элементов электрической цепи:
 методом амперметра и вольтметра – для выполнения задания, соберите схему
представленную на рис. 4 и представьте ее для проверки преподавателю.
Рис. 4 Схема измерения сопротивления методом амперметра и вольтметра
 с помощью омметра, для выполнения задания, выключите питание и с
помощью омметра измерьте сопротивление каждого из трех элементов.
Результаты измерений сопротивлений методом амперметра и вольтметра
сравните с данными измерений омметром.
2.3. Произведите измерение величины:
 сопротивления обмоток статора асинхронного двигателя;
 сопротивление изоляции обмоток статора асинхронного двигателя - с
помощью мегомметра измеряется сопротивление изоляции обмоток статора
асинхронного трехфазного двигателя относительно друг друга и корпуса
двигателя;
 сопротивление изоляции силового кабеля (трехфазной цепи) - для
выполнения задания необходимо отключить питание и измерить мегомметром
сопротивление изоляции предложенного силового кабеля (трехфазной сети,
имеющейся в лаборатории). При проведении испытаний проверить качество
изоляции каждого фазного провода относительно двух других проводов и
относительно «земли».
2.4. Результаты измерений оформите в виде таблиц, примерный вид которых
приведен ниже.
Таблица 1 Измерение сопротивления элементов электрической цепи
Номер
опыта
Измеряемые
сопротивления
Измеренные величины
I, A
U, B
R, Ом
Вычисленные
величины R, Ом
Элемент 1
Элемент 2
Элемент 3
1
2I
3
Таблица 2 Измерение сопротивления изоляции с помощью мегомметра
Между отдельными проводами
Между каждым проводом и
R
,
МОм
изм
(фаза — фаза)
„землей" (фаза — „земля")
Трехфазный асинхронный двигатель
A-B
B-C
C-A
A-B
B-C
C-A
R изм, МОм
A - корпус двигателя
B - корпус двигателя
C - корпус двигателя
Силовой кабель
A - «земля»
B - «земля»
C - «земля»
2.5. Сделайте выводы по полученным результатам.
2.6. Результаты работы покажите преподавателю.
2.7. Оформите отчёт по лабораторной работе.
Контрольные вопросы и задания:
1. На чем основан метод амперметра и вольтметра при измерении
сопротивления?
2. Какие существуют способы включения приборов при измерении
сопротивления методом амперметра и вольтметра?
3. С помощью каких приборов можно измерять электрическое сопротивление?
4. При проведении каких измерений используется мегомметр?
Лабораторная работа
Наименование работы: Измерение электрических величин (U, I, R)
мультиметром.
Цель работы:
1. ознакомиться с универсальными измерительными приборами;
2. научиться пользоваться цифровым мультиметром.
Приобретаемые умения и навыки:
2. уметь использовать измерительные приборы в практической
деятельности.
Общие сведения
Цифровые мультиметры (ЦМ) — Digital MultiMeter (DMM) — это
многофункциональные
измерительные
приборы,
специально
предназначенные в основном для статических измерений нескольких
электрических (например, переменных и постоянных напряжений и токов,
сопротивления, частоты) и неэлектрических (например, температуры)
величин.
Автономный миниатюрный ЦМ в настоящее время, пожалуй, самый
распространенный
инструмент, широко применяемый в различных
измерительных экспериментах в электрических цепях и установках низкого
(до 1000 В) напряжения.
Структура ЦМ подобна структуре любого ЦИП. Отличие лишь в
наличии на входе прибора нескольких специальных преобразователей
конкретных входных физических величин. На рис. 1 показана упрощенная
структура ЦМ с минимальным набором измеряемых величин: постоянных
(DC — Direct Current) и переменных (АС — Alternating Current)
напряжений и токов, а также сопротивления R. Входные измеряемые
величины в любом случае сначала преобразуются в пропорциональное
напряжение постоянного тока, которое поступает на вход АЦП, где и
преобразуется в код.
Рис. 1. Упрощенная
структура ЦМ
Структура прибора содержит: АЦП (как правило, интегрирующего
типа), микроконтроллер (МК), клавиатуру и индикатор. Во входных цепях
стоят следующие аналоговые преобразователи:
• U_/U_ — постоянного напряжения в постоянное (усилитель и
делитель);
• U~/U~ — переменного напряжения в переменное (усилитель,
трансформатор, частотонезависимый делитель);
• U~/U_ — переменного напряжения в постоянное (выпрямитель);
• R/U_ — сопротивления в постоянное напряжение.
Конкретный
режим
измерения
определяется
положениями
переключателей: SW1, SW2 и SW3. При измерении напряжений
переключатель SW3 разомкнут, а переключатели SW1 и SW2
устанавливаются в верхнее (при постоянном входном напряжении) или в
среднее (при переменном входном напряжении) положение. Для измерения
сопротивления включается преобразователь сопротивления в постоянное
напряжение R/U_ (переключатели SW1 и SW2 установлены в нижнем
положении, а переключатель SW3 разомкнут).
В режиме измерения тока используется внутренний шунт (точный
резистор малого сопротивления R ш). При этом переключатель SW3
замкнут и измеряемый ток, протекая по резистору R ш создает
пропорциональное току падение напряжения. Если входной ток
постоянный, то переключатели SW1 и SW2 устанавливаются в верхнее
положение. Если же входной ток переменный, то переключатели SW1 и
SW2 устанавливаются в среднее положение.
Структура ЦМ может содержать узел интерфейсной связи с внешними
устройствами.
Как и многие другие ЦИП, современные ЦМ можно разделить на две
группы (количественно и качественно сильно различающиеся):
• автономные — сравнительно простые, дешевые, малогабаритные и
массовые приборы для экспресс-измерений;
• системные — сложные, прецизионные, или быстродействующие,
дорогостоящие приборы, предназначенные для работы в составе различных
измерительно-вычислительных систем и (или) систем управления.
В настоящее время в практике технических измерений наиболее
распространены ЦМ первой группы — компактные (Hand-Held —
удерживаемые в ладони) и миниатюрные (Pocket Size — карманного
формата) мультиметры, которые очень хорошо отвечают требованиям,
предъявляемым к переносным приборам для экспресс-измерений. Они
имеют малые габаритные размеры и массу; обеспечивают возможность
измерения нескольких различных величин в широких диапазонах их
изменений;
имеют
вполне
удовлетворительные
точность
и
чувствительность. У этих приборов хорошие эксплуатационные
характеристики, автономное питание, они надежны, удобны и просты в
обращении. Большинство современных ЦМ обеспечивает автоматический
выбор полярности и диапазона измерения.
Типичный набор измеряемых мультиметрами широкого применения
величин включает постоянные и переменные напряжения, постоянные и
переменные токи, сопротивление постоянному току. Диапазоны основных
измеряемых величин таковы:
• напряжения (постоянного и переменного тока) — от долей
милливольта до киловольта;
• токи (без внешних шунтов или трансформаторов токов) — от
десятков миллиампер до десяти ампер;
• сопротивления — от долей ома до десятков мегаом.
Некоторые модели имеют дополнительные возможности, например,
измерение температуры с помощью стандартных термопар; измерение
электрической емкости; измерение частоты и скважности периодического
сигнала; режим проверки полупроводниковых приборов; режим
«прозвонки» цепей и др.
Классы точности разных моделей ЦМ (как и других ЦИП) в общем
случае могут быть заданы по-разному. Как правило, используются
предельные значения основных абсолютных и относительных
погрешностей. Классы точности обычных ЦМ лежат в диапазоне от 0,1 до
5,0% (в зависимости от возможностей, измеряемых параметров,
диапазонов, стоимости прибора).
Для питания прибора предусмотрен автономный источник питания,
который располагается в специальном отсеке в внутри прибора, закрытым
крышкой.
В настоящее время промышленностью выпускается большое
количество различных типов приборов, отличающихся отдельными
качественными показателями и конструктивным оформлением. При всем
многообразии выпускаемых приборов принцип их действия примерно
одинаков, а схемы измерения тока, напряжения и сопротивления —
аналогичны.
При работе с универсальными приборами следует выполнять
следующие общие для разных типов приборов правила:
переключатель рода измерений переводить из одного положения в
другое только при отключенном приборе;
измерения в режиме омметра производить в обесточенной цепи;
с целью увеличения срока службы источника питания следует
свести до минимума время подключения свободных концов проводов к
измеряемому сопротивлению, а также время замыкания их между собой.
Цифровой мультиметр: DT890B+, M890C+,M890D, M890F, M890G
Цифровой мультиметр - компактный и точный инструмент,
работающий от батареи и имеющий жидкокристаллический дисплей с
разрядностью 3-½ цифры.
Преимущества данного мультиметра:
1. Высокая точность
2. Один переключатель, который можно установить на 30 позиций,
выбирая функции и диапазон измерения, что делает процесс измерения
быстрым и удобным.
3. Автоматическое отключение мультиметра
ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
1. Дисплей: жидкокристаллический дисплей с разрядностью 3-½ цифры; максимальное количество отображений на дисплее результатов
измерений составляет 1999.
2. Скорость измерений: 2-3 секунды.
3. Индикация выхода за пределы измеряемого диапазона: на
дисплее отображается только цифра "1".
4. Автоматическая индикация отрицательного полюса.
5. Когда батарея разряжена, на дисплее появляется ее значок.
6. Защита от перенапряжения по всем измеряемым диапазонам.
7. Автоматическое
обнуление
при
измерении
емкости
конденсатора.
8. Автоматическое
выключение
питания.
Мультиметр
автоматически выключается через 15 минут после того, как вы включите
питание. Чтобы продолжить работу с мультиметром, выключите его и
включите снова.
9. Условия эксплуатации мультиметра: температура воздуха:
0°С~40°С, относительная влажность воздуха: 0-75%. Условия хранения
устройства: температура воздуха: -10°С~50°С, относительная влажность
воздуха: 0-75%.
10. Питание: одна стандартная 9-вольтовая батарея 6F22, NEDA
1604, JIS006P.
11. Дополнительнье
принадлежности:
2
тестовых
щупа,
термоэпектрический датчик типа "К" (только для моделей M890C+,
M890G), руководство по эксплуатации.
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
(ИЗМЕРЯЕМЫЕ ВЕЛИЧИНЫ)
1. Напряжение постоянного тока (DCV): 200 мВ – 1000 В.
Сопротивление на входе: 10 МОм для всех диапазонов.
2) Напряжение переменного тока (АСV): 200 мВ – 1000 В.
Сопротивление на входе: 10 Мом. Частотный диапазон: 40 – 400 Гц.
3) Сила постоянного тока (DCA): 2 мА – 10 А.
Спад напряжения при измерении: 200 мВ.
4) Сила переменного тока (ACA): 20 мА – 10 А.
Спад напряжения при измерении: 200 мВ. Частотный диапазон: 40 –
400 Гц.
5) Емкость конденсатора: 2 нФ – 20 мкФ.
6) Сопротивление: 200 Ом – 200 МОм.
7) Измерение температуры (только для моделей M890C+, M890G): 40°С ~ 400°С.
8) Измерение частоты (только для моделей M890F, M890G): 10 –
20000 Гц.
Чувствительность: 100мВ среднеквадратичного значения переменного
тока.
МЕРЫ
ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ
ИЗМЕРЕНИЯМ
И
ПОДГОТОВКА
К
1) Убедитесь, что батарея правильно вставлена в отсек батареи и
фиксатор батареи защелкнут.
2) Не превышайте пороговых значений, указанных ниже в таблице:
Функция / Предел
измеряемого диапазона
DCV/200MB
ACV/200MB
DCV/2-1000B
ACV/2-750B
Сопротивление (OHM)
Частота (Freq.)
Диод (Diode)
DCA/200MA
АСА/200мА
DCA/2A
АСА/2А
DCA/20A
Разъемы
1
V/Ω
2
СОМ
V/Ω
СОМ
V/Ω/Hz СОМ
V/Ω
СОМ
Максимальный входной
сигнал
250В пост, тока
250В перем. тока
1000В пост, тока
750В перем. тока
250В пост. / перем. тока
A
СОМ
200мА пост. / перем. тока
A
СОМ
2А пост./ перем. тока
20A
СОМ
20А пост. / перем. тока
ACA/20A
20A СОМ
3) Проверьте, не повреждена ли изоляция кабелей тестовых
щупов и не разорван ли кабель щупа. Если Вы обнаружите малейшее
повреждение тестового щупа, замените его другим.
4) Выберите нужную функцию и диапазон измерения.
5) Убедитесь, что красный тестовый щуп вставлен в разъем,
соответствующий выбранному Вами диапазону измерения.
6) Когда Вы изменяете измеряемый диапазон, хотя бы один
тестовый щуп должен быть отсоединен от электрической цепи.
7) Чтобы избежать электрошока или повреждения прибора, не
измеряйте напряжение более 500В.
8) Чтобы избежать электрошока, будьте осторожны, когда измеряете
напряжение постоянного тока более 60В или напряжение переменного
тока, среднеквадратчное значение которого превышает 25В.
9) Выключайте мультиметр, когда заканчиваете работу с ним.
Если Вы в течение длительного времени не собираетесь
использовать мультиметр, выньте батарею, иначе она может потечь и
повредить мультиметр.
10)Чтобы избежать повреждений, не изменяйте внутреннюю схему
мультиметра.
11)Предохраняйте мультиметр от воздействия прямых солнечных
лучей, высокой температуры и высокой влажности.
ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ
Измерение напряжения постоянного и переменного тока (DCV и
АСV).
1) Выберите
нужный
диапазон
измерения,
установив
функциональный переключатель на соответствующее деление шкалы "V".
2) Вставьте черный тестовый щуп в разъем "СОМ" и красный
тестовый щуп в разъем "V/Ω".
3) Приложите тестовые щупы к соответствующим точкам
измеряемого устройства и посмотрите на дисплее результат измерения
(полярность будет отражена на дисплее).
Примечание:
a) Если Вы заранее не знаете, в каком диапазоне может быть
измеряемое Вами напряжение, установите переключатель на самое
высокое значение предела измеряемого диапазона, а затем, для повышения
точности измерения, переставляйте на более низкие значения, пока не
получите удовлетворительный результат измерения.
b) Когда на дисплее появляется только цифра "1", это означает, что
напряжение в электрической цепи превышает заданный Вами предел
измеряемого диапазона. В таком случае установите функциональный
переключатель на более высокое значение предела измеряемого
диапазона.
c) Никогда не пытайтесь измерять напряжение более 1000В! Хотя
мультиметр и способен показывать более высокое напряжение, это может
повредить внутреннюю схему.
Измерение силы постоянного и переменного тока (DCА и АСА).
1) Вставьте черный тестовый щуп в разъем "СОМ" и красный
тестовый щуп в разъем "А", при этом сила тока не должна превышать 0,5А.
2) Выберите
нужный
диапазон
измерения,
установив
функциональный переключатель на соответствующее деление шкалы "А".
3) Приложите тестовые щупы к соответствующим течкам
измеряемого устройства и посмотрите на дисплее результат измерения
(полярность будет отражена на дисплее).
Примечание:
a) Если Вы заранее не знаете, в каком диапазоне может быть
измеряемая Вами сила тока, установите переключатель на самое высокое
значение предела измеряемого диапазона, а затем, для повышения точности
измерения, переставляйте на более низкие значения, пока не получите
удовлетворительный результат измерения.
b) Когда на дисплее появляется только цифра"1", это означает, что
сила тока в электрической цепи превышает заданный Вами предел
измеряемого диапазона. В таком случае установите функциональный
переключатель на более высокое значение предела измеряемого
диапазона.
c) Чрезмерный ток расплавит предохранитель, в таком случае его
нужно заменить. Предохранитель рассчитан на 0,5А.
d) Плавкий предохранитель не срабатывает в диапазоне до 20А.
Максимальное время измерения тока величиной 10А или 20А должно
быть менее 15 секунд.
Измерение сопротивления
1) Вставьте черный тестовый щуп в разъем "СОМ" и красный
тестовый щуп в разъем "V/Ω".
2) Выберите нужный диапазон измерения, установив
функциональный переключатель на соответствующее деление шкалы "Ω".
3) Приложите тестовые щупы к разным концам измеряемого
проводника и посмотрите на дисплее результат измерения.
Примечание:
a) Красный тестовый щуп является положительным.
b) Когда вход не подсоединен, то есть цепь разомкнута, на дисплее
появится цифра "1".
c) Если
значение
измеряемого
сопротивления
превышает
максимальное значение в избранном Вами диапазоне измерения, на
дисплее появится цифра "1". В таком случае установите функциональный
переключатель на диапазон более высоких значений.
d) При измерении сопротивления в диапазоне до 200Мом от значения
результата измерения, показанного на дисплее, нужно вычитать 1МОм.
Измерение емкости конденсатора
1) Установите функциональный переключатель на "Сх". Перед
подключением конденсатора дисплей должен автоматически обнулить
значения.
2) Подсоедините конденсатор к входному разъему "Сх" (без тестовых
щупов) и посмотрите на дисплее результат измерения.
Примечание: Перед измерением тестируемый конденсатор должен
быть разряжен. Никогда не подавайте напряжение на вход мультиметра,
это может привести к серьезным повреждениям.
Измерение частоты
1) Выберите
нужный
диапазон
измерения,
установив
функциональный переключатель на соответствующее деление шкалы "Hz".
2) Приложите тестовые щупы к соответствующим точкам
измеряемого устройства и посмотрите на дисплее результат измерения.
Примечание: Не подавайте на вход больше чем 250В
среднеквадратичного значения переменного тока. Можно измерять
напряжение свыше 100В среднеквадратичного значения переменного тока,
однако спецификациями это не предусмотрено.
Измерение температуры
1) Установите функциональный переключатель на "TEMP".
2) Определите полярность термоэлектрического датчика, вставьте его
штекер, учитывая полярность, в разъем для измерения температуры.
3) Чувствительный (рабочий) элемент термоэлектрического датчика
приложите к поверхности тестируемого объекта или введите внутрь
тестируемого объекта.
4) На дисплее будет показано значение температуры в градусах
Цельсия (°С).
Примечание:
a) При разомкнутой цепи мультиметра на дисплее показывается
температура окружающей среды.
b) Предельная температура, измеряемая мультиметром, составляет
250°С (482 °F). Температура в 300°С (572°F) допустима лишь на короткий
период.
Тестирование диода и прозвон диодного моста.
1) Установите функциональный переключатель в
положение: ♫
2) Вставьте черный тестовый щуп в разъем "СОМ" и красный
тестовый щуп в разъем "V/Ω".
3) Если сопротивление меньше, чем 30 Ом ± 10 Ом, раздастся звонок.
4) Приложите тестовые щупы к разным концам измеряемого
проводника и посмотрите на дисплее результат измерения.
Примечание:
a) Когда вход не подсоединен, то есть цепь разомкнута, на дисплее
появится цифра "1".
b) Условия тестирования: сила прямого тока через диод
приблизительно равна 1мА; напряжение обратного тока через диод
приблизительно равно 2,8В.
c) На дисплее будет показано напряжение прямого тока через диод.
Если напряжение тока через диод является обратным, на дисплее будет
цифра "1".
Измерение транзистора (hFE)
1) Установите функциональный переключатель в положение "hFE".
2) Предварительно определив тип транзистора ("NPN" или "PNP"),
вставьте выводы транзистора в соответствующий эмиттер-базаколлекторный разъем.
3) На дисплее будет показано примерное значение коэффициента
передачи тока между эмиттером и базой.
Примечание:
Условия тестирования: сила тока по базе - 10 мкА; разница
потенциалов между коллектором и эмиттером - 2,8 В.
ЗАМЕНА БАТАРЕИ И ПЛАВКОГО ПРЕДОХРАНИТЕЛЯ
1) Производить замену батареи и плавкого предохранителя следует
только тогда, когда тестовые щупы не включены в какую-либо
электрическую цепь.
2) Отвинтите шурупы и снимите заднюю часть корпуса.
3) В мультиметре используется одна 9-вольтовая батарея типа: 6F22.
Для ее замены, снимите крышку отсека батареи, вытащите старую батарею
и вставьте новую. Поставьте на место крышку отсека батареи.
Оснащение рабочего места (используемые приборы и оборудование):
Приборы и
Тип
КолПределы
Примечание
оборудование
(марка)
во
измерения
Стенд
БИС-ЭР
1
лабораторный
Мультиметр
М890G*
1
*- приборы и оборудование могут быть заменены аналогичными
Задание по лабораторной работе:
1. Задание, выполняемое при подготовке к занятию (домашняя
подготовка).
1.1. Пользуясь методическими указаниями, учебником, справочной
литературой повторите методику проведения измерений с помощью
комбинированных приборов.
1.2. Оформите бланк отчета по лабораторной работе, указав в нем:

наименование лабораторной работы;

цель работы, получаемые умения и навыки;

используемые приборы и оборудование (в форме таблицы);

требуемые в пунктах 2.1.-2.7. схемы, таблицы и результаты
выполнения заданий.
2. Задание, выполняемое в лаборатории.
2.1. По справочной литературе повторите методику проведения
измерений с помощью комбинированных приборов.
2.2. Отметьте в отчете измеряемые приборами физические величины и
диапазон их измерения.
2.3. Произведите настройку прибора для измерения заданных в
таблице 1 величин (настройка заключается в установке в определенное
положение переключателя(ей) прибора и подключении соединительных
проводов к определенным зажимам прибора.
Таблица 1. измеряемые мультиметром величины
Измеряемая величина
напряжение
постоянного тока
напряжение
1
2
3
4
5
6
20 В
300 В
50 В
100 В
43 В
5В
300 В
50 В
10 В
5В
145 В
220 В
переменного тока
постоянный ток
переменный ток
сопротивление
постоянному току
электрическая
емкость
Температура, 0С
Частота, Гц
40 mA
1A
1A
10 mA
300 mA
0,8 A
10 mA
1A
500 mA
1,5 A
0,8 A
40 mA
100 Ом
1,5 кОм
300 Ом
100 кОм
20 кОм
1 МОм
10 мкФ
200 нФ
300 пФ
47 нФ
3300 пФ
0,25 мкФ
20
100
50
1050
100
50
30
5000
70
200
200
400
Результаты выполнения этого подпункта покажите преподавателю.
2.4. По заданию преподавателя с помощью мультиметра произведите
измерение величины тока, напряжения, сопротивления, емкости, частоты.
Полученные результаты сведите в таблицу 2, примерный вид которой
приведен ниже.
Таблица 2. измеренные комбинированными приборами величины
Измеряемая
величина
напряжение
постоянного
тока
напряжение
переменного
тока
постоянный
ток
переменный
ток
сопротивление электрическая
постоянному
емкость
току
Значение
измеряемой
величины
2.5. Сделайте выводы по полученным результатам.
2.6. Результаты работы покажите преподавателю.
2.7. Оформите отчёт по лабораторной работе.
Контрольные вопросы и задания:
5. Какие физические величины позволяет измерять прибор
М890(DT890)?
6. Для каких целей, помимо измерения значений физических
величин, можно использовать мультиметр?
7. Объясните порядок действий при измерении заданной
преподавателем физической величины.
8. Какие средства измерений, помимо мультиметров позволяющие
измерять несколько величин вы знаете?
Лабораторная работа
Наименование работы: Измерение электрических величин (U, I)
комбинированным прибором.
Цель работы:
3.
ознакомиться с комбинированными измерительными приборами;
4.
научиться
пользоваться
комбинированными
измерительными
приборами.
Приобретаемые умения и навыки:
3.
уметь использовать измерительные приборы в практической
деятельности.
Общие сведения
Комбинированные измерительные приборы — ампервольтомметры
являются универсальными многопредельными приборами. Они нашли
широкое применение для измерения токов и напряжений в цепях
постоянного и переменного токов, а также для измерения сопротивлений.
Комбинированный прибор состоит из одно- или двухполупериодной
выпрямительной схемы, применяемой при измерении только в цепях
переменного
тока,
и
чувствительного
магнитоэлектрического
измерительного механизма. В качестве измерительного механизма
применяется микроамперметр с током полного отклонения 50—100 мкА,
который используется при измерениях в цепях постоянного и переменного
тока. Для удобства отсчета измеритель имеет не сколько шкал: шкалу
тока и напряжения, шкалу сопротивления и др. Изменение рода
измеряемой величины и пределов измерений осуществляется с
помощью переключателей.
Расширение пределов измерений прибора по напряжению
достигается включением последовательно с измерительным механизмом
добавочных сопротивлений. Для расширения пределов, измерения по
току применяются шунты.
Для питания цепей омметра при измерении сопротивлений в
приборе предусмотрен автономный источник питания — набор
гальванических элементов. Источник питания располагается в
специальном отсеке в корпусе прибора, закрытым крышкой,
расположенной на тыльной стороне корпуса.
В настоящее время промышленностью выпускается большое
количество различных типов универсальных комбинированных приборов,
отличающихся
отдельными
качественными
показателями
и
конструктивным оформлением. При всем многообразии выпускаемых
приборов принцип их действия примерно одинаков, а схемы измерения
тока, напряжения и сопротивления — аналогичны.
Диапазон измерения для большинства комбинированных приборов,
выпускаемых отечественной промышленностью, примерно составляет: по
току от 50 мкА до 10 А, по напряжению от 75 мВ до 600—1000 В, по
сопротивлению от 0,2 кОм до 5 МОм. Диапазон рабочих частот при
измерении на переменном токе составляет 45—10000 Гц и в отдельных
случаях доходит до 20000 Гц. Погрешность измерения (класс точности)
универсальных комбинированных приборов на постоянном токе обычно
значительно меньше, чем на переменном. Поэтому класс точности
комбинированного прибора имеет два значения, из которых одно — для
всех пределов измерения на постоянном токе, а второе — для всех
пределов измерения на переменном токе.
При работе с универсальными приборами следует выполнять
следующие общие для разных типов приборов правила:
переключатель рода измерений переводить из одного положения в
другое только при отключенном приборе;
перед началом измерений убедиться, что стрелка прибора
находится на левой крайней отметке шкалы. В случае необходимости
установить стрелку на эту отметку с помощью корректора;
измерения в режиме омметра производить в обесточенной цепи;
с целью увеличения срока службы источника питания омметра
следует свести до минимума время подключения свободных концов
проводов к измеряемому сопротивлению, а также время замыкания их
между собой.
Прибор Ц4353
Комбинированный прибор Ц4353 (см. рис. 1) предназначен для
измерения тока и напряжения в цепях постоянного и переменного тока
синусоидальной формы, сопротивления постоянному току, емкости,
относительного уровня переменного напряжения.
Пределы измерения:

напряжения постоянного тока 75 мВ до 600 В;

напряжения переменного тока от 1,5 до 600 В;

постоянного тока от 60 мкА до 1,5 А;

переменного тока от 0,6 мА до 1,5 А;

сопротивления постоянному току от 300 Ом до 500 кОм;

электрической емкости от 2000 пФ до 0,5 мкФ;

относительного уровня переменного напряжения от —15 до +2 дБ;

рабочая полоса частот от 45 до 20 000 Гц.
Погрешность прибора не превышает ±5% и зависит от длины шкалы,
рабочего положения, температуры, частоты и формы напряжения,
индукции постоянного магнитного поля. Падение напряжения на приборе
не более 0,5 В на постоянном и 1,5 В на переменном токе. Меры
безопасности: при работе с напряжением более 30 В необходимо
выполнять коммутацию при выключенном напряжении в исследуемой
цепи.
Габаритные размеры прибора не превышают 215х115х90 мм. Масса
прибора не превышает-1,5 кг. Питание прибора осуществляется от 3-х
гальванических элементов АА (R6, LR6).
Рис. 1. Внешний вид прибора Ц4353
Измерение тока и напряжения.
Соединительные провода вставьте в гнезда «*» и «U, A, - Ω, - kΩ».
Нажмите кнопку «—» при измерении на постоянном токе или «~» при
измерении на переменном токе. Установите переключатель пределов
измерения на значение 600 В при измерении напряжения или значение 1,5
А при измерении тока. Подключите прибор щупами к наследуемой цепи.
При отклонении стрелки влево от нуля поменяйте местами соединительные
провода. Добивайтесь отклонения стрелки на середину шкалы поворотом
переключателя пределов измерения на меньшее значение тока и
напряжения.
Отсчет постоянного тока и напряжения производить по второй шкале
сверху, переменного тока и напряжения по первой шкале сверху в
соответствии с положением переключателя пределов измерения.
Измерение сопротивлений до 300 Ом.
Соединительные провода вставьте в гнезда «*» и «U, A, - Ω, - kΩ»
Нажмите одновременно кнопки «—» и «kΩ», что соответствует «Ω».
Переключатель пределов измерения установите в положение «Ω». Ручкой
установки нуля омметра при разомкнутых щупах установите стрелку на
отметку «∞» шкалы «Ω». Если этого сделать не удается, смените источник
питания. Присоедините к щупу прибора измеряемое сопротивление.
Произведите отсчет по шкале «Ω» (третья сверху).
Измерение сопротивлений до 500 кОм.
Нажмите кнопку «kΩ». Подключите соединительные провода к
зажимам прибора «*» и «U, A, - Ω, - kΩ» и замкните их накоротко.
Переключатель пределов измерения установите в одно из положений
« k  0,01 », « k  0,1 », « k 1 », « k 10 ». Ручкой установки нуля
омметра установите стрелку на нулевую отметку шкалы «кΩ, pF» (вторая
снизу или четвертая сверху). Провода разомкните и присоедините
измеряемое сопротивление к щупам. Произведите отсчет по шкале «кΩ,
pF» (вторая снизу или четвертая сверху). Цена деления шкалы
определяется переключателем пределов измерения
« k  0,01 »,
« k  0,1 », « k 1 ».
Проверка конденсаторов.
Проверку наличия емкости в конденсаторах большой емкости (без
количественной оценки) можно производить омметром прибора Ц4315.
Переключатель предела измерения установите в положение « k 1 ». При
проверке электролитических конденсаторов необходимо щуп провода,
подключенного к зажиму прибора «U, A, - Ω, - kΩ», присоединить к
корпусу конденсатора, а щуп провода, подключенного к зажиму «*»
прибора, присоединять к плюсовому выводу конденсатора. Если
конденсатор исправен, то в момент присоединения щупов стрелка прибора
отклонится на нуль шкалы «кΩ, pF», а затем медленно возвратится к «∞»
или остановится недалеко от него.
Если конденсатор пробит, то стрелка остается у «0» шкалы «кΩ, pF».
При большой утечке стрелка прибора останется в правой части шкалы.
Если конденсатор потерял емкость или имеет обрыв выводов, стрелка
вообще отклоняться не будет.
Оснащение рабочего места (используемые приборы и оборудование):
Приборы и
Тип
КолПределы
Примечание
оборудование
(марка)
во
измерения
Стенд
БИС-ЭР
1
лабораторный
Прибор
Ц4353*
1
комбинированный
*- приборы и оборудование могут быть заменены аналогичными
Задание по лабораторной работе:
1. Задание, выполняемое при подготовке к занятию (домашняя
подготовка).
1.1. Пользуясь методическими указаниями, учебником, справочной
литературой повторите методику проведения измерений с помощью
комбинированных приборов.
1.2. Оформите бланк отчета по лабораторной работе, указав в нем:

наименование лабораторной работы;

цель работы, получаемые умения и навыки;

используемые приборы и оборудование (в форме таблицы);

требуемые в пунктах 2.1.-2.7. схемы, таблицы и результаты
выполнения заданий.
2. Задание, выполняемое в лаборатории.
2.1. По справочной литературе повторите методику проведения
измерений с помощью комбинированных приборов.
2.2. Отметьте в отчете измеряемые приборами физические величины и
диапазон их измерения.
2.3. Произведите настройку приборов для измерения заданных в
таблице 1 величин (настройка заключается в установке в определенное
положение переключателя(ей) прибора и подключении соединительных
проводов к определенным зажимам прибора.
Таблица 1. измеряемые комбинированным прибором величины
Измеряемая величина
напряжение
постоянного тока
напряжение
переменного тока
постоянный ток
переменный ток
сопротивление
постоянному току
электрическая
1
2
3
4
5
6
20 В
300 В
50 В
100 В
43 В
5В
300 В
50 В
10 В
5В
145 В
220 В
40 mA
1A
1A
10 mA
300 mA
0,8 A
10 mA
1A
500 mA
1,5 A
0,8 A
40 mA
100 Ом
1,5 кОм
300 Ом
100 кОм
20 кОм
1 МОм
10 мкФ
200 нФ
300 пФ
47 нФ
3300 пФ
0,25 мкФ
емкость
Температура, 0С
Частота, Гц
20
100
50
1050
100
50
30
5000
70
200
200
400
Результаты выполнения этого подпункта покажите преподавателю.
2.4. По заданию преподавателя с помощью комбинированных
приборов произведите измерение величины тока, напряжения,
сопротивления, емкости, частоты. Полученные результаты сведите в
таблицу 2, примерный вид которой приведен ниже.
Таблица 2. измеренные комбинированными приборами величины
Измеряемая
величина
напряжение
постоянного
тока
напряжение
переменного
тока
постоянный
ток
переменный
ток
сопротивление электрическая
постоянному
емкость
току
Значение
измеряемой
величины
2.5. Сделайте выводы по полученным результатам.
2.6. Результаты работы покажите преподавателю.
2.7. Оформите отчёт по лабораторной работе.
Контрольные вопросы и задания:
9. Какие физические величины позволяет измерять прибор Ц4353?
10. Для каких целей, помимо измерения значений физических
величин, можно использовать комбинированные приборы?
11. Объясните порядок действий при измерении заданной
преподавателем физической величины.
12. Какие средства измерений, помимо комбинированных приборов
позволяющие измерять несколько величин вы знаете?
Лабораторная работа
Наименование работы: Исследование формы сигналов на электронно-лучевом
осциллографе.
Цель работы:
5.
ознакомиться с устройством, принципом действия электроннолучевого осциллографа;
6.
научиться пользоваться электроннолучевым осциллографом.
Приобретаемые умения и навыки:
4.
уметь использовать осциллограф в практической деятельности.
Осциллограф. Общие сведения.
Электронно-лучевой осциллограф (ЭЛО) как законченный прибор широкого
назначения начал применяться в 30-х гг. XX в. (хотя электронно-лучевая трубка
появилась еще в конце XIX в.). До настоящего времени ЭЛО является, одним из
основных инструментов изучения различных динамических процессов во временной
области. Классический ЭЛО — это электронный аналоговый измерительный прибор,
который используется для исследования, как правило, периодических процессов в
реальном времени.
Осциллографы могут быть следующих типов: светолучевые (группа Н) и
электронные (группа С).
В свою очередь электронные осциллографы (ЭО) подразделяются:
по виду индикации подразделяются на аналоговые и цифровые;
по назначению на универсальные (С1), стробоскопические (С7), запоминающие
(С8) и специальные (С9);
по числу одновременно исследуемых процессов на одноканалъные и
многоканальные.
Каждая из этих групп имеет свои функциональные возможности, достоинства и
недостатки, метрологические и эксплуатационные характеристики, свои области и
специфику применения.
Одноканальные (однолучевые) осциллографы, позволяющие наблюдать на
экране один процесс, имеют один вход Y, один переключатель «Вольт/дел.» и по
одной ручке регулировки яркости, астигматизма, фокуса.
Многоканальные двухлучевые осциллографы, позволяющие исследовать два
процесса одновременно, имеют два входа Y (Y1 и Y2), два переключателя
«Вольт/дел» и по две ручки регулировки яркости (Яркость 1 и Яркость2), фокуса
(Фокус 1 и Фокус2), астигматизма (Астигматизм 1, Астигматизм2).
Двухканальные ЭО имеют два входа Y (Y1 и Y2), два переключателя
«Вольт/дел» и по одной ручке регулировки яркости, астигматизма, фокуса.
Все осциллографы имеют три электрических входа Y, X, Z:
Y — предназначен для подачи исследуемого сигнала, под действием которого
электронный луч перемещается в вертикальном направлении. У этого входа
указывается входной импеданс — значения активного RBX и реактивного XСвх
сопротивлений. Сопротивление RBX
обычно равное 1 МОм, определяет
незначительное потребление мощности осциллографом из исследуемой цепи, а
входная емкость Свх (в зависимости от назначения прибора варьируется в пределах
десятков пикофарад) влияет на полосу пропускания ЭО (чем меньше Свх, тем больше
частотный диапазон);
X
—
предназначен
для
подачи
вспомогательного
напряжения,
обеспечивающего перемещение электронного луча по горизонтали и получения
неподвижной осциллограммы;
Z — (в отличие от X и Y) предназначен для управления яркостью луча и
расположен на задней панели прибора.
Ключевым моментом работы с осциллографом является приобретение
пользовательских навыков и умения измерять параметры различных сигналов с
возможно меньшей погрешностью, что невозможно осуществить без знания
универсальной методики измерения, используемой для любого аналогового ЭО.
1. Устройство электронно-лучевого осциллографа
Упрощенно структуру ЭЛО можно представить тремя основными частями (рис.
1): канал вертикального отклонения луча (канал Y), канал горизонтального
отклонения (канал X) и электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Такое название каналов
(Y и X) отвечает классическому двухкоординатному представлению различных
функций (вертикальная ось — ось ординат Y, горизонтальная ось — ось абсцисс X).
Рис. 1. Упрощенная структура электронно-лучевого осциллографа
Назначение каналов Y и X— преобразование входных исследуемых и (или)
вспомогательных напряжений до уровней, необходимых для управления потоком
электронов в электронно-лучевой трубке. Назначение этой трубки — формирование
изображения исследуемого сигнала или изображения, отражающего результат
взаимодействия двух или нескольких сигналов.
Рассмотрим подробнее устройство и работу каждой из этих частей.
1.1. Каналы вертикального и горизонтального отклонения
Максимально упрощая рассматриваемую структуру ЭЛО (см. рис. 1), представим
канал вертикального отклонения (канал Y) содержащим только делитель напряжения
(Д), усилитель (УY) и переключатель SW1. Делитель Д предназначен для уменьшения
входных исследуемых сигналов больших уровней, при этом переключатель SW1
находится в положении 1. Усилитель УY служит для усиления малых входных
сигналов, при этом переключатель SW1 находится в положении 2. Выходной сигнал
усилителя поступает на пластины Y ЭЛТ, а также на вход канала X. Все элементы
канала Y обладают достаточно широкой полосой частот пропускания (верхняя
граница полосы у обычных моделей ЭЛО составляет единицы — десятки мегагерц).
Канал горизонтального отклонения (канал X) в упрощенном виде можно
представить так: генератор развертки (ГР), усилитель (УX), два переключателя SW2 и
SW3. Вход внешней синхронизации (ВС) предназначен для запуска генератора
развертки внешним вспомогательным сигналом. Генератор развертки формирует
линейно изменяющееся (пилообразное) напряжение, которое через УX - поступает на
пластины горизонтального отклонения — пластины X ЭЛТ. Это напряжение в
течение интервала времени прямого хода как бы «разворачивает» исследуемый сигнал
по горизонтальной оси (т.е. оси X) с постоянной скоростью. Таким образом создается
аналогия развертки в текущем времени. Усилитель УX предназначен для усиления
входного сигнала до уровня, необходимого для нормального отклонения луча. В
положении 1 переключателя SW2 на вход ГР поступает сигнал с выхода канала Y
Таким образом обеспечивается режим внутреннего запуска генератора развертки
исследуемым сигналом. В положении 2 переключателя SW2 на вход ГР поступает
сигнал синхронизации от внешнего источника.
С помощью переключателя SW3 выбирается режим развертки: положение 1 —
режим линейной развертки (Y—t); положение 2 — режим Y —X (в частности круговой
развертки).
Очевидно, что реальные структура ЭЛО и устройство ЭЛТ гораздо сложнее
нами рассмотренных.
1.2. Электронно-лучевая трубка
Конструктивно электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) — основной элемент ЭЛО —
представляет собой стеклянный баллон с глубоким вакуумом, в который встроены
металлические электроды (рис. 2). Внутренняя поверхность экрана ЭЛТ покрыта
люминофором — веществом, которое светится в месте удара потока электронов.
Нить накала (НН), находящаяся внутри цилиндра катода (К), нагревает его. С
поверхности нагретого катода вылетают электроны, которые, стремясь к высокому
положительному потенциалу анодов Al и А2, проходят сквозь модулятор («сетку»).
Модулятор (М) имеет отрицательный по отношению к катоду потенциал, изменяя
который (см. рис. 1), можно менять число проходящих сквозь него электронов и, тем
самым, регулировать яркость изображения на экране ЭЛТ. Аноды Al и А2 образуют
своеобразную
электронную
линзу,
благодаря
которой
осуществляется
фокусирование потока электронов (и, следовательно — изображения). Кроме того,
аноды обеспечивают значительную скорость движения электронов, достаточную для
нормального свечения люминофора экрана в месте удара.
Рассмотренные электроды (НН, К, М, Al и А2) образуют так называемую
электронную пушку, назначение которой — формирование узкого пучка летящих с
большой скоростью электронов (луча). Далее поток электронов пролетает между
двумя парами отклоняющих его пластин (Х и Y), расположенных взаимноперпендикулярно.
Рис. .2. Устройство ЭЛТ:
НН — нить накала; К — катод; М — модулятор; Al, A2 — аноды; X, Y — пластины; 1 —
поток электронов; 2 — экран.
Приложенные к пластинам Х и Y напряжения отклоняют луч и, как следствие,
определяют положение светящегося пятна на экране. Отклонение потока электронов
в электрическом поле пластин (на примере действия одной пары пластин — пластин
Y) иллюстрирует рис. 3. Если к пластинам Y приложено некоторое постоянное
напряжение UY, то между пластинами возникает электрическое поле, напряженность
которого Е прямо пропорциональна напряжению UY и обратно пропорциональна
расстоянию между пластинами.
Рис. 3 Отклонение потока электронов в поле пластин:
1 – поток электронов; 2 – экран; 3 – люминофор.
Поток электронов, пролетая в электрическом поле пластин, испытывает
действие силы F. Значение этой силы F пропорционально напряженности Е
электрического поля. Таким образом, отклонение потока электронов и,
следовательно, вертикальное отклонение h светящегося пятна на экране
определяются напряжением на пластинах UY. Если напряжение на пластинах UY
меняется, то пропорционально меняется и отклонение пятна на экране h.
Действие другой пары пластин — пластин X — на поток электронов аналогично
рассмотренному, но только отклонение потока электронов при подаче напряжения UX
происходит в горизонтальной плоскости и, следовательно, на экране в
горизонтальном направлении, т.е. вдоль оси X.
Чувствительность собственно ЭЛТ низка, поэтому для работы с сигналами
обычных уровней (доли вольта — единицы вольт) необходимо предварительное
усиление исследуемых сигналов. Кроме того, для организации различных режимов
работы, возможности измерения сигналов в достаточно широких диапазонах
изменения их амплитуд и частот необходимы дополнительные узлы. Для обеспечения
этих возможностей и предназначены элементы каналов Y и X.
2. Формирование изображений на экране
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 этих сигналов.
Если напряжения на пластинах меняются достаточно быстро (с частотой более
20...30 Гц), то траектория пятна на экране представляется сплошной линией. При
малых скоростях (частоты ниже 1 Гц) можно наблюдать на экране светящуюся точку,
перемещающуюся по экрану ЭЛТ.
В ЭЛО используются разные способы (режимы) формирования изображения.
2.1. Режим линейной развертки (режим Y—t)
Режим линейной развертки называется также режимом Y—t, поскольку входной
сигнал Y как бы разворачивается в текущем времени t. Это наиболее часто
используемый режим, в котором можно исследовать изменения входного сигнала во
времени. В этом случае на пластины Y подается исследуемый сигнал, а на пластины X
подается пилообразное напряжение. На рис. 4 показан случай синусоидального
исследуемого сигнала UY с периодом Тс и линейно изменяющегося напряжения ГР UX с
периодом Тр = Тс.
Линейная развертка может быть реализована в автоколебательном
режиме или в режиме ждущей развертки.
Рис. 4. Режим линейной развертки (режим Y—t)
Автоколебательный режим развертки.
В этом режиме ГР непрерывно генерирует периодическое пилообразное
напряжение. Если период сигнала Тс окажется равным периоду напряжения
генератора развертки Тр, то траектория движения светящегося пятна на экране будет
повторяться от цикла к циклу, т.е. в каждом периоде развертки Тр изображение будет
одним и тем же. Таким образом, изображение на экране будет устойчивым (рис. 5).
Рис. 5 Случай равенства периодов сигнала и генератора развертки.
Отметим, что изображение будет устойчивым также и при кратном отношении
(Тр/Тс = 2; Тр/Тс = 3; Тр/Тс = 4; ...).
В более общем случае, когда периоды исследуемого сигнала и ГР не равны (и
не кратны), изображение на экране будет неустойчивым, так как в каждом цикле
развертки луча изображение будет отличаться от изображений предыдущих циклов.
Суммарное изображение как бы бежит по экрану. В некоторых случаях изображение
может быть устойчивым, но неудобным для анализа. При достаточно высоких
частотах сигналов (десятки герц и выше) отдельные изображения в каждом цикле
чередуются так быстро, что (из-за инерционности человеческого глаза и имеющегося
послесвечения люминофора) как бы накладываются друг на друга, создавая единый
образ. На рис. 6 приведен пример формирования изображения для отношения
периодов Тр/Тс = 3/4. В данном случае изображение на экране хоть и устойчивое, но
неудобное для работы.
Рис. 6. Случай неравенства периодов сигнала и генератора развертки (изображения
накладываются друг на друга, создавая единый образ)
Одни и те же пары сигналов могут создавать разные изображения на экране в
зависимости от начальных временных сдвигов напряжений на пластинах. На рис. 7
приведены примеры изображений для сигналов с различными временными сдвигами.
Изображение 1 соответствует паре напряжений UY и UX1. Изображение 2
соответствует паре напряжений UY и UX2, изображение 3 соответствует паре
напряжений UY и UX3, изображение 4 соответствует паре напряжений UY и UX4.
Ждущий режим развертки. В отличие от автоколебательного режима развертки
режим ждущей развертки позволяет получить повторяющееся устойчивое
изображение при периодическом сигнале на входе Y независимо от соотношения
периодов напряжения ГР UГP и входного напряжения UY. При этом цикл работы ГР
определяется (задается) неким управляющим напряжением, например входным
исследуемым сигналом UY. Запуск ГР (начало формирования «пилы») происходит
лишь при наличии заданных оператором признаков, например определенного уровня
входного сигнала и знака его изменения (производной). На рис. 8 показан случай,
соответствующий нулевому уровню запуска (значению входного напряжения UY= 0)
и положительному изменению входного сигнала (т.е. при его возрастании).
Цикл работы ГР при этом состоит из интервалов рабочего хода — Тр и
интервала ожидания — Тож. Значение Тр не зависит от периода входного сигнала и
задается оператором. Значение Тож (точнее — момент его окончания) определяется
следующим моментом совпадения заданных признаков управляющего сигнала (см. рис.
8).
Рис. 8. Режим ждущей развертки
В качестве управляющего запуском развертки сигнала (сигнала синхронизации)
могут использоваться:
• входной исследуемый сигнал (внутренний запуск);
• внешний вспомогательный сигнал (внешний запуск);
• сигнал напряжения электрической сети питания ЭЛО.
Режим ждущей развертки удобен в большинстве случаев, поэтому он
наиболее часто используется.
2.2. Режим Y—X
В отличие от режима линейной развертки в этом режиме на входы Y и X могут
поступать исследуемые сигналы различных форм. Генератор развертки при этом не
используется.
Метод эллипса. В режиме круговой (эллиптической) развертки на входы Y и X
ЭЛО подаются синусоидальные сигналы одной частоты или разных частот.
Если на пластины Y и X поступают два синусоидальных сигнала одной частоты
но с некоторым сдвигом фаз
то на экране ЭЛТ возникнет изображение наклоненного эллипса, по
некоторым параметрам которого можно найти значение фазового сдвига φ.
Измерив отрезки а и b, или с и d в изображении эллипса на экране, можно
найти фазовый сдвиг φ (рис. 9).
Рис. 9. Определение значения фазового сдвига φ
Поскольку sinφ = а/b, или sinφ = c/d, то значение фазового сдвига φ
определяется по формуле:
На рис. 10 приведены примеры изображений для разных значений фазового
сдвига φ.
Рис. 10. Изображения на экране в методе эллипса для разных значений фазового сдвига:
а — φ = 0 ° ; б — φ = 30°; в — φ = 60°; г — φ = 90°; д — φ = 180°
Метод фигур Лиссажу. Если на пластины Y и X поступают синусоидальные
напряжения разных частот fY и fX, то на экране ЭЛТ возникает изображение замкнутой
фигуры — фигуры Лиссажу. Наблюдая определенную фигуру, зная значение одной из
частот, можно найти значение другой. Этот метод используется для измерения
неизвестной частоты синусоидальных сигналов. На один вход ЭЛО (любой),
например, на вход Y, подается сигнал неизвестной частоты, на другой — вход X —
подается напряжение с выхода генератора синусоидальных сигналов. Изменением
частоты сигнала генератора добиваются устойчивого изображения на экране одной
из понятных (удобных) фигур Лиссажу. Затем определяется число точек пересечения
полученной фигуры горизонтальной и вертикальной линиями . Для получения
правильного результата линии должны проходить таким образом, чтобы число точек
пересечения обеими линиями было максимальным. Отношение частот fY и fX равно
отношению числа точек пересечения по горизонтали NГ и по вертикали NВ, т.е.
3. Методика измерения параметров сигналов
Универсальная методика измерений с помощью осциллографа включает в себя
следующие пункты.
1. Определение формы исследуемого сигнала.
Сигнал может быть однополярным, т.е. с амплитудой одной полярности и
двух-полярные с положительной и отрицательной амплитудами.
2. Установка ручкой регулировки линии развертки ЭО:
• для положительного однополярного сигнала — внизу экрана, а для
отрицательного однополярного сигнала — вверху (на расстоянии не менее одного
деления от края);
• для двухполярного сигнала — по центру экрана.
3. Выбор положения масштабозадающих органов управления ЭО:
• размер осциллограммы по горизонтали устанавливается переключателем
«Время/дел.» и тумблером «Развертка» (если он есть) в соответствии с периодом
повторения сигнала. Произведение значений, установленных переключателем и
тумблером, является ее масштабом;
• размер осциллограммы по вертикали устанавливается переключателем
«Вольт/дел.» (в некоторых осциллографах и тумблером «Усилитель») в
соответствии с амплитудой сигнала. Показание переключателя «Вольт/дел.» (или
произведение значений, установленных переключателем «Вольт/дел.» и тумблером
«Усилитель») является масштабом осциллограммы.
От выбранного масштаба осциллограммы зависит погрешность измерения
параметров сигнала.
4. Определение значений прямых параметров сигнала по осциллограмме.
5. Расчет прямых параметров сигнала в любой момент времени осциллограммы
(по вертикали АВ и по горизонтали АГ.) производится по формулам:
, где
CY (CХ) — цена одного деления масштабной сетки осциллографа по вертикали
(горизонтали);
nY (nX)— линейный размер параметра сигнала по вертикали (горизонтали) в
делениях масштабной сетки.
Примеры решения практических задач с использованием осциллографа
Пример 1. Требуется указать полное название прибора, представленного на рис.
11.
Рис. 11. Изображение лицевой панели прибора С1-67 с синусоидальным сигналом.
Решение. В соответствии с каталоговой классификацией радио-измерительных
приборов С1 — обозначение осциллографа электронного универсального, а 67 —
номер модели.
Так как на изображении лицевой панели отсутствует цифровой индикатор, то
прибор аналоговый.
На лицевой панели прибора один вход Y (обозначенный на панели прибора
входным импедансом), один переключатель «Вольт/дел», по одной ручке «Яркость»
и «Фокус», что характеризует осциллограф как однолучевой.
Следовательно, полное название прибора — осциллограф электронный
аналоговый универсальный однолучевой.
Пример 2. Требуется определить диапазон измерения напряжения по передней
панели осциллографа С1-67 (см. рис. 11).
Решение. Напряжение, измеряемое осциллографом, рассчитаем по формуле
, где
CY - цена одного деления масштабной сетки осциллографа по вертикали;
nY - линейный размер параметра сигнала по вертикали в делениях масштабной
сетки.
Минимальное (максимальное) напряжение Umin (Umax) найдем исходя из
минимального (максимального) значений CY и пY.
На шкале переключателя «Вольт/дел.» минимальное значение CY равно 0,01
В/дел, (максимальное — 20 В/дел.).
Минимальный линейный размер по вертикали пY принимаем равным одному
делению, так как при меньших значениях возрастает погрешность измерения,
максимальное значение пY по масштабной сетке — 6 делений.
Следовательно, диапазон измерения напряжений осциллографом С1-67
составляет:
Пример 3. Требуется определить параметры синусоидального сигнала при
следующих положениях переключателей и тумблера прибора, показанного на рис. 1:
«Вольт/дел.» — 2; «Время/дел.» — 50 мс/дел.; тумблер «Развертка» — х0,2.
Решение. Исходя из синусоиды, показанной на экране осциллографа,
амплитуда сигнала составляет 3 деления, а его период — 8 делений.
Заданный сигнал является синусоидальным с параметрами Um, U, T, F.
Амплитудное значение напряжения определяем по формуле:
Среднеквадратическое значение напряжения определяем по формуле:
Период повторения сигнала определяем по формуле:
Частоту повторения определяем по формуле:
Следовательно, параметры измеренного синусоидального сигнала составляют:
Пример 4. Требуется определить, как изменятся линейные размеры
осциллограммы по горизонтали и вертикали, если переключатель «Вольт/дел.» из
положения 2 (когда амплитуда сигнала соответствует трем делениям), перевести в
положение 10?
Решение. Линейные размеры осциллограммы по горизонтали регулируются
переключателем «Время/дел.» и тумблером «Развертка», положение которых по
условию задачи не изменяется. Следовательно, размеры осциллограммы по
горизонтали не изменятся.
Амплитуда сигнала по вертикали в исходном положении переключателя
«Вольт/дел.»
найдем амплитуду сигнала по вертикали при положении переключателя
«Вольт/дел.» на отметке 10 из следующей формулы:
,
откуда
Итак, при СY = 2 В/дел, линейный размер параметра nY = 3 дел.; а при СY = 10
В/дел, этот размер пY = 0,6 дел., т.е. при заданном положение переключателя размеры
осциллограммы по вертикали уменьшатся в 5 раз, а ее размеры по горизонтали не
изменятся.
Пример 5. Требуется определить входное полное сопротивление осциллографа
С1-67, показанного на рис. 11.
Решение. Сведения о входном полном сопротивлении указаны на лицевой
панели прибора (вход усилителя Y), т.е. в данном случае RBX = 1 МОм, а Свх = 40 пФ.
Оснащение рабочего места (используемые приборы и оборудование):
Приборы и
Пределы
Тип (марка) Кол-во
Примечание
оборудование
измерения
Стенд лабораторный
БИС-ЭР
1
Осциллограф
С1-118А*
1
*- приборы и оборудование могут быть заменены аналогичными
Задание по лабораторной работе:
1. Задание, выполняемое при подготовке к занятию (домашняя
подготовка).
1.1. Пользуясь методическими указаниями, учебником, справочной литературой
повторите методику проведения измерений с помощью осциллографа.
1.2. Оформите бланк отчета по лабораторной работе, указав в нем:

наименование лабораторной работы;

цель работы, получаемые умения и навыки;

используемые приборы и оборудование (в форме таблицы);

требуемые в пунктах 2.1.-2.7. схемы, таблицы и результаты выполнения
заданий.
2. Задание, выполняемое в лаборатории.
2.1. По справочной литературе повторите методику проведения измерений с
помощью осциллографа.
2.2. Отметьте в отчете основные параметры осциллографа.
2.3. Произведите настройку осциллографа на требуемый вам режим работы.
2.4. По заданию преподавателя с помощью осциллографа произведите
измерение величины напряжения, его периода и частоты.
2.5. Сделайте выводы по полученным результатам.
2.6. Результаты работы покажите преподавателю.
2.7. Оформите отчёт по лабораторной работе.
Контрольные вопросы и задания:
13. Какие физические величины позволяет измерять осциллограф?
14. Какое изображение будет на экране ЭЛО, если:
а) на входы Y и X подан один и тот же синусоидальный сигнал от
генератора в режиме круговой развертки (Y— X);
б) на вход Y подано синусоидальное напряжение, а генератор развертки
выключен;
в) на вход Y не подается никакого сигнала (вход Y — замкнут), а генератор
развертки включен и работает в автоколебательном режиме?
15. Изображение синусоидального сигнала на экране ЭЛО имеет амплитуду,
составляющую 4 деления, и период — 8 делений. Значения коэффициентов
отклонения, соответственно: по вертикали 0,1 В/дел.; по горизонтали 50 мкс/дел.
Определите амплитуду, период и частоту исследуемого сигнала.